CN107102633A - 一种配电终端故障自诊断方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种配电终端故障自诊断方法，包括步骤：建立异常征兆判定规则和故障征兆判定规则；采集配电终端的异常征兆运行状态生成状态序列；根据异常征兆判定规则判断所述状态序列中是否存在异常征兆；若存在异常征兆，根据故障征兆判定规则对异常征兆进行故障识别。由于通过异常征兆判定规则对配电终端的异常征兆运行状态进行判断，察觉可能出现的异常征兆，然后再通过故障征兆判定规则对该异常征兆进行故障识别，从异常状态中快速找出导致异常的故障，从而对配电终端的隐患故障进行提前预防或消除故障，保证配电终端安全可靠运行，并提高整个配电自动化系统的可靠性、馈线自动化的启动率和正确率。

Description

一种配电终端故障自诊断方法及系统

技术领域

本发明涉及配电终端故障诊断技术领域，具体涉及一种配电终端故障自诊断方法及系统。

背景技术

配电终端是配电自动化现场监测与控制设备，其可靠性对配电自动化实用化至关重要。配电终端在实际运行过程中，出现故障的原因较多，恶劣运行环境(潮湿多雨等)、人工因素(参数配置错误等)、管理因素(杆塔倾塔)等都可能会导致配电终端局部或整体发生故障。一般地，只有当配电终端完全离线、遥控拒动等故障情况下，运维人员才能得知配电终端发生故障，而不能在可能导致故障的隐患出现初期进行诊断，从而降低了配电终端的可靠性。

发明内容

针对配电终端中隐患故障的初期诊断问题，本申请提供一种配电终端故障自诊断方法及系统。

根据第一方面，一种实施例中提供一种配电终端故障自诊断方法，包括步骤：

建立异常征兆判定规则和故障征兆判定规则，异常征兆判定规则包括异常征兆类型、异常征兆向量和异常征兆属性值，故障征兆判定规则包括故障征兆类型、故障征兆向量和故障征兆属性值；

采集配电终端的异常征兆运行状态生成状态序列；

根据异常征兆判定规则判断状态序列中是否存在异常征兆；

若存在异常征兆，根据故障征兆判定规则对异常征兆进行故障识别。

一种实施例中，采集配电终端的异常征兆运行状态生成状态序列，具体为：

设置配电终端的异常征兆监控点，异常征兆监控点包括中央处理单元、操作控制回路、通信模块、电源模块和采集模块；

通过自诊断方法评判各个异常征兆监控点的运行状态；

采集各个异常征兆监控点的运行状态形成异常征兆向量；

根据异常征兆判定规则及自诊断结果对异常征兆属性值进行赋值。

一种实施例中，中央处理单元的自诊断包括任务运行状态自诊断、参数自诊断和GPS对时自诊断。

一种实施例中，根据故障征兆判定规则对异常征兆进行故障识别，具体为：

对各个异常征兆向量分组并创建相应的故障征兆向量；

通过异常征兆属性值计算故障征兆属性值；

根据故障征兆属性值识别异常征兆的故障类型。

一种实施例中，通过自诊断方法评判各个异常征兆监控点的运行状态，具体为：持续诊断、周期诊断或监控诊断。

一种实施例中，通过自诊断方法评判各个异常征兆监控点的运行状态的过程中还包括将自诊断结果发送至监控服务器和调试服务器

根据第二方面，一种实施例中提供一种配电终端故障自诊断系统，包括：

建立模块，用于建立异常征兆判定规则表和故障征兆判定规则表；

监测单元，用于监测和采集配电终端的异常征兆运行状态；

状态缓存模块，用于存储异常征兆运行状态并生成状态序列；

状态判定模块，用于根据异常征兆判定规则判断状态序列中是否存在异常征兆；

故障识别模块，用于根据故障征兆判定规则对异常征兆进行故障识别。

一种实施例中，还包括自诊断模块，用于对配电终端中的中央处理单元、操作控制回路、通信模块、电源模块和采集模块的运行状态进行自诊断。

一种实施例中，中央处理单元的自诊断包括任务运行状态自诊断、参数自诊断和GPS对时自诊断。

一种实施例中，还包括监控服务器和调试服务器，监控服务器械和调试服务器分别和自诊断模块通信连接。

依据上述实施例的配电终端故障自诊断方法，由于通过异常征兆判定规则对配电终端的异常征兆运行状态进行判断，察觉可能出现的异常征兆，然后再通过故障征兆判定规则对该异常征兆进行故障识别，从异常状态中快速找出导致异常的故障，从而对配电终端的隐患故障进行提前预防或消除故障，保证配电终端安全可靠运行，并提高整个配电自动化系统的可靠性、馈线自动化的启动率和正确率。

