CN110110856B - 一种基于多源信息深度推理的电网故障诊断方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于多源信息深度推理的电网故障诊断方法及系统，该方法包括下述步骤：从数据源中获取数据，所述数据源包括：保信系统、故障录波系统、行波测距系统、调度自动化系统以及检修系统；从设定的知识库中调用推理机所需的知识，所述知识库：保护原理、拓扑分析算法、保护正确动作含义、CT饱和特征及识别方法、励磁涌流及识别方法、故障跳闸判断方法、区内故障判断方法、关联动作级数判断方法；基于所述数据源中的数据以及所述知识库中的知识，利用推理机对电网故障进行诊断；本发明可以快速判断电网的保护动作行为，辨别拒动和误动，初步分析保护误动原因，对支持调度快速复电具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种基于多源信息深度推理的电网故障诊断方法及系统。
背景技术
电网故障诊断对于支持调度快速复电具有重要意义。目前，主流诊断方法有基于优化技术的方法、基于神经网络的方法、基于Petri网的方法等，这些方法利用调度自动化系统的保护动作和开关位置遥信进行电网故障诊断。现有方法主要存在两方面问题。第一，诊断结果仅为故障设备且不能评价保护正确动作或误动。随着变电站自动化系统和调度数据网性能的提升，遥信数据漏报或误报的情况已极少发生，诊断故障设备的难度显著降低。提高跳闸事件处理速度的关键是快速判断保护动作行为、辨识保护或开关拒动、分析保护误动原因；第二，难以应对台风天气下大面积跳闸情况。这些方法多基于复杂算法进行大量计算诊断故障，台风天气下故障密集、跳闸设备数量大且会出现各种复杂故障，若对每个跳闸事件都完全分析，计算速度难以满足调度复电需求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于多源信息深度推理的电网故障诊断方法及系统，可以快速判断电网的保护动作行为，辨别拒动和误动，初步分析保护误动原因，对支持调度快速复电具有重要意义。
本发明提供的一种基于多源信息深度推理的电网故障诊断方法，包括下述步骤：
从数据源中获取数据，所述数据源包括：保信系统、故障录波系统、行波测距系统、调度自动化系统以及检修系统；
从设定的知识库中调用推理机所需的知识，所述推理机所需的知识包含有：保护原理、拓扑分析算法、保护正确动作含义、CT饱和特征及识别方法、励磁涌流及识别方法、故障跳闸判断方法、区内故障判断方法、关联动作级数判断方法；
基于所述数据源中的数据以及所述推理机所需的知识，利用推理机对电网故障进行诊断；
其中，所述保护原理包括差动保护、距离保护、零序保护以及过流保护原理，用于校验保护装置的保护逻辑；所述区内故障判断方法，用于判断故障点是否在一次设备首端和末端的开关之间或一次设备各侧的开关之间；所述关联动作级数判断方法，用于判断电网故障时，在同一条母线连接的一次设备及其对应保护装置中，同一时间段内发生跳闸的一次设备的数量或发生动作的保护装置的数量；所述保护正确动作含义为保护装置在设定时间内有选择地切除故障。
优选地，所述数据源中的数据中的数据包括：
所述保信系统的保护录波数据、开关位置数据、保护事件数据、保护装置整定值数据；
所述故障录波系统的录波器录波数据、开关位置数据、保护事件数据；
所述行波测距系统的行波装置波形数据、测距信息数据；
所述调度自动化系统的电网拓扑信息数据、电网潮流信息数据、保护事件数据、开关量信息数据、告警信息数据；
所述检修系统的电网一次设备或者二次设备的检修工作信息数据。
优选地，所述知识库还包括全轨迹逻辑校验方法；
所述全轨迹逻辑校验方法为：测量并计算每个采样点的保护测量量随时间变化曲线，并根据该变化曲线判断在设定时间范围内，是否存在至少一个采样点在保护装置动作范围外，若是，则判断为保护装置原因导致的误动事件。
优选地，基于所述数据源中的数据以及所述推理机所需的知识，利用推理机对电网故障进行诊断，包括下述步骤：
当电网有动作事件或运行设备跳闸时，通过保信系统或者故障录波系统读取跳闸设备波形文件，根据故障跳闸判别方法，将跳闸事件分为故障跳闸和非故障跳闸；若跳闸事件为故障跳闸，则基于电网动作事件、跳闸设备波形文件对应的波形特征、全轨迹逻辑校验方法以及区内故障判断方法，利用推理机综合分析跳闸事件，将跳闸事件分为正确动作、拒动及误动事件，并确定误动事件的原因；若跳闸事件为非故障事件，则基于所述保信系统的保护录波和故障录波器录波对比、跳闸设备的直流录波、跳闸设备的波形特征、告警事件以及保护原理，利用推理机分析误动原因；还从检修系统中读取跳闸时刻的一次或者二次检修工作信息，判断电网误动事件是否与检修工作有关。
优选地，
所述拓扑分析算法为广度搜索算法或深度搜索算法，用于识别电网拓扑结构及关联动作级数判断；
