CN106443322B - 基于最大概率的故障指示器故障判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于最大概率的故障指示器故障判定方法，该方法包括：首先，基于配电网最小故障判定区域建立故障指示器故障判定数学模型。然后，以“三选二”原则提出了一种基于概率的故障指示器组合信号处理方法；最后，结合最小故障判定模型和故障指示器组合信号，以故障指示器之间的相互依赖关系为依托，提出一种基于最大概率的故障指示器故障判定方法，该方法以各区域假设故障后的模拟故障信号与实际情况下的故障信号之间的相似度表征故障发生的最大可能区域。该方法在漏报和错报信息较少情况下具有很好的容错性，能够较为正确的确定故障区域，并且给出各个区域的可能概率，提供了备选故障方案，方便调度与运检人员人工干预排查故障。

Description

基于最大概率的故障指示器故障判定方法

技术领域

本发明涉及配电网故障指示器故障判定领域，具体来说是一种基于最大概率的故障指示器故障判定方法。

背景技术

随着智能配电网的发展，确保配电网的运行安全，缩短故障停电时间，提高供电可靠性被广泛关注。

馈线自动化是配电网实现故障判定及隔离的有效措施，故障指示器作为馈线自动化的重要终端设备，以其体积小，价格低，带电安装无需停电，对短路及接地故障皆有较好的适应性等特点在矿区配电网中被广泛应用。

目前，基于故障指示器的馈线自动化故障判定方法主要有三类：统一矩阵法、概率估计法、人工智能法。在实际应用中，由于现场环境多变，例如温度、湿度变化大，沙尘及灰尘多，维护不及时等都会导致采集装置准确度受损，导致电网正常运行时故障指示器误报信号，而电网故障时故障指示器又漏报信号的情况。大量错误信号的引入，导致传统的基于故障指示器的故障判定产生经常性误判，失去了其原本的意义。

综上所述，研究一种适合于故障指示器漏报或错报信息的故障指示器故障判定方法具有重要现实意义。

发明内容

本发明的目的在于解决配电网中的故障定位问题，结合配电网特点，给出一种基于最大概率的故障指示器故障判定方法。

针对上述问题，本发明采取的技术方案如下：一种基于最大概率的故障指示器故障判定方法，包括如下步骤：

步骤一、基于配电网最小故障判定区域建立故障指示器故障判定数学模型；

步骤二、以三选二原则提出一种基于概率的故障指示器组合信号处理方法；

具体做法为：同时考虑故障翻牌信号、电流突变信号、场强突变信号，以两个相同趋势信号表示的结果为最终结果；

若除故障翻牌信号外兼顾使用电流突变信号，这两种信号的使用非但不会使故障判定更准确，反而会更差，因为不能确定哪一种信号是正确的，例如故障翻牌信号的准确概率为P(A)，电流突变信号的准确概率为P(B)，而考虑两种情况下的准确概率P(U)将变成P(A)P(B)，很显然P(U)将小于P(A)或者P(B)。

若同时考虑故障翻牌信号(A)、电流突变信号(B)、场强突变信号(C)，由“三选二”准则以两个相同趋势信号表示的结果为最终结果，以“三选二”准则确定的信号正确率比单一信号正确率高很多。

步骤三、结合故障指示器故障判定数学模型和故障指示器组合信号处理方法，以故障指示器之间的相互依赖关系为依托，进行故障判定；

3、1每一个故障发生时，最小故障判定区域上下游故障指示器皆会伴随着不同的故障报警信息，反之，如果实际各个故障指示器的报警信息与假设某一个故障区域发生故障时各个故障指示器的模拟报警信息相似，则可以判定故障可能发生在该假设区域，而相似度越大，则该区域发生故障的概率就越大，此即为基于最大概率的故障指示器故障判定思想；

3、2在已有故障指示器报警信息的情况下，各个最小故障判定区域发生故障的条件概率最大者即为发生短路故障的最大概率区间。步骤3、2具体表述如下：

设m个故障指示器将馈线分割成n个最小故障判定区域，各个故障指示器所上报的故障信息经步骤二所述方法处理后形成矩阵L，具体为：

L＝[l₁，l₂，l₃，…，l_m]

设第i个最小故障判定区域x_i发生故障时，各个故障指示器应该上报的故障信息形成矩阵K_i，具体为：

K_i＝[k_i1，k_i2，k_i3，…，k_im]

其中，l_j＝1，k_ij＝1表示第j个故障指示器上送故障信号，l_j＝0，k_ij＝0表示第j个故障指示器无故障信号，j＝0,1,2…m为故障指示器数。

若故障指示器j的模拟故障信号k_ij与实际故障信号l_j相同时，取先验概率为P(α)，若模拟故障信号k_ij与实际故障信号l_j不同时，取先验概率为P(β)。

则某一个最小故障判定区域x_i在已有故障指示器信息矩阵L的约束条件下发生故障的条件概率为：

其中，⊙为同或运算，为异或运算。g(x_i)为模拟故障信号与实际故障信号完全相同的故障指示器的先验概率和，而f(x_i)为模拟故障信号与实际故障信号完全不同的故障指示器的先验概率和。

