CN112578315B - 一种基于矩阵图的控制回路断线故障判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于矩阵图的控制回路断线故障判断方法，包括，根据设置的控制回路类型生成控制回路矩阵图；在所述控制回路矩阵图中划分故障区域并更新所述控制回路矩阵图；测量、记录控制回路电压，基于最小二乘支持向量机构建分析模型，判断所述控制回路故障类型及所述故障区域。本发明直观的用矩阵图的形式展示了控制回路中的回路、设备和测量点信息，可以让使用人员迅速熟悉操作，使用人员根据顺序完成操作后，便自动判断出控制回路故障类型和故障区域，不需要学习控制回路相关知识，在提高工作效率的同时，基于构建的分析模型提高故障判断准确度。

Description

一种基于矩阵图的控制回路断线故障判断方法

技术领域

本发明涉及控制回路故障辅助判断的技术领域，尤其涉及一种基于矩阵图的控制回路断线故障判断方法。

背景技术

随着电网技术的快速发展，变电站综合自动化程度越来越高，对电力系统的安全稳定运行也提出了更高的要求，控制回路连接着一次设备与二次设备，二次设备通过控制回路对一次设备进行操控，故控制回路是保障电网安全稳定运行的关键性桥梁，在变电站运行过程中，控制回路断线情况时常发生，一旦控制回路发生异常，将导致故障时对应断路器不能及时跳开而使得故越级、备自投不能合上备用电源而扩大停电面积等后果，严重影响国计民生的正常运转，降低供电可靠性，同时也给供电企业的经济及声誉带来不良影响，为保障电网安全稳定运行须及时分析故障成因并进行消缺处理，而现场运行人员由于缺乏相关专业知识，难以发现故障问题所在，严重影响断路器控制回路断线的消缺处理。

亟需对现场运行人员或刚入电网企业新员工提供故障辅助判断软件，缩短消缺时间，加快处理故障的速度。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明提供了一种基于矩阵图的控制回路断线故障判断方法，能够解决现有技术中现场运行人员缺乏控制回路知识而无法准确判断回路故障的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括，根据设置的控制回路类型生成控制回路矩阵图；在所述控制回路矩阵图中划分故障区域并更新所述控制回路矩阵图；测量、记录控制回路电压，基于最小二乘支持向量机构建分析模型，判断所述控制回路故障类型及所述故障区域。

作为本发明所述的基于矩阵图的控制回路断线故障判断方法的一种优选方案，其中：设置所述控制回路类型包括，定义分相控制或联动控制；定义结构类型是I型、IIA型、IIB型或III型；定义回路编号是1、2、3、4或5；定义防跳类型是电气防跳或机构防跳；定义开关类型是开关合位或开关分位；定义电源类型是220V或110V。

作为本发明所述的基于矩阵图的控制回路断线故障判断方法的一种优选方案，其中：所述控制回路矩阵图包括，各回路示意、回路各区域是否故障示意、各设备示意、各测量点示意、各测量点电压示意。

作为本发明所述的基于矩阵图的控制回路断线故障判断方法的一种优选方案，其中：还包括，所述控制回路矩阵图中将横线表示回路、红色横线表示回路故障、黑色横线表示回路正常、竖线表示设备、所述竖线下方显示设备名、所述横线和所述竖线的交叉点表示测量点、且所述测量点左上方显示测量点编号、所述测量点右上方显示测量点电压。

作为本发明所述的基于矩阵图的控制回路断线故障判断方法的一种优选方案，其中：所述控制回路包括，正点回路、负电回路、合闸回路、分闸回路、合闸监视回路。

作为本发明所述的基于矩阵图的控制回路断线故障判断方法的一种优选方案，其中：生成所述控制回路矩阵图包括，根据回路编号、防跳类型、开关类型，判断需要测量的回路，绘制代表所述回路的横线；根据结构类型，判断需要测量的设备，绘制代表所述设备的竖线；设置所述控制回路类型，判断、绘制各测量点编号和测量点电压。

作为本发明所述的基于矩阵图的控制回路断线故障判断方法的一种优选方案，其中：划分所述故障区域包括，手动设置和自动随机设置；进行所述手动设置时，点击所述控制回路矩阵图上表示回路的所述黑色横线，若所述黑色横线变红，则表示所述回路区域为故障区域；点击所述控制回路矩阵图上表示故障区域的所述红色横线，若所述红色横线变黑，则表示所述回路区域不为故障区域；进行所述自动随机设置时，需在所述控制回路矩阵图上长按5秒。