所述故障跳闸判别方法具体为：在跳闸设备的电流电压波形满足下列三种条件中任意一种时：任一相电流增大且同名相电压下降、出现零序电流和零序电压、任一相电流增大且电源侧同名相电压超前相电流的角度在0度附近且出现零序电流且电压三相对称，则判断为故障跳闸，否则为非故障跳闸；
所述关联动作级数判断方法具体为：在同一母线连接的所有一次设备中，同一时刻只有一个一次设备跳闸且只有该一次设备对应的保护装置有动作事件，则判断关联动作级数为一；若在同一母线连接的所有一次设备中，同一时间段内存在两个一次设备跳闸，或者在同一母线连接的所有一次设备中，同一时间段内只有一个一次设备跳闸且至少存在两个一次设备对应的保护装置有动作事件或保护启动事件，则判断关联动作级数为二；
所述区内故障判断方法具体为：对于双端电源线路，线路区内故障判断原则为线路两侧故障电流方向均为正方向；对于单端电源线路，线路区内故障判断原则为线路电源侧故障电流方向为正方向且线路负荷侧故障电流为0；对于主变，主变区内故障判断原则为主变高压侧或中压侧故障电流方向为正方向且低压侧故障电流为0。
本发明还提供一种基于多源信息深度推理的电网故障诊断系统，包括：数据源、知识库以及深度推理机；
所述深度推理机，用于从数据源中获取数据，以及从设定的知识库中调用推理机所需的知识，并基于所述数据源中的数据以及所述推理机所需的知识，利用推理机对电网故障进行诊断；
所述数据源包括：保信系统、故障录波系统、行波测距系统、调度自动化系统以及检修系统；
所述推理机所需的知识包含有：保护原理、拓扑分析算法、保护正确动作含义、CT饱和特征及识别方法、励磁涌流及识别方法、故障跳闸判断方法、区内故障判断方法、关联动作级数判断方法；
其中，所述保护原理包括差动保护、距离保护、零序保护以及过流保护原理，用于校验保护装置的保护逻辑；所述区内故障判断方法，用于判断故障点是否在一次设备首端和末端的开关之间或一次设备各侧的开关之间；所述关联动作级数判断方法，用于判断电网故障时，在同一条母线连接的一次设备及其对应保护装置中，同一时间段内发生跳闸的一次设备的数量或发生动作的保护装置的数量；所述保护正确动作含义为保护装置在设定时间内有选择地切除故障。
优选地，所述数据源中的数据中的数据包括：
所述保信系统的保护录波数据、开关位置数据、保护事件数据、保护装置整定值数据；
所述故障录波系统的录波器录波数据、开关位置数据、保护事件数据；
所述行波测距系统的行波装置波形数据、测距信息数据；
所述调度自动化系统的电网拓扑信息数据、电网潮流信息数据、保护事件数据、开关量信息数据、告警信息数据；
所述检修系统的电网一次设备或者二次设备的检修工作信息数据。
优选地，所述知识库还包括全轨迹逻辑校验方法；
所述全轨迹逻辑校验方法为：测量并计算每个采样点的保护测量量随时间变化曲线，并根据该变化曲线判断在设定时间范围内，是否存在至少一个采样点在保护装置动作范围外，若是，则判断为保护装置原因导致的误动事件。
优选地，所述深度推理机，进一步地用于：
当电网有动作事件或运行设备跳闸时，通过保信系统或者故障录波系统读取跳闸设备波形文件，根据故障跳闸判别方法，将跳闸事件分为故障跳闸和非故障跳闸；若跳闸事件为故障跳闸，则基于电网动作事件、跳闸设备波形文件对应的波形特征、全轨迹逻辑校验方法以及区内故障判断方法，利用推理机综合分析跳闸事件，将跳闸事件分为正确动作、拒动及误动事件，并确定误动事件的原因；若跳闸事件为非故障事件，则基于所述保信系统的保护录波和故障录波器录波对比、跳闸设备的直流录波、跳闸设备的波形特征、告警事件以及保护原理，利用推理机分析误动原因；还从检修系统中读取跳闸时刻的一次或者二次检修工作信息，判断电网误动事件是否与检修工作有关。
优选地，
所述拓扑分析算法为广度搜索算法或深度搜索算法，用于识别电网拓扑结构及关联动作级数判断；
所述故障跳闸判别方法具体为：在跳闸设备的电流电压波形满足下列三种条件中任意一种时：任一相电流增大且同名相电压下降、出现零序电流和零序电压、任一相电流增大且电源侧同名相电压超前相电流的角度在0度附近且出现零序电流且电压三相对称，则判断为故障跳闸，否则为非故障跳闸；
所述关联动作级数判断方法具体为：在同一母线连接的所有一次设备中，同一时刻只有一个一次设备跳闸且只有该一次设备对应的保护装置有动作事件，则判断关联动作级数为一；若在同一母线连接的所有一次设备中，同一时间段内存在两个一次设备跳闸，或者在同一母线连接的所有一次设备中，同一时间段内只有一个一次设备跳闸且至少存在两个一次设备对应的保护装置有动作事件或保护启动事件，则判断关联动作级数为二；
所述区内故障判断方法具体为：对于双端电源线路，线路区内故障判断原则为线路两侧故障电流方向均为正方向；对于单端电源线路，线路区内故障判断原则为线路电源侧故障电流方向为正方向且线路负荷侧故障电流为0；对于主变，主变区内故障判断原则为主变高压侧或中压侧故障电流方向为正方向且低压侧故障电流为0。