附图说明

图1为配电终端故障自诊断方法流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

针对现有配电终端不能对隐患故障进行初期诊断的问题，本发明提出了一种基于状态序列进行配电终端故障自诊断的方法，根据检测配电终端的运行状态生成状态序列，依据异常征兆判定规则和故障征兆判定规则对状态序列进行异常征兆判定与故障识别，达到对配电终端的隐患故障进行初期诊断的目的。

具体的，本例的配电终端故障自诊断方法包括如下步骤，其原理图如图1所示。

S1：建立异常征兆判定规则和故障征兆判定规则。

其中，异常征兆判定规则包括异常征兆类型、异常征兆向量和异常征兆属性值，故障征兆判定规则包括故障征兆类型、故障征兆向量和故障征兆属性值。

S2：采集配电终端的异常征兆运行状态生成状态序列。

为了快速识别故障以及故障类型，本例通过设置配电终端的异常征兆监控点并对该异常征兆监控点进行监控，例如，一个异常征兆监控点可以是配电终端某模块的物理指标，如采集模块的测量值，也可以是系统内某变量或预设置的异常征兆监控点，如馈线自动化的限值整定参数；本例中，在配电终端中设置了如下异常征兆监控点：中央处理单元、操作控制回路、通信模块、电源模块和采集模块，其中，中央处理单元的异常征兆类型有：任务运行状态是否正常、参数是否正常、GPS对时是否正常，操作控制回路的异常征兆类型有：操作控制回路是否正常，通信模块的异常征兆类型有：上行通信状态是否正常、下行通信状态是否正常，电源模块的异常征兆类型有：电源模块是否交流正常、接入蓄电池是否正常和电池活化是否正常，采用模块的异常征兆类型有：遥测数据是否远离均值、遥测数据是否大于阈值和遥测与遥信数据是否为0。

各个异常征兆监控点根据异常征兆判定规则构成了在某一时刻的状态向量M＝(M[1]，M[2]，...M[n])，其中M[i]为异常征兆监控点i在当前时刻的状态值评判值，其状态评价评判依据为各自的自诊断方法。根据具体的异常征兆监控点本例建立的异常征兆判定规则的规则表如表1所示，采集各个异常征兆监控点的运行状态形成异常征兆向量，然后结合规则表1及自诊断结果对异常征兆属性值进行赋值。

通过自诊断方法评判各个异常征兆监控点的运行状态，针对本例的异常征兆监控点的各自具体自诊断方法如下。

中央处理单元：中心处理单元是配电终端的核心，主要负责配电终端数据采集、故障分析、发送遥控命令以及通信处理等任务，该功能模块采用交流采样技术，使用数字信号处理芯片DSP，根据电压、电流采样值计算各种电气量，进行故障检测与记录；通过通信模块与光纤、有线、无线等通信网接口，与上级主站交换数据，中央处理单元的自诊断包括任务运行状态自诊断、参数自诊断和GPS对时自诊断。

任务运行状态自诊断：在中央处理单元运行的过程中，可能会出现由于环境问题(如高温潮湿等因素)或者软件Bug造成任务状态运行异常。因此，针对该种情况，通过软件运行状态监测程序来判断软件任务运行是否正常。其在状态判定向量中对应的为M[1]，当M[1]为0时表示任务运行状态正常；反之，当M[1]为1时说明任务运行状态异常。

参数自诊断：参数自诊断主要包括诊断配电终端系统参数(IP地址、设备地址)和限值整定参数(防抖时间、遥控保持时间、越死区值)，诊断方法为将终端内参数与自诊断模块中参数值比较进行自诊断。其在状态判定向量中对应的为M[2]，当M[2]为0时表示参数正常；反之，当M[2]为1时说明参数异常。

GPS对时自诊断：为保证配电终端处于相同的工作时间，需要对对时状态进行自诊断。通过设计自诊断对时中断程序，在中断恢复后将对时结果与程序进行比较判定，若相同则GPS对时无故障。其在状态判定向量中对应的为M[3]，当M[3]为0时表示对时正常；反之，当M[3]为1时对时异常。

操作控制回路：操作控制回路是根据接收到的中央处理单元的遥控命令，对馈线上的断路器、隔离开关等开断元件进行操作的单元。

通过采集中央处理器所下发的遥控指令与采集模块采集得到的遥测状态并进行智能比对，判断两者的因果关系是否匹配，如结果不匹配，诊断结果则为操作控制回路故障。其在状态判定向量中对应的为M[4]，当M[4]为0时表示操作控制回路正常；反之，当M[4]为1时表示操作控制回路异常。