而最小故障判定区域x_i发生故障的相对概率为：

显然，P(x_i|L)相对概率最大的最小故障判定区域就是最大可能发生故障的区域。

配电网最小故障判定区域为由故障指示器和电源开关为边界的最小连通系，所述电源开关包括变电站出线断路器、用户分界开关或线路多级保护开关。最小故障判定区域的内部只有非电源开关、刀闸、馈线段及配变等一次设备，无其他智能终端设备。

组成配电网最小故障判定区域的故障指示器为相邻故障指示器，从电源开关开始，沿潮流方向，处于某故障指示器电源开关侧的故障指示器为该故障指示器的上游故障指示器，处于某故障指示器末梢端的故障指示器称为该故障指示器的下游故障指示器。

本发明有益技术效果：首先，基于配电网最小故障判定区域建立故障指示器故障判定数学模型。然后，以“三选二”原则提出了一种基于概率的故障指示器组合信号处理方法；最后，结合最小故障判定模型和故障指示器组合信号，以故障指示器之间的相互依赖关系为依托，提出一种基于最大概率的故障指示器故障判定方法，该方法以各区域假设故障后的模拟故障信号与实际情况下的故障信号之间的相似度表征故障发生的最大可能区域。该方法在漏报和错报信息较少情况下具有很好的容错性，能够较为正确的确定故障区域，并且给出各个区域的可能概率，提供了备选故障方案，方便调度与运检人员人工干预排查故障。

附图说明

图1为配电网络图。

具体实施方式

下面对本发明进行详细的说明：

一种基于最大概率的故障指示器故障判定方法，包括如下步骤：

步骤一、基于配电网最小故障判定区域建立故障指示器故障判定数学模型；

配电网最小故障判定区域为由故障指示器和电源开关为边界的最小连通系，所述电源开关包括变电站出线断路器、用户分界开关或线路多级保护开关。组成配电网最小故障判定区域的故障指示器为相邻故障指示器，从电源开关开始，沿潮流方向，处于某故障指示器电源开关侧的故障指示器为该故障指示器的上游故障指示器，处于某故障指示器末梢端的故障指示器称为该故障指示器的下游故障指示器。

步骤二、以三选二原则提出一种基于概率的故障指示器组合信号处理方法；

具体做法为：同时考虑故障翻牌信号、电流突变信号、场强突变信号，以两个相同趋势信号表示的结果为最终结果；

步骤三、结合故障指示器故障判定数学模型和故障指示器组合信号处理方法，以故障指示器之间的相互依赖关系为依托，进行故障判定；

3、1每一个故障发生时，最小故障判定区域上下游故障指示器皆会伴随着不同的故障报警信息，反之，如果实际各个故障指示器的报警信息与假设某一个故障区域发生故障时各个故障指示器的模拟报警信息相似，则可以判定故障可能发生在该假设区域，而相似度越大，则该区域发生故障的概率就越大，此即为基于最大概率的故障指示器故障判定思想；

3、2在已有故障指示器报警信息的情况下，各个最小故障判定区域发生故障的条件概率最大者即为发生短路故障的最大概率区间。步骤3、2具体表述如下：

设m个故障指示器将馈线分割成n个最小故障判定区域，各个故障指示器所上报的故障信息经步骤二所述方法处理后形成矩阵L，具体为：

L＝[l₁，l₂，l₃，…，l_m]

设第i个最小故障判定区域x_i发生故障时，各个故障指示器应该上报的故障信息形成矩阵K_i，具体为：

K_i＝[k_i1，k_i2，k_i3，…，k_im]

其中，l_j＝1，k_ij＝1表示第j个故障指示器上送故障信号，l_j＝0，k_ij＝0表示第j个故障指示器无故障信号，j＝0,1,2…m为故障指示器数。

若故障指示器j的模拟故障信号k_ij与实际故障信号l_j相同时，取先验概率为P(α)，若模拟故障信号k_ij与实际故障信号l_j不同时，取先验概率为P(β)。

则某一个最小故障判定区域x_i在已有故障指示器信息矩阵L的约束条件下发生故障的条件概率为：

其中，⊙为同或运算，为异或运算。g(x_i)为模拟故障信号与实际故障信号完全相同的故障指示器的先验概率和，而f(x_i)为模拟故障信号与实际故障信号完全不同的故障指示器的先验概率和。

而最小故障判定区域x_i发生故障的相对概率为：

显然，P(x_i|L)相对概率最大的最小故障判定区域就是最大可能发生故障的区域。

如图1所示为某矿区配电网络，由两条馈线组成，STA1、STA2为变电站；DS1、DS2为配电站；SP1～SP3为开闭所；#1～#7为各变电站、配电站及开闭所母线；S1、S10为变电站出线断路器开关，S9为用户分界开关；S2～S8、S11～S19为配电室及开闭所负荷开关，S20为线路高压开关做联络开关用；T1～T13为配电变压器；D1～D13为架空线路高压刀闸；FI0～FI16为故障指示器。