实施本发明，具有如下有益效果：本发明中的数据源包括：保信系统、故障录波系统、行波测距系统、调度自动化系统以及检修系统，知识库中设置了推理机所需的多种知识，再基于所述数据源中的数据以及所述知识库中的知识，利用推理机对电网故障进行诊断，可以快速判断电网的保护动作行为，辨别拒动和误动，分析保护误动原因，对支持调度快速复电具有重要意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的基于多源信息深度推理的电网故障诊断方法的流程图。
图2是本发明提供的深度推理机的统一模型示意图。
图3是本发明提供的跳闸故障时关联动作级数为一的推理流程示意图。
图4是本发明提供的跳闸故障时关联动作级数为二的推理流程示意图。
图5是本发明提供的非故障跳闸推理流程示意图。
图6是本发明提供的应急模式下的推理流程示意图。
具体实施方式
本发明提供一种基于多源信息深度推理的电网故障诊断方法，其包括下述步骤：
从数据源中获取数据，数据源包括：保信系统、故障录波系统、行波测距系统、调度自动化系统以及检修系统；
从设定的知识库中调用推理机所需的知识，知识库中推理机所需的知识包含有：保护原理、拓扑分析算法、保护正确动作含义、CT(电流互感器)饱和特征及识别方法、励磁涌流及识别方法、故障跳闸判断方法、区内故障判断方法、关联动作级数判断方法；
基于数据源中的数据以及知识库中的推理机所需的知识，利用推理机(深度推理机)对电网故障进行诊断；
其中，保护原理包括差动保护、距离保护、零序保护以及过流保护原理，用于校验保护装置的保护逻辑；区内故障判断方法用于判断故障点是否在该一次设备首端和末端的开关之间或一次设备各侧的开关之间；关联动作级数判断方法用于判断电网故障时，在同一条母线连接的一次设备及其对应保护装置中，同一时间段内发生跳闸的一次设备的数量或发生动作的保护装置的数量；保护正确动作含义为保护装置在设定时间内有选择地切除故障。
例如，110kV及以上设备均配置主保护，一次设备发生区内(该一次设备首端和末端的开关之间或各侧的开关之间，下同)故障后，若由对应的主保护动作切除故障，即保护正确动作。10kV母线无主保护，其故障后，若由对应主变低后备保护动作或接地变保护动作切除故障，即保护正确动作。
电网故障导致CT饱和后，对应二次电流波形畸变且含有大量谐波分量。常用识别方法有基于小波包变换的识别方法。
当主变空载合闸时，将产生励磁涌流，其特征为波形不对称、出现间断角、含有较大二次谐波分量。常用励磁涌流特征及识别方法有二次谐波识别法和波形对称识别法。
进一步地，数据源中的数据中的数据包括：
保信系统的保护录波数据、开关位置数据、保护事件数据(具体为保护装置提供的全部保护事件数据)、保护装置整定值数据；保护事件也即是保护装置的动作事件；
故障录波系统的录波器录波数据、开关位置数据、保护事件数据(具体为保护装置提供的部分保护事件数据)；
行波测距系统的行波装置波形数据、测距信息数据；
调度自动化系统的电网拓扑信息数据、电网潮流信息数据、保护事件数据(具体为保护装置提供的部分保护事件数据)、开关量信息数据、告警信息数据；
检修系统的电网一次设备或者二次设备的检修工作信息数据。
进一步地，知识库还包括全轨迹逻辑校验方法，该方法用于判别保护装置导致的误动。
全轨迹逻辑校验方法为：测量并计算每个采样点的保护测量量随时间变化曲线，并根据该变化曲线判断在设定时间范围内，是否存在至少一个采样点在保护装置动作范围外，若是，则判断为保护装置原因导致的误动事件。
例如，若校验保护装置x是否因装置原因误动，将其对应的保护测量量记为y，动作时间记为t。在0-t时间段内，计算每个采样点对应的测量量y，y随时间的变化曲线即测量量全轨迹。只要测量量全轨迹存在一个点在保护元件x动作范围外，则可判断为保护装置原因导致误动。
进一步地，基于数据源中的数据以及知识库中的推理机所需的知识，利用推理机对电网故障进行诊断，包括下述步骤：
当电网有动作事件或运行设备跳闸时，通过保信系统或者故障录波系统读取跳闸设备波形文件，根据故障跳闸判别方法，将跳闸事件分为故障跳闸和非故障跳闸；若跳闸事件为故障跳闸，则基于电网动作事件、跳闸设备波形文件对应的波形特征、全轨迹逻辑校验方法以及区内故障判断方法，利用推理机综合分析跳闸事件，将跳闸事件分为正确动作、拒动及误动事件，并确定误动事件的原因；若跳闸事件为非故障事件，则基于保信系统的保护录波和故障录波器录波对比、跳闸设备的直流录波、跳闸设备的波形特征、告警事件以及保护原理，利用推理机分析误动原因；还从检修系统中读取跳闸时刻的一次或者二次检修工作信息，判断电网误动事件是否与检修工作有关。
拓扑分析算法为广度搜索算法或深度搜索算法，用于识别电网拓扑结构及关联动作级数判断。
故障跳闸判别方法具体为：在跳闸设备的电流电压波形满足下列三种条件中任意一种时：任一相电流增大且同名相电压下降、出现零序电流和零序电压、任一相电流增大且电源侧同名相电压超前相电流的角度在0度附近且出现零序电流且电压三相对称，则判断为故障跳闸，否则为非故障跳闸。