考虑到如开关拒动、误动等非配电终端故障因素，但是需要运维人员到现场进行调试，因此将开关故障等非终端故障因素归纳为操作控制回路故障。

通信模块自诊断：通信模块用于上下游配电终端之间、配电终端与主站之间进行采集信息与系统信息的交互功能，一般采用光纤的方式进行通信。若该模块发生故障后，配电终端将无法将信息传递到主站或上下游智能装置，同时也不能接受远方命令从而不能对故障区域进行定位操作。

配电终端通信模块自诊断包含上行通信和下行通信两个部分。其中，上行通信是指与主站之间的通信交互，下行通信是指配电终端与上下游接入的智能终端之间的通信交互。通信模块故障自诊断的方法是返送校验，自诊断模块通过向主站或上下游智能设备发出询问命令，通过能否收到回应判定是否故障。其在状态判定向量中对应的分别为M[5]、M[6]，当M[5]或M[6]为0时表示上行通信或者下行通信正常；反之，当M[5]或M[6]为1时表示上行通信或者下行通信异常。

电源模块自诊断：电源模块作为配电终端的能源管理模块，主要包括充电器和蓄电池两个部分，用于提供给配电终端不间断的供电电源。当电网正常运行时，电压互感器或传感器二次侧输出电压通过直流单元供电并对蓄电池进行充电。

电源模块的自诊断功能可由模块的自检功能进行。自诊断项目包括检测电源电网侧是否失电，、接入的蓄电池是否失压或者欠压、电池活化。其在状态判定向量中分别对应的编号为M[7]、M[8]、M[9]，当编号值为0时表示相应检测正常；反之，当编号值为1时表示相应检测的结果为异常。

采集模块自诊断：采集单元是从电压互感器、电流互感器和开关中周期自动采集待测信号，并送到中央控制单元进行分析处理，是配电终端与电网模拟数字信号进行转换的重要构件。

配电终端的采集量包括遥测和遥信数据，遥测量又包括电压值和电流值。为方便描述采集模块自诊断模型，设遥测数据为ξ，阈值为ε，平均值为θ，设定差值大于δ为离群数据，则采集模块自诊断判定原则为：

若|ξθ|＞θ，则判定采集单元故障；

若ξ＞ε，则判定采集单元故障；

若ξ-0，传感器探头失效故障。

上述三种故障类型在状态判定向量中分别对应的编号为M[10]、M[11]、M[12]，当M[10]为0时表示遥测数据正常，当M[10]为1时表示遥测数据远离均值，采集模块出现故障；当M[11]为0时表示遥测数据不大于系统设定的阈值，采集模块正常，当M[11]为1时表示遥测数据大于阈值，采集模块故障；当M[12]为0时表示遥测和遥信数据存在，当M[12]为1时表示遥测和遥信数据不存在，采集模块出现故障。

本例中，上述的自诊断方法的启动条件包括持续诊断、周期诊断和监控诊断，根据实际需要，可以选择相应的启动条件，其中，持续诊断为配电终端运行过程中持续对各模块运行状态进行自诊断，若发现故障则向主站发送故障识别向量；周期诊断可根据现场工作条件设置自诊断周期，在每个周期的起点对各模块状态进行自诊断，若发现故障则上报主站；监控诊断由监控服务器下发自诊断命令，从而完成终端自诊断的过程。

进一步，自诊断的过程中，还包括远程监控模式和现场调试模式，其中，其中远程监控模式指配电终端与监控服务器通过网络进行通信，可定时或者周期向监控服务器上报自诊断结果，也可由运维人员从监控服务器侧下发自诊断命令，远程对配电终端进行诊断。现场调试模式指运维人员可在配电终端运行现场通过调试服务器接入自诊断模块，并从中读取状态判定向量，从而判断配电终端故障的具体原因，进而制定相应的检修方案，防止终端离线等情况的发生，因此，还需要将自诊断结果发送至监控服务器和调试服务器。

S3：根据异常征兆判定规则判断状态序列中是否存在异常征兆。

通过异常征兆属性值可以快速地判断是否存在异常征兆，如，异常征兆属性值为1的是异常征兆，否则不是异常征兆。

S4：根据故障征兆判定规则对异常征兆进行故障识别。

若存在异常征兆，需要对异常征兆进行故障识别，具体的，对各个异常征兆向量分组并创建相应的故障征兆向量，如，本例中，将故障征兆向量定义为异常征兆向量的集合，形成故障征兆向量D＝(D[1]，D[2]，…D[n])，其中D[i]为配电终端i模块的故障状态，故障征兆向量如表2所示，通过异常征兆属性值计算故障征兆属性值，具体的，某一个故障征兆向量D[i]的属性值为相应异常征兆属性值的异或的结果，然后，根据故障征兆属性值识别异常征兆的故障类型。

