CN107957522A - 一种基于全站录波文件的保护设备健康状态诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于全站录波文件的保护设备健康状态诊断方法，包括建立用于诊断的保护设备的关联模型；建立关于保护设备的判断逻辑规则；根据保护设备的状态差异度计算状态诊断结果；根据诊断结果进行保护设备健康状态分析。本发明能提高保护设备的监测及运维的作用，发现保护设备的隐性故障，保证电网安全稳定运行，具有重要的意义。

Description

一种基于全站录波文件的保护设备健康状态诊断方法

技术领域

本发明涉及电力系统保护设备领域，更具体地，涉及一种基于全站录波文件的保护设备健康诊断方法。

背景技术

为了提高电力系统可靠性，目前电力系统一次设备均配置对应的保护设备，保护设备能在一次设备发生故障的第一时间产生切除故障的响应，有效保证电力系统的安全稳定运行。为了保证保护设备的可靠动作，减少拒动风险，保护设备通常按主保护和后备保护配合工作的模式进行配置，其中主保护和后备保护均可采用不同原理构建的保护元件，各保护元件根据所需故障特征量进行独立逻辑判断、启动和动作，任一保护元件动作均能发送跳闸命令至一次侧断路器实现跳闸，因此可能存在个别保护元件不正常启动或动作但保护设备正确响应的情况，此时保护设备存在隐性故障，给电力系统留下了安全隐患。为了能在故障后实现事故反演，为运维提供指导，变电站内均配置录波装置记录全站录波信息，并以文件的形式记录所有中间节点信息，这些信息记录了故障前、故障时和故障后保护设备各个元件的中间状态，通过分析这些中间节点信息能发现保护设备的隐性故障，为保护设备的健康状态诊断提供便利。

现有技术是根据保护设备最终动作与否并结合保护四性基本原则(选择性、速动性、灵敏性、可靠性)进行状态诊断，若一次设备发生故障而相应保护设备没有动作，则判断保护设备拒动异常；若一次设备没有发生故障而保护设备动作，则判断保护设备存在误动异常。该技术可以发现保护设备的拒动和误动故障。

现有技术没有深入分析保护设备多种原理保护元件配合工作的模式，因此不能发现个别保护元件的异常，无法发现保护设备的隐性故障，给电力系统留下安全隐患；没有区别主保护、后备保护的启动或动作，诊断精度较低，指导意义不强；没有充分利用保护设备的中间节点信息，信息利用渠道可能存在冗余和不可靠的因素，信息利用效率较低。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术不能发现个别保护元件的异常，无法发现保护设备的隐性故障的缺陷，提出一种基于全站录波文件的保护设备健康诊断方法。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种基于全站录波文件的保护设备健康状态诊断方法，用于判断保护设备是否正确响应，包括以下步骤：

S1：建立用于诊断的保护设备的关联模型；

S2：建立关于保护设备的判断逻辑规则；

S3：根据保护设备的状态差异度计算状态诊断结果；

S4：根据诊断结果进行保护设备健康状态分析。

其中步骤S1所述的关联模型包括一次设备、保护设备、保护元件和元件信息；其中一次设备与保护设备之间为设备关联，保护设备与保护元件之间为元件关联，保护元件与元件信息之间为信息关联。

优选的是，所述设备关联为一一对应关系的关联，元件关联为一对多关系的关联，信息关联为多对多关系的关联。

优选的是，所述保护元件包括主保护元件和后备保护元件；其中主保护元件和后备保护元件均与保护设备进行元件关联，均与元件信息进行信息关联。

优选的是，所述元件信息包括动作信息和启动信息。

其中步骤S2所述判断逻辑规则包括：

1)若某一主保护元件动作，其后备保护元件未启动，则后备保护所归属保护设备存在启动异常；

2)若某一主保护元件动作，其后备保护元件也动作，则后备保护所归属保护设备存在动作异常；

3)若某一主保护元件未启动，其后备保护元件动作，则主保护元件所归属保护设备存在启动异常；

4)若某一主保护元件未动作，其后备保护元件动作，则主保护元件所归属保护设备存在动作异常。

其中步骤S3所述的计算状态诊断结果为对主保护动作状态差异度、后备保护动作状态差异度、主保护启动状态差异度和后备保护启动状态差异度进行求和计算；计算公式为

E(X_k)＝E₁+E₂+E₃+E₄，其中 其中X_k＝0或1分别表示一次设备处于正常状态或故障状态，P_Ti＝0或1分别表示第i个主保护元件不动作或动作，P_Si＝0或 1分别表示第i个主保护元件不启动或启动，B_Tj＝0或1分别表示第j个后备保护元件不动作或动作，B_Sj＝0或1分别表示第j个后备保护元件不启动或启动。设状态差异度E(X_k)用于表示保护设备状态诊断结果，当E(X_k)为零时表示状态正常。