关联动作级数判断方法具体为：在同一母线连接的所有一次设备中，同一时刻只有一个一次设备跳闸且只有该一次设备对应的保护装置有动作事件，则判断关联动作级数为一；若在同一母线连接的所有一次设备中，同一时间段内存在两个一次设备跳闸，或者在同一母线连接的所有一次设备中，同一时间段内只有一个一次设备跳闸且至少存在两个一次设备对应的保护装置有动作事件或保护启动事件，则判断关联动作级数为二。注：10kV母线对应的保护为主变低后备保护或接地变保护。电网发生关联动作级数为一或二之外的故障属于小概率事件，本发明不考虑。
关联动作级数为二的常见事件案例，如下表所示：
关联动作级数为二的常见事件案例
区内故障判断方法具体为：对于双端电源线路，线路区内故障判断原则为线路两侧故障电流方向均为正方向；对于单端电源线路，线路区内故障判断原则为线路电源侧故障电流方向为正方向且线路负荷侧故障电流为0；对于主变，主变区内故障判断原则为主变高压侧或中压侧故障电流方向为正方向且低压侧故障电流为0。
本发明还提供一种基于多源信息深度推理的电网故障诊断系统，其包括：数据源、知识库以及深度推理机。
深度推理机用于从数据源中获取数据，以及从设定的知识库中调用推理机所需的知识，并基于数据源中的数据以及知识库中的推理机所需的知识，通过推理机对电网故障进行诊断。
数据源包括：保信系统、故障录波系统、行波测距系统、调度自动化系统以及检修系统。
知识库中推理机所需的知识包含有：保护原理、拓扑分析算法、保护正确动作含义、CT饱和特征及识别方法、励磁涌流及识别方法、故障跳闸判断方法、区内故障判断方法、关联动作级数判断方法。
其中，保护原理包括差动保护、距离保护、零序保护以及过流保护原理，用于校验保护装置的保护逻辑；区内故障判断方法用于判断故障点是否在一次设备首端和末端的开关之间或一次设备各侧的开关之间；关联动作级数判断方法用于判断电网故障时，在同一条母线连接的一次设备及其对应保护装置中，同一时间段内发生跳闸的一次设备的数量或发生动作的保护装置的数量；保护正确动作含义为保护装置在设定时间内有选择地切除故障。
进一步地，数据源中的数据中的数据包括：
保信系统的保护录波数据、开关位置数据、保护事件数据、保护装置整定值数据；
故障录波系统的录波器录波数据、开关位置数据、保护事件数据；
行波测距系统的行波装置波形数据、测距信息数据；
调度自动化系统的电网拓扑信息数据、电网潮流信息数据、保护事件数据、开关量信息数据、告警信息数据；
检修系统的电网一次设备或者二次设备的检修工作信息数据。
进一步地，知识库还包括全轨迹逻辑校验方法。
全轨迹逻辑校验方法为：测量并计算每个采样点的保护测量量随时间变化曲线，并根据该变化曲线判断在设定时间范围内，是否存在至少一个采样点在保护装置动作范围外，若是，则判断为保护装置原因导致的误动事件。
深度推理机进一步地用于：
当电网有动作事件或运行设备跳闸时，通过保信系统或者故障录波系统读取跳闸设备波形文件，根据故障跳闸判别方法，将跳闸事件分为故障跳闸和非故障跳闸；若跳闸事件为故障跳闸，则基于电网动作事件、跳闸设备波形文件对应的波形特征、全轨迹逻辑校验方法以及区内故障判断方法，利用推理机综合分析跳闸事件，将跳闸事件分为正确动作、拒动及误动事件，并确定误动事件的原因；若跳闸事件为非故障事件，则基于保信系统的保护录波和故障录波器录波对比、跳闸设备的直流录波、跳闸设备的波形特征、告警事件以及保护原理，利用推理机分析误动原因；还从检修系统中读取跳闸时刻的一次或者二次检修工作信息，判断电网误动事件是否与检修工作有关。
拓扑分析算法为广度搜索算法或深度搜索算法，用于识别电网拓扑结构及关联动作级数判断。
故障跳闸判别方法具体为：在跳闸设备的电流电压波形满足下列三种条件中任意一种时：任一相电流增大且同名相电压下降、出现零序电流和零序电压、任一相电流增大且电源侧同名相电压超前相电流的角度在0度附近且出现零序电流且电压三相对称，则判断为故障跳闸，否则为非故障跳闸。
关联动作级数判断方法具体为：在同一母线连接的所有一次设备中，同一时刻只有一个一次设备跳闸且只有该一次设备对应的保护装置有动作事件，则判断关联动作级数为一；若在同一母线连接的所有一次设备中，同一时间段内存在两个一次设备跳闸，或者在同一母线连接的所有一次设备中，同一时间段内只有一个一次设备跳闸且至少存在两个一次设备对应的保护装置有动作事件或保护启动事件，则判断关联动作级数为二。
区内故障判断方法具体为：对于双端电源线路，线路故障判断原则为线路两侧故障电流方向均为正方向；对于单端电源线路，线路区内故障判断原则为线路电源侧故障电流方向为正方向且线路负荷侧故障电流为0；对于主变，主变区内故障判断原则为主变高压侧或中压侧故障电流方向为正方向且低压侧故障电流为0。
本发明提供的深度推理机利用多源数据进行推理，以快速判断保护动作行为，辨识拒动和误动，初步分析误动原因。同时，根据常规天气和台风天气下故障诊断的不同需求，可设置常规推理模式和应急推理模式。
深度推理机是系统最核心的部分。若要初步分析保护误动原因，必须结合多源信息进行深度推理。首先建立具有四级推理的深度推理机统一模型，该模型可适用绝大部分跳闸事件诊断。同时，在统一模型中设置了可扩展模块，可不断扩展特殊跳闸事件，从而不断更新和完善推理机。如图2所示。