作为本发明所述的基于矩阵图的控制回路断线故障判断方法的一种优选方案，其中：更新所述控制回路矩阵图包括，隐藏设置所述故障区域；根据设置的所述故障区域判断所述各测量点是否正常；设置并显示所述各测量点的电压值。

作为本发明所述的基于矩阵图的控制回路断线故障判断方法的一种优选方案，其中：设置所述各测量点电压值的依据包括，根据结构类型、防跳类型，判断相关回路；根据电源电压，判断正电回路和负电回路的电压值；根据所述结构类型、开关类型、设置故障区域，判断各回路是否连接正电回路或连接负电回路；若是分相控制，则在三相中随机一相的电压为异常值。

作为本发明所述的基于矩阵图的控制回路断线故障判断方法的一种优选方案，其中：判断所述控制回路故障类型及所述故障区域，包括，根据电源电压与所述测量点电压判断所述正电回路和所述负电回路是否正常，若否，则电源相关异常；根据所述结构类型、所述防跳类型、所述开关类型和所述测量点电压，判断合闸回路、分闸回路、合闸监视回路是否连接正电回路或连接负电回路，若否，则为回路断线，并确定故障区域。

本发明的有益效果：本发明直观的用矩阵图的形式展示了控制回路中的回路、设备和测量点信息，可以让使用人员迅速熟悉操作，使用人员根据顺序完成操作后，便自动判断出控制回路故障类型和故障区域，不需要学习控制回路相关知识，在提高工作效率的同时，基于构建的分析模型提高故障判断准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明第一个实施例所述的基于矩阵图的控制回路断线故障判断方法的流程示意图；

图2为本发明第一个实施例所述的基于矩阵图的控制回路断线故障判断方法的人员操作流程示意图；

图3为本发明第一个实施例所述的基于矩阵图的控制回路断线故障判断方法的保护屏和端子箱间分闸回路故障的控制回路矩阵示意图；

图4为本发明第一个实施例所述的基于矩阵图的控制回路断线故障判断方法的保护屏左侧合闸回路故障的控制回路矩阵示意图；

图5为本发明第一个实施例所述的基于矩阵图的控制回路断线故障判断方法的智能终端柜和机构箱间合闸回路故障的控制回路矩阵示意图；

图6为本发明第一个实施例所述的基于矩阵图的控制回路断线故障判断方法的开关柜右侧分闸回路故障的控制回路矩阵示意图；

图7为本发明第二个实施例所述的基于矩阵图的控制回路断线故障判断方法的实验对比结果曲线示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1～图6，为本发明的第一个实施例，提供了一种基于矩阵图的控制回路断线故障判断方法，包括：

S1：根据设置的控制回路类型生成控制回路矩阵图。其中需要说明的是，设置控制回路类型包括：

定义分相控制或联动控制；

定义结构类型是I型、IIA型、IIB型或III型；

定义回路编号是1、2、3、4或5；

定义防跳类型是电气防跳或机构防跳；

定义开关类型是开关合位或开关分位；

定义电源类型是220V或110V。

进一步的，生成控制回路矩阵图包括：

根据回路编号、防跳类型、开关类型，判断需要测量的回路，绘制代表回路的横线；

根据结构类型，判断需要测量的设备，绘制代表设备的竖线；

设置控制回路类型，判断、绘制各测量点编号和测量点电压。

具体的，控制回路矩阵图包括：

各回路示意、回路各区域是否故障示意、各设备示意、各测量点示意、各测量点电压示意；

控制回路矩阵图中将横线表示回路、红色横线表示回路故障、黑色横线表示回路正常、竖线表示设备、竖线下方显示设备名、横线和竖线的交叉点表示测量点、且测量点左上方显示测量点编号、测量点右上方显示测量点电压。