其中步骤S4包括以下步骤：

S4.1：输入状态差异度；

S4.2：判断状态差异度是否为0，结果为是则保护设备状态正常，结果为否则进入步骤S4.3；

S4.3：判断主保护动作状态是否为0，结果为否则主保护元件动作异常，结果为是则进入步骤S4.4；

S4.4：判断后备保护动作状态是否为0，结果为否则后备保护元件动作异常，结果为是则进入步骤S4.5；

S4.5：判断主保护启动状态差异度是否为0，结果为否则主保护元件启动异常，结果为是则进入步骤S4.6；

S4.6：判断后备保护启动状态差异度是否为0，结果为否则后备保护元件启动异常。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明公开了一种基于全站录波文件的保护设备健康状态诊断方法，该方法利用含有丰富的以时间为线索的中间节点信息，建立从一次设备到二次保护设备到保护元件到中间节点信息的全链条关联模型，构建保护设备状态诊断的逻辑判断规则，结合关联模型与逻辑判断规则分析保护设备的健康状态。本发明能提高保护设备的监测及运维的作用，有利于检测出保护设备隐性故障，是对保护设备的监控状态监测的有利补充。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为关联模型示意图；

图3为保护设备健康状态结果分析步骤图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1

一种基于全站录波文件的保护设备健康状态诊断方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1：建立用于诊断的保护设备的关联模型；

S2：建立关于保护设备的判断逻辑规则；

S3：根据保护设备的状态差异度计算状态诊断结果；

S4：根据诊断结果进行保护设备健康状态分析。

1)步骤S1：建立用于诊断的保护设备的关联模型。

为了充分利用全站录波文件的中间节点信息进行保护设备的状态诊断，首先需要建立涵盖设备关联、元件关联和信息关联的关联模型，如图2所示，梳理从设备到元件到中间节点信息的关联关系。

a)设备关联

保护设备状态健康的基本原则是保护设备正确响应对应一次设备故障的激励，因此保护设备状态诊断的基础是建立一次设备与保护设备之间的关联关系。

为了保证电力系统的安全稳定运行，一次设备需要配备相应的保护设备，若一次设备发生故障则由对应的保护设备迅速切断故障，且一次设备与保护设备之间存在一一对应关系。因此可以定义“设备关联对”简化表示一次设备(线路、母线、变压器、断路器等)和保护设备(线路保护设备、母线保护设备、变压器保护设备、断路器保护设备等)之间的一一对应关系：

X_k→Y_k:(X_k,Y_k)

其中X_k表示第k个一次设备，Y_k表示对应的第k个保护设备，“→”表示一一对应关联关系。

对于智能变电站而言，可以通过解析SCD文件得到一次设备与保护设备之间的关联关系，而对于常规变电站则需要人工输入。

b)元件关联：

为了提高保护设备动作的可靠性，保障电力系统安全稳定运行，目前保护设备均采用主保护与后备保护配合保护的模式，其中主保护通常采用纵联差动保护元件，后备保护采用距离保护、过流保护等多种原理的保护元件。且对于同样是主保护(或后备保护)的若干种保护元件而言，任一保护元件逻辑判断出口，均会发送跳闸命令至断路器，从而协同合作形成多重安全机制，减少保护设备拒动的风险。

因此建立保护设备各个保护元件之间的关联关系，结合保护元件响应的机理，可以为分析各保护元件是否正确响应提供基础。定义“保护元件关联对”简化表示保护设备与主保护元件和后备保护元件的关联关系：