该深度推理机的基本原理如下：
当电网有动作事件或运行设备跳闸时，电网故障诊断系统启动。启动后，通过保信系统或故障录波系统读取跳闸设备波形文件。根据故障跳闸判别方法，将跳闸事件分为故障跳闸和非故障跳闸。对于故障跳闸，根据动作事件、波形特征、全轨迹逻辑校验、区内故障判断等综合分析将跳闸事件分为正确动作、拒动及误动事件，并初步分析误动原因。对于非故障跳闸，根据保护录波和故障录波器录波对比、直流录波、波形特征、告警事件以及保护原理综合分析误动原因。最后，从检修系统中读取跳闸时刻的一次或二次检修工作信息，建议事件调查人员分析保护误动是否与检修工作有关。
常规推理模式：
非台风天气时，在某一时间段内，关联动作级数一般为1或2，对系统运行影响极小。事件处理的核心是保障用户供电可靠性，避免同一原因导致用户重复停电，故障诊断必须判断清楚保护是否正确动作及保护误动原因。因此，推理机必须具备分析绝大部分跳闸事件的能力。
以某省级电网2012-2018年的历史跳闸数据为分析基础，将统一推理模型细化为故障跳闸时关联动作级数为1的推理流程、故障跳闸时关联动作级数为2的推理流程、非故障跳闸推理流程，如图3、图4以及图5所示。
关联动作级数为1的推理流程详细介绍如下：
(1)当发生保护动作事件或运行设备跳闸时，电网故障诊断启动，转步骤(2)；
(2)读取并分析跳闸设备电压和电流波形，再利用拓扑分析算法确定跳闸设备关联动作级数，转步骤(3)；
(3)判断设备跳闸是否为故障跳闸；若是，转步骤(4)，否则转非故障跳闸推理流程；
(4)判断关联动作级数是否为1；若是，转步骤(5)，否则转关联动作级数为2的推理流程；
(5)分析跳闸设备类型；若跳闸设备为110kV及以上的线路或母线，则转步骤(6)；若跳闸设备为110kV及以上的主变，则转步骤(11)；
(6)判断跳闸设备对应的保护是否双重化配置；若是，转步骤(7)，否则转步骤(10)；
(7)判断两套母线主保护是否都动作或者线路两侧两套主保护是否都动作。若是，转步骤(8)，否则转步骤(9)；
(8)母线或线路发生区内故障，对应保护正确动作，转步骤(22)；
(9)母线或线路发生区内故障，虽然对应保护动作隔离故障；但母线保护或线路保护至少存在一套主保护未动作；复电前，应查明主保护未动作原因，转步骤(22)；
(10)判断母线主保护是否动作或者线路两侧主保护是否都动作；若是，转步骤(8)，否则转步骤(9)；
(11)判断主变保护是否为双重化配置；若是，则转步骤(12)，否则转步骤(21)；
(12)判断两套主变主保护是否都动作；若是，转步骤(13)，否则转步骤(14)；
(13)主变发生区内故障后，对应保护正确动作，转步骤(22)；
(14)判断是否有一套主保护动作；若是，转步骤(15)，否则转步骤(16)；
(15)主变发生区内故障后，虽然对应保护动作隔离故障；但其中一套主保护未动作，复电前应查明主变主保护未动作原因，转步骤(22)；
(16)判断主变低后备保护是否动作；若是，转步骤(17)，否则转步骤(18)；
(17)10kV母线发生相间故障，主变低后备保护正确动作，转步骤(22)；
(18)判断接地变保护是否动作；若是，转步骤(19)，否则转步骤(20)；
(19)10kV母线发生单相接地故障，接地变保护正确动作，转步骤(22)；
(20)主变区内故障，主变高后备保护动作；复电前应查明主变主保护未动作原因，转步骤(22)；
(21)判断主变主保护是否动作；若是，转步骤(13)，否则转步骤(16)
(22)结束。
关联动作级数为2的推理流程详细介绍如下：
(1)当发生保护动作事件或运行设备跳闸时，电网故障诊断启动，转步骤(2)；
(2)读取并分析跳闸设备电压和电流波形，再利用拓扑分析算法确定跳闸设备关联动作级数，转步骤(3)；
(3)判断设备跳闸是否为故障跳闸；若是，转步骤(4)，否则转非故障跳闸推理流程；
(4)判断关联动作级数是否为1；若否，转步骤(5)，否则转关联动作级数为1的推理流程；
(5)根据两级动作涉及的跳闸设备类型，将两级动作分为线-变组合、变-线组合、变-变组合、线-线组合。若为线-变组合，转步骤(6)；若为变-线组合，转步骤(11)；若为变-变组合，转步骤(12)；若为线-线组合，转步骤(13)；
(6)分析线路保护和主变保护的保护动作时序；若主变保护和线路保护同时动作且对应开关同时跳闸，转步骤(7)；若主变保护先于线路保护动作，主变故障电流一直持续到线路保护动作才消失，转步骤(10)；
(7)基于全轨迹逻辑校验方法分析线路动作元件；若线路动作元件的测量量全轨迹都在该线路保护元件的动作范围内，转步骤(8)，否则转步骤(9)；
(8)主变发生区内故障，主变保护正确动作；但因线路保护定值异常导致线路保护误动，转步骤(25)；
(9)主变发生区内故障，主变保护正确动作；但因线路保护装置异常导致线路保护误动，转步骤(25)；