S2：在控制回路矩阵图中划分故障区域并更新控制回路矩阵图。本步骤需要说明的是，划分故障区域包括：

手动设置和自动随机设置；

进行手动设置时，点击控制回路矩阵图上表示回路的黑色横线，若黑色横线变红，则表示回路区域为故障区域；

点击控制回路矩阵图上表示故障区域的红色横线，若红色横线变黑，则表示回路区域不为故障区域；

进行自动随机设置时，需在控制回路矩阵图上长按5秒。

进一步的，更新控制回路矩阵图包括：

隐藏设置故障区域；

根据设置的故障区域判断各测量点是否正常；

设置并显示各测量点的电压值。

具体的，设置各测量点电压值的依据包括：

根据结构类型、防跳类型，判断相关回路；

根据电源电压，判断正电回路和负电回路的电压值；

根据结构类型、开关类型、设置故障区域，判断各回路是否连接正电回路或连接负电回路；

若是分相控制，则在三相中随机一相的电压为异常值。

S3：测量、记录控制回路电压，基于最小二乘支持向量机构建分析模型，判断控制回路故障类型及故障区域。其中还需要说明的是：

控制回路包括，正点回路、负电回路、合闸回路、分闸回路、合闸监视回路；

具体的，判断控制回路故障类型及故障区域，包括：

根据电源电压与测量点电压判断正电回路和负电回路是否正常，若否，则电源相关异常；

根据结构类型、防跳类型、开关类型和测量点电压，判断合闸回路、分闸回路、合闸监视回路是否连接正电回路或连接负电回路，若否，则为回路断线，并确定故障区域。

进一步的，构建分析模型包括：

利用最小二乘支持向量机选取径向基函数作为分析模型的目标函数，如下式：

其中，x＝{x₁；x₂；…；x₁₄}：基于深度置信网络采集的历史控制回路故障特性向量组成的回路故障特性矩阵，y：历史控制回路故障的故障特性向量，σ表示核宽度，反应了分布、范围特性。

再进一步的是，优化训练包括：

初始化惩罚参数C和σ，利用分析模型构建的数据集对目标函数进行训练和测试；

设定精度要求，若目标函数精度未达到要求，则根据误差对C和σ进行赋值优化，直到测试数据精度达到精度要求；

设定阈值并输出训练完成的目标函数，将其作为分析模型。

具体的，测试数据精度是否达到精度要求包括：

基于贝叶斯概率策略构建测试模型，表达公式如下：

其中，j：达到精度要求的数据数量，int{x％×365}：向上取整函数，x％：误差发生概率。

通俗的说，结构类型I型指适用于常规变电站非GIS开关的控制回路，包含的设备有保护屏、端子箱、机构箱；结构类型IIA型指适用于常规变电站的GIS开关的控制回路，包含的设备有保护屏、汇控箱；结构类型IIB型指适用于适用于智能站110kV及以上电压的控制回路，包含的设备有智能终端柜、汇控箱(机构箱)；结构类型III型指适用于35kV及以下开关柜的控制回路，包含的设备有开关柜。

较佳的是，故障区域是指回路在各设备之间发生断线故障的区域，控制回路上各回路与各设备连接的端子表示为测量点，例如，回路编号用于区分变电站内的不同控制回路，回路编号加上各种回路的类型编号得到各回路的回路标号，正电回路使用01类型编号、负电回路使用02类型编号、合闸回路使用03类型编号、分闸回路使用37类型编号、合闸监视回路使用05类型编号。

优选的，防跳类型中电气防跳和机构防跳都是用来阻止开关非正常跳闸的方式，电气防跳的控制回路中不需要合闸监视回路，开关合位指当前开关是处于合位，开关分位指当前开关是处于分位，电源类型220V指控制回路中电源是220V，电源类型110V指控制回路中电源是110V。

参照图2，本实施例以具有基于矩阵图的控制回路断线故障判断方法的测试仪器为例，具体说明本实施例的基于矩阵图的控制回路断线故障判断方法的人员使用判断操作，本实施例中的测试仪器带有电压测量功能，步骤如下：

(1)使用人员开启控制回路断线判断软件；

(2)使用人员根据实际情况设置控制回路控制类型，设置界面由控制回路断线判断软件提供，可设置分相控制或联动控制；

(3)使用人员根据实际情况设置控制回路结构类型，设置界面由控制回路断线判断软件提供，可设置I型、IIA型、IIB型或III型；

(4)使用人员根据实际情况设置控制回路回路编号，设置界面由控制回路断线判断软件提供，可设置1、2、3、4、5；

(5)使用人员根据实际情况设置控制回路防跳类型，设置界面由控制回路断线判断软件提供，可设置电气防跳或机构防跳；

(6)使用人员根据实际情况设置控制回路开关类型，设置界面由控制回路断线判断软件提供，可设置开关合位或开关分位；

(7)使用人员根据实际情况设置控制回路电源类型，设置界面由控制回路断线判断软件提供，可设置220V或110V；

(8)使用人员点击设置完毕按钮；

(9)使用人员在矩阵图上点击第一个测量点；

(10)使用人员用测试仪器测量出第一个测量点的电压，点击记录按钮；

(11)使用人员完成剩余的测量点的测量；

(12)使用人员点击测量完毕按钮；

(13)使用人员记录测试仪器显示的判断结果。

控制回路断线判断软件显示出控制回路的故障类型及故障区域，使用人员可根据判断结果，通知相关维修人员，加快故障处理速度。

实施例2

参照图7，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是，提供了一种基于矩阵图的控制回路断线故障判断方法的验证，包括：