设共有n₁个主保护元件，n₂个后备保护元件，其中P_i表示第i个主保护元件，B_j表示第j个后备保护元件，表示一对多关联关系。

对于智能变电站而言，可以通过解析SCD文件中保护逻辑设备与保护逻辑节点之间的关系得到保护设备与保护元件之间的关联关系，而对于常规变电站则需要人工输入。

c)信息关联

保护设备根据输入的电流电压等电气量信息进行逻辑判断并出口，中间环节会产生部分中间节点信息，中间节点信息以时间为线索，可清晰再现故障过程中各保护功能元件的动作逻辑及先后顺序，并提供各保护元件的关键计算量作为动作依据，如电流、电压、阻抗、序分量、差动电流、制动电流等关键计算量，作为中间逻辑节点的辅助结果。全站录波文件能有效记录这些中间节点信息，并采用规范的DL/T 860的文件服务传输，因此通用性规范性较好，可以通过解析全站录波文件获取保护设备的中间节点信息。

为了结合一次设备故障情况进行保护设备健康状态诊断，需要解析全站录波文件中的保护元件启动和动作信息。如前所述，保护设备通常配置主保护和后备保护，分别对应多种原理的保护元件，各个保护元件还包括一一对应的启动状态和动作状态，这两种状态均以中间节点信息的形式记录在全站录波文件中。定义“信息关联对”简化表示保护元件和启动/动作中间节点信息的关联关系：

P_i(P_Ti,P_Si)，B_j(B_Tj,B_Sj)

其中P_Ti表示第i个主保护元件的动作信息，P_Si表示第i个主保护元件的启动信息；B_Tj表示第j个后备保护元件的动作信息，B_Sj表示第j个后备保护元件的启动信息。

2)步骤S2：建立关于保护设备的判断逻辑规则；

动作于跳闸的保护设备在技术上一般应满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性的要求，其中选择性是作为继电保护动作一致性校验的核心准则。选择性是指： 1)电力系统故障时，保护设备动作，仅切除故障元件，尽量缩小停电范围，使系统的非故障部分继续运行；2)保护设备分主保护和后备保护。主保护是指能反应元件自身故障，并能按要求快速切除故障的保护；后备保护是指主保护或断路器拒动时起保护作用的保护。

充分考虑不同保护类型：主保护及后备保护，以及不同保护行为：保护启动和保护动作，保护设备健康状态诊断应遵循以下四个基本的判断逻辑规则：

a)判断逻辑规则一：若某一主保护元件动作，其后备保护元件未启动，则后备保护所归属保护设备存在启动异常；

b)判断逻辑规则二：若某一主保护元件动作，其后备保护元件也动作，则后备保护所归属保护设备存在动作异常；

c)判断逻辑规则三：若某一主保护元件未启动，其后备保护元件动作，则主保护元件所归属保护设备存在启动异常；

d)判断逻辑规则四：若某一主保护元件未动作，其后备保护元件动作，则主保护元件所归属保护设备存在动作异常；

3)步骤S3：根据保护设备的状态差异度计算状态诊断结果；

设X_k＝0或1分别表示一次设备处于正常状态或故障状态，P_Ti＝0或1分别表示第i个主保护元件不动作或动作，P_Si＝0或1分别表示第i个主保护元件不启动或启动，B_Tj＝0或1分别表示第j个后备保护元件不动作或动作，B_Sj＝0或1分别表示第j个后备保护元件不启动或启动。设状态差异度E(X_k)用于表示保护设备状态诊断结果，当E(X_k)为零时表示状态正常，其中E(X_k)由四项构成，分别是主保护动作状态差异度E₁，后备保护动作状态差异度E₁，主保护启动状态差异度E₃和后备保护启动状态差异度E₄。