(10)主变发生区内故障，主变保护拒出口或对应开关拒动；线路保护动作隔离故障，转步骤(25)；
(11)10kV线路发生区内故障，10kV线路保护或开关拒动，主变低后备保护动作隔离故障，转步骤(25)；
(12)10kV分段柜发生故障，10kV分段保护拒动或10kV分段开关拒动或10kV分段开关跳闸失败，10kV分段开关对应的两台主变的低后备保护动作隔离故障，转步骤(25)；
(13)判断线路1和线路2两侧的主保护是否都动作；若是，转步骤(14)，否则转步骤(19)；
(14)判断线路1和线路2是否都发生区内故障；若是，转步骤(15)，否则转步骤(16)；
(15)线路1和线路2发生跨线故障，线路1和线路2保护正确动作，转步骤(25)；
(16)判断两条线路中是否存在某条线路某侧的电流互感器(简称CT)饱和；若是，转步骤(17)，否则转步骤(18)；
(17)一条线路发生区内故障，另一条线路因CT饱和导致其保护误动，转步骤(25)；
(18)一条线路发生区内故障，另一条线路因其保护装置异常导致保护误动，转步骤(25)；
(19)分析线路1和线路2保护的动作时序。若线路1的主保护先于线路2的后备保护动作，且线路1故障电流一直持续到线路2跳闸才消失，转步骤(21)；若线路1主保护和线路2后备保护同时动作，两条线同时跳闸，转步骤(22)；
(21)线路1发生区内故障，但线路1的保护拒出口或其开关拒动，线路2后备保护动作隔离故障，转步骤(25)；
(22)基于全轨迹逻辑校验法分析线路2的后备保护动作元件。判断线路2的后备保护动作元件测量量全轨迹是否都在其动作范围内；若是，转步骤(23)，否则转步骤(24)；
(23)线路1发生区内故障，线路1保护正确动作；但线路2的保护因定值异常导致误动，转步骤(25)；
(24)线路1发生区内故障，线路1保护正确动作；但线路2的保护因装置异常导致误动，转步骤(25)；
(25)结束。
非故障跳闸的推理流程详细介绍如下：
(1)当发生保护动作事件或运行设备跳闸时，电网故障诊断启动，转步骤(2)；
(2)读取并分析跳闸设备电压和电流波形，转步骤(3)；
(3)判断设备跳闸是否为故障跳闸；若否，转步骤(4)，否则转故障跳闸推理流程；
(4)分析跳闸设备在保护启动前后的电流变化情况，将电流变化分为电流增大、电流不变、电流减小三种情况；若为电流增大情况，转步骤(5)；若为电流不变情况，转步骤(16)；若为电流减小情况，转步骤(23)；
(5)将跳闸设备的保护录波和故障录波器录波进行对比分析，判断两者是否相同；若是，转步骤(6)，否则转步骤(15)；
(6)判断跳闸设备三相电流是否同时增大；若否，转步骤(7)，否则转步骤(8)；
(7)因跳闸设备断线或开关非全相合闸导致保护误动，转步骤(26)；
(8)判断是否为线路距离III段保护动作；若是，转步骤(9)，否则转步骤(12)；
(9)根据距离保护原理，校验线路距离III段保护定值是否合理；若否，转步骤(10)，否则转步骤(11)；
(10)运行方式变化后，线路负荷电流增大，测量阻抗减小；因线路距离III段保护定值异常导致线路距离III段保护误动，转步骤(26)；
(11)因运行方式变化，线路出现很大的无功环流，线路保护测量阻抗幅值减小且相角增大至90度左右，进而导致线路距离III段保护误动，转步骤(26)；
(12)判断跳闸设备的电流是否具有励磁涌流特征；若是，转步骤(13)，否则转步骤(14)；
(13)主变空载合闸产生励磁涌流，因励磁涌流幅值大、三相不平衡、衰减时间长，导致主变后备保护或对应线路后备保护误动；转步骤(26)；
(14)运行方式变化后，因保护装置异常导致误动，转步骤(26)；
(15)在检修开关间隔，检修人员误加试验电流至运行中的保护装置导致保护误动；转步骤(26)；
(16)分析跳闸前后直流电源电压录波。判断直流电源电压录波中是否有交流分量。若是，转步骤(17)，否则转步骤(18)；
(17)交流串入站内直流系统导致保护误动，转步骤(26)；
(18)分析跳闸前后直流电源电压录波和告警信号；判断是否直流电源电压是否偏移且存在持续的直流接地信号；若是，转步骤(19)，否则转步骤(20)；
(19)因站内直流接地导致保护误动，转步骤(26)；
(20)分析跳闸前后的告警信号；判断是否存在跳闸类非电量告警信号。若是，转步骤(21)，否则转步骤(22)；
(21)因非电量节点导通导致保护误动，转步骤(26)；
(22)因保护装置异常导致误动，转步骤(26)；
(23)将跳闸设备的保护录波和故障录波器录波进行对比分析，判断两者是否相同；若是，转步骤(24)，否则转步骤(25)；
(24)因一次设备误操作，保护装置的部分电流采样减小，导致其差动保护误动，转步骤(26)；
(25)因检修人员误碰电流回路，电流回路两点接地，保护装置的部分电流采样减小，导致其差动保护误动，转步骤(26)；
(26)从检修系统中读取跳闸时刻的一次或二次检修工作信息，建议事件调查人员分析保护误动是否与检修工作有关，转步骤(27)；