按上述定义，图1所述以S1为出线开关的馈线，其最小故障判定区域划分如表1所示：

表1最小故障判定区域

由上表可知，最小故障判定区域7、区域10、区域13及区域14只有一个故障指示器，表示其处于配电馈线的末梢区域，可判定其下游设备故障。

如图1所示矿区配电网络，当以S1为出线开关的馈线中的区域W₁₂(FI9，FI11)发生故障时，开关S9跳闸，故障指示器FI5、FI8、FI9上送故障信号，而其他故障指示器皆未上送故障信号。可知，故障指示器FI6漏报故障信号，故障指示器先验概率P(α)取0.9，先验概率P(β)取0.1。

假设各个故障指示器信号已经进行了组合处理，假设区域6发生故障，可知：

δ(6)＝(0.9×6+0.1×2)/8＝0.7

假设区域7发生故障，可知：

δ(7)＝(0.9×4+0.1×4)/8＝0.5

同理，分别假设区域8～14发生故障，计算其各个区域的条件概率如表3所示：

表3各区域条件概率及相对概率

计算区域6、区域7的相对概率为：

P(6)＝0.7/5.7＝12.281％

P(7)＝0.5/5.7＝8.772％

同理，区域8～14的相对概率如表3所示，由表3可以分析出，区域12的概率最大为14.031％，为最可能发生故障的区域，区域9、13、14的概率次之，为故障备选方案，而区域7与区域10概率最小为最不可能发生故障区域。

Claims (4)

1.基于最大概率的故障指示器故障判定方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤一、基于配电网最小故障判定区域建立故障指示器故障判定数学模型；

步骤二、以三选二原则提出一种基于概率的故障指示器组合信号处理方法；

具体做法为：同时考虑故障翻牌信号、电流突变信号、场强突变信号，以两个相同趋势信号表示的结果为最终结果；

步骤三、结合故障指示器故障判定数学模型和故障指示器组合信号处理方法，以故障指示器之间的相互依赖关系为依托，进行故障判定；

3. 1每一个故障发生时，最小故障判定区域上下游故障指示器皆会伴随着不同的故障报警信息，反之，如果实际各个故障指示器的报警信息与假设某一个故障区域发生故障时各个故障指示器的模拟报警信息相似，则可以判定故障可能发生在该假设区域，而相似度越大，则该区域发生故障的概率就越大，此即为基于最大概率的故障指示器故障判定思想；

3. 2在已有故障指示器报警信息的情况下，各个最小故障判定区域发生故障的条件概率最大者即为发生短路故障的最大概率区间。

2.根据权利要求1所述的基于最大概率的故障指示器故障判定方法，其特征在于：步骤3. 2具体表述如下：

设m个故障指示器将馈线分割成n个最小故障判定区域，各个故障指示器所上报的故障信息经步骤二所述方法处理后形成矩阵L，具体为：

L＝[l₁，l₂，l₃，…，l_m]

设第i个最小故障判定区域x_i发生故障时，各个故障指示器应该上报的故障信息形成矩阵K_i，具体为：

K_i＝[k_i1，k_i2，k_i3，…，k_im]

其中，l_j＝1，k_ij＝1表示第j个故障指示器上送故障信号，l_j＝0，k_ij＝0表示第j个故障指示器无故障信号，j＝0,1,2…m为故障指示器数；

若故障指示器j的模拟故障信号k_ij与实际故障信号l_j相同时，取先验概率为P(α)，若模拟故障信号k_ij与实际故障信号l_j不同时，取先验概率为P(β)；

则某一个最小故障判定区域x_i在已有故障指示器信息矩阵L的约束条件下发生故障的条件概率为：

其中，⊙为同或运算，为异或运算；g(x_i)为模拟故障信号与实际故障信号完全相同的故障指示器的先验概率和，而f(x_i)为模拟故障信号与实际故障信号完全不同的故障指示器的先验概率和；

而最小故障判定区域x_i发生故障的相对概率为：

显然，P(x_i|L)相对概率最大的最小故障判定区域就是最大可能发生故障的区域。

3.根据权利要求1所述的基于最大概率的故障指示器故障判定方法，其特征在于：配电网最小故障判定区域为由故障指示器和电源开关为边界的最小连通系，所述电源开关包括变电站出线断路器、用户分界开关或线路多级保护开关。

4.根据权利要求3所述的基于最大概率的故障指示器故障判定方法，其特征在于：组成配电网最小故障判定区域的故障指示器为相邻故障指示器，从电源开关开始，沿潮流方向，处于某故障指示器电源开关侧的故障指示器为该故障指示器的上游故障指示器，处于某故障指示器末梢端的故障指示器称为该故障指示器的下游故障指示器。