为了对本发明方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例选择传统的回路故障分析方法与本发明方法进行对比测试，以科学论证的手段对比试验结果，验证本发明方法所具有的真实效果。

传统的回路故障分析方法无法直观的让使用人员看到故障区域和故障类型，需要人为判断，大大增加了出错率，且工作效率极低，为验证本发明方法相对于传统方法具有较高的准确度和效率，本实施例中将采用传统的回路故障分析方法和本发明方法分别对仿真回路的故障区域进行实时测量对比。

测试环境：(1)利用MATLB软件进行仿真测试；

(2)随机采取南方地区某变电站近一年的控制回路数据作为实验样本，并分别利用传统方法和本发明方法对相同的100组实验样本进行预处理(即传统的人工观测，本发明方法的矩阵图生成)；

(3)输入两种方法所需的仿真参数，导入各自编辑的运行程序，开启自动化测试设备进行仿真模拟，直至输出最终的曲线示意图。

参照图7，实线为本发明方法输出的曲线，虚线为传统方法输出的曲线，根据图7的示意，能够直观的看出，实线与虚线随着时间的增加，呈现不同的走势，实线相较于虚线，在前期一直呈稳定的上升趋势，虽然后期有所下滑，但是波动不大，且一直在虚线的上方，并保持一定的距离，而虚线则呈现较大的波动趋势，不稳定，由此，实线的效率一直大于虚线，即验证了本发明方法所具有的真实效果。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种基于矩阵图的控制回路断线故障判断方法，其特征在于：包括，

根据设置的控制回路类型生成控制回路矩阵图；

在所述控制回路矩阵图中划分故障区域并更新所述控制回路矩阵图；

测量、记录控制回路电压，基于最小二乘支持向量机构建分析模型，判断所述控制回路故障类型及所述故障区域；

设置所述控制回路类型包括，

定义分相控制或联动控制；

定义结构类型是I型、IIA型、IIB型或III型；

定义回路编号是1、2、3、4或5；

定义防跳类型是电气防跳或机构防跳；

定义开关类型是开关合位或开关分位；

定义电源类型是220V或110V；

所述控制回路矩阵图包括，

各回路示意、回路各区域是否故障示意、各设备示意、各测量点示意、各测量点电压示意；

还包括，

所述控制回路矩阵图中将横线表示回路、红色横线表示回路故障、黑色横线表示回路正常、竖线表示设备、所述竖线下方显示设备名、所述横线和所述竖线的交叉点表示测量点、且所述测量点左上方显示测量点编号、所述测量点右上方显示测量点电压；

根据回路编号、防跳类型、开关类型，判断需要测量的回路，绘制代表所述回路的横线；

根据结构类型，判断需要测量的设备，绘制代表所述设备的竖线；

设置所述控制回路类型，判断、绘制各测量点编号和测量点电压；

划分所述故障区域包括，手动设置和自动随机设置；

进行所述手动设置时，点击所述控制回路矩阵图上表示回路的所述黑色横线，若所述黑色横线变红，则表示所述回路区域为故障区域；

点击所述控制回路矩阵图上表示故障区域的所述红色横线，若所述红色横线变黑，则表示所述回路区域不为故障区域；

进行所述自动随机设置时，需在所述控制回路矩阵图上长按5秒；

更新所述控制回路矩阵图包括，

隐藏设置所述故障区域；

根据设置的所述故障区域判断所述各测量点是否正常；

设置并显示所述各测量点的电压值；

设置所述各测量点电压值的依据包括，

根据结构类型、防跳类型，判断相关回路；

根据电源电压，判断正电回路和负电回路的电压值；

根据所述结构类型、开关类型、设置故障区域，判断各回路是否连接正电回路或连接负电回路；

若是分相控制，则在三相中随机一相的电压为异常值；

判断所述控制回路故障类型及所述故障区域，包括，

根据电源电压与所述测量点电压判断所述正电回路和所述负电回路是否正常，若否，则电源相关异常；

根据所述结构类型、所述防跳类型、所述开关类型和所述测量点电压，判断合闸回路、分闸回路、合闸监视回路是否连接正电回路或连接负电回路，若否，则为回路断线，并确定故障区域。

2.根据权利要求1所述的基于矩阵图的控制回路断线故障判断方法，其特征在于：所述控制回路包括，正电回路、负电回路、合闸回路、分闸回路、合闸监视回路。

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