(27)结束。
应急推理模式
台风天气下，电网可能出现一次设备大面积跳闸的情况，对系统安全稳定运行造成重大影响。跳闸事件处理的核心是输电线路快速复电，确保电网结构安全，避免大面积停电事件发生，故障诊断必须以最快速度判断出保护正确动作的线路，以支持调度强送。因此，推理机必须具备快速分析线路故障跳闸事件的能力。在应急模式下，推理机只筛选出线路保护正确动作的事件，其余跳闸事件则忽略，其推理流程如图6所示。
应急模式下的推理流程详细介绍如下：
(1)当发生保护动作事件或运行设备跳闸时，电网故障诊断启动，转步骤(2)；
(2)读取并分析跳闸设备类型和动作事件信息，转步骤(3)；
(3)判断跳闸设备是否为线路；若是，转步骤(4)，否则转步骤(9)；
(4)判断线路保护是否双重化配置；若是，转步骤(5)，否则转步骤(8)；
(5)线路两侧两套主保护是否都动作；若是，转步骤(6)，否则转步骤(9)；
(6)判断线路是否发生区内故障；若是，转步骤(7)，否则转步骤(9)；
(7)线路发生区内故障，保护正确动作；转步骤(9)；
(8)线路两侧主保护是否都动作；若是，转步骤(6)，否则转步骤(9)；
(9)结束。
随着新一代智能调度系统的建成，调度自动化系统、保信系统、故障录波系统、检修系统等数据可从同一数据平台获取，电网故障诊断可利用的信息由单源扩展为多源，包括故障波形、动作事件、开关位置、异常告警、设备检修等信息。快速判断保护动作行为、辨识保护或开关拒动、分析保护误动原因已具备条件。
基于此，本发明提出一种基于多源信息深度推理的电网故障诊断方法及系统。该方法可以快速判断保护动作行为，辨识保护拒动或误动，初步分析保护误动原因。而且，该方法具备常规和应急两种模式，可满足正常天气和台风天下的故障诊断需求。
本发明提供的系统还包括人机交互界面。人机交互界面将深度推理机的结果解释出来。该系统的人机交互界面通过工作站、web发布、手机APP三种途径将推理结果推送给用户。
综上，本发明提出了一种基于多源信息深度推理的电网诊断方法及系统。该系统可以快速判断保护动作行为，辨别拒动和误动，初步分析保护误动原因，对支持调度快速复电具有重要意义。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于多源信息深度推理的电网故障诊断方法，其特征在于，包括下述步骤：
从数据源中获取数据，所述数据源包括：保信系统、故障录波系统、行波测距系统、调度自动化系统以及检修系统；从所述数据源中获取的数据包括：所述保信系统的保护录波数据、开关位置数据、保护事件数据、保护装置整定值数据，所述故障录波系统的录波器录波数据、开关位置数据、保护事件数据，所述行波测距系统的行波装置波形数据、测距信息数据，所述调度自动化系统的电网拓扑信息数据、电网潮流信息数据、保护事件数据、开关量信息数据、告警信息数据，以及，所述检修系统的电网一次设备或者二次设备的检修工作信息数据；
从设定的知识库中调用推理机所需的知识，所述推理机所需的知识包含有：保护原理、拓扑分析算法、保护正确动作含义、CT饱和特征及识别方法、励磁涌流及识别方法、故障跳闸判别方法、区内故障判断方法、关联动作级数判断方法；所述知识库还包括全轨迹逻辑校验方法；所述全轨迹逻辑校验方法为：测量并计算每个采样点的保护测量量随时间变化曲线，并根据该变化曲线判断在设定时间范围内，是否存在至少一个采样点在保护装置动作范围外，若是，则判断为保护装置原因导致的误动事件；所述拓扑分析算法为广度搜索算法或深度搜索算法，用于识别电网拓扑结构及关联动作级数判断；
基于所述数据源中的数据以及所述推理机所需的知识，利用推理机对电网故障进行诊断，包括：当电网有动作事件或运行设备跳闸时，通过保信系统或者故障录波系统读取跳闸设备波形文件，根据故障跳闸判别方法，将跳闸事件分为故障跳闸和非故障跳闸；若跳闸事件为故障跳闸，则基于电网动作事件、跳闸设备波形文件对应的波形特征、全轨迹逻辑校验方法以及区内故障判断方法，利用推理机综合分析跳闸事件，将跳闸事件分为正确动作、拒动及误动事件，并确定误动事件的原因；若跳闸事件为非故障事件，则基于所述保信系统的保护录波和故障录波器录波对比、跳闸设备的直流录波、跳闸设备的波形特征、告警事件以及保护原理，利用推理机分析误动原因；还从检修系统中读取跳闸时刻的一次或者二次检修工作信息，判断电网误动事件是否与检修工作有关；
其中，所述保护原理包括差动保护、距离保护、零序保护以及过流保护原理，用于校验保护装置的保护逻辑；所述区内故障判断方法，用于判断故障点是否在一次设备各侧的开关之间；所述关联动作级数判断方法，用于判断电网故障时，在同一条母线连接的一次设备及其对应保护装置中，同一时间段内发生跳闸的一次设备的数量或发生动作的保护装置的数量；所述保护正确动作含义为保护装置在设定时间内有选择地切除故障；
