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《電氣自動(dòng)化雜志》2014年第三期

1基于因果鏈的故障診斷方法

1．1事件集概念輸入故障診斷系統(tǒng)的保護(hù)動(dòng)作信息和斷路器變位信息可以抽象為具有時(shí)間、狀態(tài)和定位屬性的三維向量，此三維向量構(gòu)造的集合定義為事件集。事件集具有Zi={Ai，A''''i}的形式，其中Ai為由保護(hù)動(dòng)作向量構(gòu)成的主觀向量集合;A''''i為由斷路器變位向量構(gòu)成的客觀向量集合，A''''i由Ai決定，具有一定的構(gòu)成規(guī)范［10］23。根據(jù)保護(hù)屬性和集合特點(diǎn)，綜合考慮多種故障情況，可以將事件集分為五類(lèi)，即主要保護(hù)動(dòng)作事件集、失靈保護(hù)動(dòng)作事件集、重合閘動(dòng)作事件集、單一保護(hù)動(dòng)作事件集和單一斷路器動(dòng)作事件集。

1．2因果鏈故障診斷方法因果鏈由位于鏈?zhǔn)椎墓收显蚣Y(jié)點(diǎn)Ze和事件集結(jié)點(diǎn)Z據(jù)保護(hù)動(dòng)作邏輯關(guān)系構(gòu)成。根據(jù)故障原因的不同，因果鏈又可以分為一次設(shè)備故障因果鏈、保護(hù)誤動(dòng)因果鏈和斷路器誤動(dòng)或調(diào)度操作因果鏈三種。系統(tǒng)發(fā)生故障后，先以進(jìn)入系統(tǒng)的大量故障信息創(chuàng)建事件向量，優(yōu)化信息處理。接下來(lái)以先主觀后客觀的原則構(gòu)造不同類(lèi)型的事件集結(jié)點(diǎn)，再構(gòu)造故障診斷因果鏈。

2考慮遙信量遺漏的診斷方法

故障診斷系統(tǒng)的輸入向量包括保護(hù)動(dòng)作向量I和斷路器變位向量J。由于故障前后電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)清晰，停電元件明確，SCADA系統(tǒng)的自主狀態(tài)估計(jì)功能使得J向量的準(zhǔn)確性得到保證。然而考慮到全局保護(hù)信息可能出現(xiàn)獲取不完整的情況，保護(hù)動(dòng)作向量I的準(zhǔn)確度不能達(dá)到百分之百。為了完善故障診斷在存在保護(hù)信息丟失時(shí)的算法，本文依據(jù)斷路器變位向量J的可靠性，反向以客觀向量集合A''''i={J}設(shè)計(jì)主觀向量集合Ai，形成虛擬的事件集Zi={Ai，A''''i}，并進(jìn)行因果鏈分析，診斷故障。

2．1虛擬事件集的構(gòu)造理論上，非誤動(dòng)的斷路器分閘與合閘需要有相應(yīng)的保護(hù)來(lái)啟動(dòng)，分閘可能由主要保護(hù)或失靈保護(hù)啟動(dòng)，合閘則由重合閘啟動(dòng)?？紤]存在保護(hù)信息遺漏的情況，將要對(duì)斷路器變位事件的不完全啟動(dòng)信息進(jìn)行完善，以此構(gòu)造虛擬保護(hù)動(dòng)作事件，再對(duì)虛擬事件的合理性進(jìn)行判斷。定義1虛擬事件集具有形如Zi={AA''''}的結(jié)構(gòu)，其中A''''由事實(shí)斷路器變位向J量構(gòu)成，A為依據(jù)實(shí)施向量J設(shè)計(jì)出的虛擬主觀向量集合。構(gòu)造A的方法如下:當(dāng)變位向量J表示分閘時(shí)，(1)根據(jù)虛擬事件集的定義構(gòu)造虛擬的主要保護(hù)動(dòng)作事件集Zmk={AmkA''''mk}結(jié)點(diǎn)如下:其中k為J向量的變位斷路器所連接的一次設(shè)備個(gè)數(shù)。令I(lǐng)k表示為相應(yīng)一次設(shè)備J斷路器端的主要保護(hù)裝置即可。Ik的保護(hù)屬性為主要保護(hù)，并根據(jù)斷路器變位向量J的時(shí)間信息jk1設(shè)置保護(hù)動(dòng)作時(shí)間信息ik1如下:其中k為與J向量的變位斷路器所連接的所有斷路器個(gè)數(shù)。Ik的保護(hù)屬性為失靈保護(hù)，并根據(jù)斷路器變位向量J的時(shí)間信息jk1設(shè)置失靈保護(hù)動(dòng)作時(shí)間k1如下其中k為J向量的變位斷路器所連接的線路個(gè)數(shù)。Ik的保護(hù)屬性為失靈保護(hù)，并根據(jù)斷路器變位向量J的時(shí)間信息jk1設(shè)置重合閘動(dòng)作時(shí)間ik1如下:

2．2虛擬事件集診斷結(jié)果分析將虛擬事件集結(jié)點(diǎn)Z''''和事實(shí)事件集結(jié)點(diǎn)Z同等對(duì)待，先以原有算法構(gòu)造因果鏈，再根據(jù)虛擬結(jié)點(diǎn)在因果鏈中的位置，綜合分析虛擬事件集結(jié)點(diǎn)的有效性如下，包括兩種主要情況:(1)如圖1所示，虛擬事件集結(jié)點(diǎn)Z''''2處于完整的一次設(shè)備故障因果鏈中。因果鏈包含故障原因集結(jié)點(diǎn)Ze和其他保護(hù)動(dòng)作的事件集結(jié)點(diǎn)。虛擬事件集結(jié)點(diǎn)Z''''2從定位和時(shí)間以及邏輯關(guān)系上都符合繼電保護(hù)原理，認(rèn)為假設(shè)合理:承認(rèn)Z''''2={{I2}{J}}中虛擬事件向量I2表示的保護(hù)裝置出現(xiàn)了通訊遺漏情況。為了方便解釋故障，在因果鏈中添加擴(kuò)大的遙信量遺漏故障原因集結(jié)點(diǎn)，如圖2所。(2)如圖3所示，如果虛擬事件集結(jié)點(diǎn)Z''''1={{I1}{J}}處于非一次設(shè)備故障因果鏈的鏈?zhǔn)?找不到相關(guān)停電一次設(shè)備)。由于主觀向量集合{I1}≠，所以此因果鏈不能進(jìn)行斷路器誤動(dòng)判斷，只能認(rèn)為虛擬的保護(hù)動(dòng)作事件I1是誤動(dòng)作，構(gòu)造存在矛盾，虛擬事件集不合理。對(duì)不合理虛擬事件集的處理需要分兩種情況:如果斷路器變位向量J已屬于其它集合，即對(duì)于所有已經(jīng)構(gòu)造成鏈的事件集結(jié)點(diǎn)。

3算例分析

本文以圖5所示的兩個(gè)變電站和一個(gè)開(kāi)關(guān)站共同建立的局部電網(wǎng)為例，驗(yàn)證遙信量遺漏情況下因果鏈方法的有效性。初始運(yùn)行狀態(tài)為所有斷路器閉合。輸入的保護(hù)和斷路器動(dòng)作向量如表1所示，i2=0表示主要保護(hù)，i2=1表示失靈保護(hù)。j2為斷路器狀態(tài):j2=0表示分閘。考慮遙信遺漏的情況，需要將啟動(dòng)斷路器變位的所有保護(hù)事件構(gòu)造完全，以虛擬事件集來(lái)判斷故障原因。對(duì)于已知斷路器變位向量，J1，J2已有主保護(hù)啟動(dòng)事件，J5，J6，J8已有失靈保護(hù)啟動(dòng)事件，而J3，J4，J7仍為獨(dú)立向量。將啟動(dòng)事件不全的斷路器變位向量構(gòu)造的虛擬事件集如表3所示。電網(wǎng)停電設(shè)備包括線路L1和1號(hào)主變，并且存在對(duì)應(yīng)的因果鏈。所以，前兩條因果鏈為確定的一次設(shè)備故障因果鏈，需要添加故障原因集結(jié)點(diǎn)，其余因果鏈為不合理構(gòu)造。依據(jù)章節(jié)2．2中第二種情況，對(duì)不合理的虛擬事件集因果鏈進(jìn)行修改。其中，斷路器變位向量J1，J2，J3，J4，J5，J6，J8已在第一條因果鏈中出現(xiàn)，刪除由其構(gòu)造的虛擬事件集;J7沒(méi)有出現(xiàn)在現(xiàn)有的因果鏈中，將J7構(gòu)造為單一斷路器動(dòng)作事件集結(jié)點(diǎn)Zbs={{J7}}并添加斷路器誤動(dòng)或調(diào)度操作原因集。最終因果鏈如圖7所示。整理原因集結(jié)點(diǎn)并添加擴(kuò)大的遙信量遺漏和斷路器拒動(dòng)原因集結(jié)點(diǎn)如表4所示，完善的因果鏈如圖8所示。最終可以根據(jù)事件集所包含事件向量的具體屬性，將圖8中事件集結(jié)點(diǎn)所代表的信息翻譯成文字，完成具有解釋信息的故障診斷和重演過(guò)程。

4結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)以往的故障診斷僅考慮斷路器和保護(hù)的正常動(dòng)作信息、拒動(dòng)誤動(dòng)信息，本文首次提出在故障診斷中考慮遙信量遺漏來(lái)改進(jìn)算法。在添加虛擬事件集的構(gòu)想后，合理設(shè)置判別規(guī)范，有效區(qū)別保護(hù)拒動(dòng)、斷路器誤動(dòng)和信息丟失。算例分析準(zhǔn)確判斷了故障的可能情況，并以鏈的結(jié)構(gòu)直觀展示保護(hù)和斷路器動(dòng)作行為，證明本文所提方法具有較強(qiáng)的適用性和可解釋性，進(jìn)一步避免誤診斷的可能性。

作者：張楠楊鏡非周毅單位：上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院電氣工程系