定义和分别表示逻辑“异或”和“同或”，即若a，b状态相反(0与1)，则若a，b状态相同(同为0或1)，则反之亦然。

根据判断逻辑对主保护元件和后备保护元件的状态差异度方程如下：

E(X_k)＝E₁+E₂+E₃+E₄

4)步骤S4：根据诊断结果进行保护设备健康状态分析。

由于多个保护动作同时发生错误的可能很低，本文只考虑发生某个保护元件动作或启动异常的情况。因此，保护设备健康状态诊断结果分析的基本步骤如图3所示。

S4.1：输入状态差异度；

S4.2：判断状态差异度是否为0，结果为是则保护设备状态正常，结果为否则进入步骤S4.3；

S4.3：判断主保护动作状态是否为0，结果为否则主保护元件动作异常，结果为是则进入步骤S4.4；

S4.4：判断后备保护动作状态是否为0，结果为否则后备保护元件动作异常，结果为是则进入步骤S4.5；

S4.5：判断主保护启动状态差异度是否为0，结果为否则主保护元件启动异常，结果为是则进入步骤S4.6；

S4.6：判断后备保护启动状态差异度是否为0，结果为否则后备保护元件启动异常。

最后，将状态差异度方程的结果分析告知运维人员，为运维工作提供有针对性的指导意见。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于全站录波文件的保护设备健康状态诊断方法，用于判断保护设备是否正确响应，其特征在于，包括以下步骤：

S1：建立用于诊断的保护设备的关联模型；

S2：建立关于保护设备的判断逻辑规则；

S3：根据保护设备的状态差异度计算状态诊断结果；

S4：根据诊断结果进行保护设备健康状态分析。

2.根据权利要求1所述的一种基于全站录波文件的保护设备健康状态诊断方法，其特征在于，步骤S1所述的关联模型包括一次设备、保护设备、保护元件和元件信息；其中一次设备与保护设备之间为设备关联，保护设备与保护元件之间为元件关联，保护元件与元件信息之间为信息关联。

3.根据权利要求2所述的一种基于全站录波文件的保护设备健康状态诊断方法，其特征在于，所述设备关联为一一对应关系的关联，元件关联为一对多关系的关联，信息关联为多对多关系的关联。

4.根据权利要求2所述的一种基于全站录波文件的保护设备健康状态诊断方法，其特征在于，所述保护元件包括主保护元件和后备保护元件；其中主保护元件和后备保护元件均与保护设备进行元件关联，均与元件信息进行信息关联。

5.根据权利要求4所述的一种基于全站录波文件的保护设备健康状态诊断方法，其特征在于，所述元件信息包括动作信息和启动信息。

6.根据权利要求1所述的一种基于全站录波文件的保护设备健康状态诊断方法，其特征在于，步骤S2所述判断逻辑规则包括：

1)若某一主保护元件动作，其后备保护元件未启动，则后备保护所归属保护设备存在启动异常；

2)若某一主保护元件动作，其后备保护元件也动作，则后备保护所归属保护设备存在动作异常；

3)若某一主保护元件未启动，其后备保护元件动作，则主保护元件所归属保护设备存在启动异常；

4)若某一主保护元件未动作，其后备保护元件动作，则主保护元件所归属保护设备存在动作异常。

7.根据权利要求1所述的一种基于全站录波文件的保护设备健康状态诊断方法，其特征在于，步骤S3所述的计算状态诊断结果为对主保护动作状态差异度、后备保护动作状态差异度、主保护启动状态差异度和后备保护启动状态差异度进行求和计算；计算公式为E(X_k)＝E₁+E₂+E₃+E₄，其中 其中X_k＝0或1分别表示一次设备处于正常状态或故障状态，P_Ti＝0或1分别表示第i个主保护元件不动作或动作，P_Si＝0或1分别表示第i个主保护元件不启动或启动，B_Tj＝0或1分别表示第j个后备保护元件不动作或动作，B_Sj＝0或1分别表示第j个后备保护元件不启动或启动。设状态差异度E(X_k)用于表示保护设备状态诊断结果，当E(X_k)为零时表示状态正常。

8.根据权利要求1所述的一种基于全站录波文件的保护设备健康状态诊断方法，其特征在于，步骤S4包括以下步骤：

S4.1：输入状态差异度；

S4.2：判断状态差异度是否为0，结果为是则保护设备状态正常，结果为否则进入步骤S4.3；

S4.3：判断主保护动作状态是否为0，结果为否则主保护元件动作异常，结果为是则进入步骤S4.4；

S4.4：判断后备保护动作状态是否为0，结果为否则后备保护元件动作异常，结果为是则进入步骤S4.5；

S4.5：判断主保护启动状态差异度是否为0，结果为否则主保护元件启动异常，结果为是则进入步骤S4.6；

S4.6：判断后备保护启动状态差异度是否为0，结果为否则后备保护元件启动异常。