所述故障跳闸判别方法具体为：在跳闸设备的电流电压波形满足下列三种条件中任意一种时, 则判断为故障跳闸，否则为非故障跳闸；所述三种条件包括：（1）任一相电流增大且同名相电压下降，（2）出现零序电流和零序电压，（3）任一相电流增大，且电源侧同名相电压超前相电流的角度在0度附近，且出现零序电流，且电压三相对称；
所述关联动作级数判断方法具体为：在同一母线连接的所有一次设备中，同一时刻只有一个一次设备跳闸且只有所述一个一次设备对应的保护装置有动作事件，则判断关联动作级数为一；若在同一母线连接的所有一次设备中，同一时间段内存在两个一次设备跳闸，则判断关联动作级数为二；或者，在同一母线连接的所有一次设备中，同一时间段内只有一个一次设备跳闸且至少存在两个一次设备对应的保护装置有动作事件或保护启动事件，则判断关联动作级数为二；
所述区内故障判断方法具体为：对于双端电源线路，线路区内故障判断原则为线路两侧故障电流方向均为正方向；对于单端电源线路，线路区内故障判断原则为线路电源侧故障电流方向为正方向且线路负荷侧故障电流为0；对于主变，主变区内故障判断原则为主变高压侧或中压侧故障电流方向为正方向且低压侧故障电流为0。
2.一种基于多源信息深度推理的电网故障诊断系统，其特征在于，包括：数据源、知识库以及深度推理机；
所述深度推理机，用于从数据源中获取数据，以及从设定的知识库中调用推理机所需的知识，并基于从所述数据源中获取的数据以及所述推理机所需的知识，利用推理机对电网故障进行诊断；当电网有动作事件或运行设备跳闸时，通过保信系统或者故障录波系统读取跳闸设备波形文件，根据故障跳闸判别方法，将跳闸事件分为故障跳闸和非故障跳闸；若跳闸事件为故障跳闸，则基于电网动作事件、跳闸设备波形文件对应的波形特征、全轨迹逻辑校验方法以及区内故障判断方法，利用推理机综合分析跳闸事件，将跳闸事件分为正确动作、拒动及误动事件，并确定误动事件的原因；若跳闸事件为非故障事件，则基于所述保信系统的保护录波和故障录波器录波对比、跳闸设备的直流录波、跳闸设备的波形特征、告警事件以及保护原理，利用推理机分析误动原因；还从检修系统中读取跳闸时刻的一次或者二次检修工作信息，判断电网误动事件是否与检修工作有关；
所述数据源包括：保信系统、故障录波系统、行波测距系统、调度自动化系统以及检修系统；从所述数据源中获取的数据包括：所述保信系统的保护录波数据、开关位置数据、保护事件数据、保护装置整定值数据，所述故障录波系统的录波器录波数据、开关位置数据、保护事件数据，所述行波测距系统的行波装置波形数据、测距信息数据，所述调度自动化系统的电网拓扑信息数据、电网潮流信息数据、保护事件数据、开关量信息数据、告警信息数据，以及，所述检修系统的电网一次设备或者二次设备的检修工作信息数据；
所述推理机所需的知识包含有：保护原理、拓扑分析算法、保护正确动作含义、CT饱和特征及识别方法、励磁涌流及识别方法、故障跳闸判别方法、区内故障判断方法、关联动作级数判断方法；
其中，所述保护原理包括差动保护、距离保护、零序保护以及过流保护原理，用于校验保护装置的保护逻辑；所述区内故障判断方法，用于判断故障点是否在一次设备各侧的开关之间；所述关联动作级数判断方法，用于判断电网故障时，在同一条母线连接的一次设备及其对应保护装置中，同一时间段内发生跳闸的一次设备的数量或发生动作的保护装置的数量；所述保护正确动作含义为保护装置在设定时间内有选择地切除故障；
所述知识库还包括全轨迹逻辑校验方法；所述全轨迹逻辑校验方法为：测量并计算每个采样点的保护测量量随时间变化曲线，并根据该变化曲线判断在设定时间范围内，是否存在至少一个采样点在保护装置动作范围外，若是，则判断为保护装置原因导致的误动事件；
所述拓扑分析算法为广度搜索算法或深度搜索算法，用于识别电网拓扑结构及关联动作级数判断；
所述故障跳闸判别方法具体为：在跳闸设备的电流电压波形满足下列三种条件中任意一种时, 则判断为故障跳闸，否则为非故障跳闸；所述三种条件包括：（1）任一相电流增大且同名相电压下降，（2）出现零序电流和零序电压，（3）任一相电流增大，且电源侧同名相电压超前相电流的角度在0度附近，且出现零序电流，且电压三相对称；
所述关联动作级数判断方法具体为：在同一母线连接的所有一次设备中，同一时刻只有一个一次设备跳闸且只有所述一个一次设备对应的保护装置有动作事件，则判断关联动作级数为一；若在同一母线连接的所有一次设备中，同一时间段内存在两个一次设备跳闸，则判断关联动作级数为二；或者，在同一母线连接的所有一次设备中，同一时间段内只有一个一次设备跳闸且至少存在两个一次设备对应的保护装置有动作事件或保护启动事件，则判断关联动作级数为二；
所述区内故障判断方法具体为：对于双端电源线路，线路区内故障判断原则为线路两侧故障电流方向均为正方向；对于单端电源线路，线路区内故障判断原则为线路电源侧故障电流方向为正方向且线路负荷侧故障电流为0；对于主变，主变区内故障判断原则为主变高压侧或中压侧故障电流方向为正方向且低压侧故障电流为0。
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