S5：对识别的故障类型进行相应的预警。

根据不同类型的故障类型分别进行相应的预警，通知相关运维人员进行维修。

依据上述的配电终端故障自诊断方法，本例还提供一种配电终端故障自诊断系统，包括：

建立模块，用于建立异常征兆判定规则表(如表1)和故障征兆判定规则表(如表2)；

监测单元，用于监测和采集配电终端的异常征兆运行状态；

状态缓存模块，用于存储异常征兆运行状态并生成状态序列；

状态判定模块，用于根据异常征兆判定规则判断状态序列中是否存在异常征兆；

故障识别模块，用于根据故障征兆判定规则对异常征兆进行故障识别。

进一步，还包括自诊断模块，用于对配电终端中的中央处理单元、操作控制回路、通信模块、电源模块和采集模块的运行状态进行自诊断，其中，中央处理单元的自诊断包括任务运行状态自诊断、参数自诊断和GPS对时自诊断，具体自诊断方法请参考上述步骤S2。

进一步，还包括监控服务器和调试服务器，监控服务器械和调试服务器分别和自诊断模块通信连接，以实现自诊断结果的远程监控和现场调试。

通过本申请的配电终端故障自诊断方法，可以对配电终端各种隐患的异常状态或故障状态给出诊断，并产生相关预警通知相关运维人员，从而预防或消除故障，保证配电终端安全运行，可以有效提高配电终端的遥控成功率，改善应用区域的馈线自动化启动率及成功率。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种配电终端故障自诊断方法，其特征在于，包括步骤：

建立异常征兆判定规则和故障征兆判定规则，所述异常征兆判定规则包括异常征兆类型、异常征兆向量和异常征兆属性值，所述故障征兆判定规则包括故障征兆类型、故障征兆向量和故障征兆属性值；

采集配电终端的异常征兆运行状态生成状态序列；

根据所述异常征兆判定规则判断所述状态序列中是否存在异常征兆；

若存在异常征兆，根据所述故障征兆判定规则对所述异常征兆进行故障识别。

2.如权利要求1所述的配电终端故障自诊断方法，其特征在于，所述采集配电终端的异常征兆运行状态生成状态序列，具体为：

设置配电终端的异常征兆监控点，所述异常征兆监控点包括中央处理单元、操作控制回路、通信模块、电源模块和采集模块；

通过自诊断方法评判各个异常征兆监控点的运行状态；

采集各个异常征兆监控点的运行状态形成异常征兆向量；

根据异常征兆判定规则及自诊断结果对异常征兆属性值进行赋值。

3.如权利要求2所述的配电终端故障自诊断方法，其特征在于，所述中央处理单元包括任务运行状态自诊断、参数自诊断和GPS对时自诊断。

4.如权利要求3所述的配电终端故障自诊断方法，其特征在于，根据故障征兆判定规则对所述异常征兆进行故障识别，具体为：

对各个异常征兆向量分组并创建相应的故障征兆向量；

通过异常征兆属性值计算故障征兆属性值；

根据故障征兆属性值识别所述异常征兆的故障类型。

5.如权利要求4所述的配电终端故障自诊断方法，其特征在于，所述通过自诊断方法评判各个异常征兆监控点的运行状态，具体为：持续诊断、周期诊断或监控诊断。

6.如权利要求5所述的配电终端故障自诊断方法，其特征在于，所述通过自诊断方法评判各个异常征兆监控点的运行状态的过程中还包括将自诊断结果发送至监控服务器和调试服务器。

7.一种配电终端故障自诊断系统，其特征在于，包括：

建立模块，用于建立异常征兆判定规则表和故障征兆判定规则表；

监测单元，用于监测和采集配电终端的异常征兆运行状态；

状态缓存模块，用于存储所述异常征兆运行状态并生成状态序列；

状态判定模块，用于根据异常征兆判定规则判断状态序列中是否存在异常征兆；

故障识别模块，用于根据故障征兆判定规则对异常征兆进行故障识别。

8.如权利要求7所述的配电终端故障自诊断系统，其特征在于，还包括自诊断模块，用于对配电终端中的中央处理单元、操作控制回路、通信模块、电源模块和采集模块的运行状态进行自诊断。

9.如权利要求8所述的配电终端故障自诊断系统，其特征在于，所述中央处理单元的自诊断包括任务运行状态自诊断、参数自诊断和GPS对时自诊断。

10.如权利要求9所述的配电终端故障自诊断系统，其特征在于，还包括监控服务器和调试服务器，所述监控服务器械和调试服务器分别和所述自诊断模块通信连接。