CN101989766A - 基于保护动作链的电力***故障诊断的方法 - Google Patents

Abstract

基于保护动作链的电力***故障诊断的方法，首先建立模型，包括网络建模和保护信息建模，然后在电网调度自动化***中，通过获取的电力***告警信息，进行基于保护动作链的故障诊断。本发明方法分析保护动作告警和断路器动作告警之间的配合关系，保护动作的重要等级，以及有效保护动作关联的被保护主设备之间的关系，形成以可疑故障元件为单位的保护动作链，实现对电力***的故障位置进行诊断，达到分析快速的诊断效果，同时由于对网络建模要求不高，所以模型维护方便，特别是对于建模较为困难、高级应用程度不高的调度***，由于本发明故障诊断方法对网络建模要求低，是一种非常实用的方法。

Description

基于保护动作链的电力***故障诊断的方法

技术领域

本发明涉及一种电力***故障诊断方法，适用在集控站监控***对电力***的故障位置进行诊断，为一种基于保护动作链的电力***故障诊断方法。

背景技术

随着科技的进步和自动化水平的提高，调度***中接入的远动信息和继电保护信息越来越丰富，丰富的远动、保护信息是一把双刃剑，一方面给集控站的监控人员提供了故障诊断依据，另一方面则是故障来临时，很短时间内涌入监控后台的大量信息，包括正确报警信息，误传信息，重复信息，不相关信息等，往往会使监控人员应接不暇，茫然不知所措。

从调度人员作为调度自动化***使用者的角度来讲，需要在故障来临时，快速定位故障元件，为后续的故障隔离和故障恢复争取时间，将电网故障造成的损失降到最低程度。所以，在故障来临时，尤其是电力***发生复杂故障，如扩大性故障、多重故障、越级故障，如何快速的进行故障诊断和定位，成为首先需要解决的问题。

现有的资料显示，虽然现在有关于电力***故障诊断的方法很多，但是，存在一定的缺陷。原因如下：

第一，大多数故障诊断，比如基于优化的方法、贝叶斯网络法、停电区域搜索法，在分析之初就要对故障区域进行划定，故障区域划定后，再利用各种故障诊断方法对断路器跳合动作或事故后状态和少数保护动作信息进行分析，而故障区域的确定还是利用网络停电区域的分析才能得到，而网络停电区域的分析则依赖于科学完备的网络建模和外网等值模型建模工作。这些方法的提出是基于多数保护动作信息不可观测的情况下提出的，具有一定的效果。但这些方法对于具有高级应用使用需求较多，维护人员水平较高的地级及以上调度自动化***相对较容易实现；而对于一些小型的调度***，有些小型调度，包括集控站***根本不具有高级应用功能模块，也不具有这方面的功能的维护能力。加之，电力***发展变化比较频繁的国情，要求维护人员为了故障诊断经常维护电网模型不现实。另外，很多调度***所辖的变电站间可能不存在直接的连接关系，采用以上方法进行故障诊断分析必需进行精准的状态估计和拓扑分析，对所辖的变电站进行网络建模，进行外网等值等工作也比较困难。所以在这种情况下，故障诊断采用那套思路去做是不合适的。

第二，有些方法，比如采用基于模糊集理论和专家***的方法来解决不用外网网络建模的问题，但是需要在保护关系有向图中，为不同类型的保护信息赋不同的权重，权重的设置具有一定的技巧或者基于一定的历史统计数据，而且必须要对保护信息细致的划分类型，比如：主保护/第一近后备保护/第二后备保护。由于条件限制，主要是通道数量限制，目前接入调度端的保护动作告警大多是硬接点信号或者软包信号。从获得的信号来看很多无法明确的确定此信号是主保护，还是第一近后备保护，还是第二后备保护，比如信号“某站851甲线931保护动作”。这就造成了理论方法与现实数据源的一对矛盾，如果要采用这种方法进行故障诊断必需要大规模改造接入的远动信号，而现实中，由于通道数目和容量的限制等客观原因，以及自动化维护人员长期以来接入信号养成的习惯等主观原因，不可能把所有的信号都送上来，要使实际工程中接入的信号作为分析数据源完全满足这种分析方法，显然不是件很现实的事情。所以这些大多数从依托于实验室模型实现的方法都不适用于调度自动化***生产运行的真实情况。需要进行细致的保护信息类型划分的方法还有信息理论方法、前文提到的贝叶斯方法等。

第三，学界还提出了很多其他的方法，如，基于数据挖掘技术的故障诊断方法，可以从大量数据中提取有用信息，将故障诊断问题转化为寻找与实际故障事件模式最相似的标准故障事件。但是由于实际电网中继电保护配合的复杂性和固有的随机性，如保护延伸范围和可靠性，使标准故障模式的确定有待进一步研究，比如，历史数据中确实这样的运行方式和电网结构下，这些告警信息与某电网故障相匹配，但目前在经济大发展的宏观背景下，我国电网结构每年都会发生变化，同时，随之保护装置的整定方案也在变化，所以在相似的告警信息不代表相似的故障。人工神经网络法将故障诊断问题视为模式识别问题，可避免专业知识和专家启发性知识规则的形成，即建模过程简单，但为此需要建立比较完全的训练样本，将预选事故集作为输入，故障信息集作为输出。而训练样本库的完全性，以及提高训练速度和收敛性至今都是该方法实际工程使用的瓶颈问题。

综上所述，面对我国规模不断发展变化的电网结构，某些小型调度，特别是集控站管辖变电站之间不存在直接连接关系，接入***的保护告警信息具有的综合性和概要性，等等，面对这些情况复杂的实际现场条件，之前的故障诊断方法由于存在网络建模要求高，或者需要对保护动作分析数据源做细致分类，或者方法本身存在的实用化瓶颈，比如训练样本库，专家规则库完全性的难以保证，等等问题，使这些方法难以得到实用化。

发明内容

本发明要解决的问题是：面对情况复杂的电网结构，现有电力***故障诊断方法存在诸多问题，难以得到有效实用化，需要提供一种适用于集控站监控***的电力***故障诊断方法，充分利用集控站***丰富的告警信息数据，以更为简单的网络建模方式和保护建模方式为基础进行电力***故障位置判断的方法。

本发明的技术方案为：基于保护动作链的电力***故障诊断的方法，包括以下步骤：

步骤一：建立模型：

1)、完成网络建模：利用图形编辑工具将一次设备及其连接关系填入数据库，构建网络设备库；

2)、保护信息建模：在网络建模的基础上，在数据库中为一次设备对象添加保护装置对象，并为保护装置对象添加相应的保护信息，按照一次设备，保护装置，保护信息，跳闸断路器的层次关系进行保护信息建模，建立保护主设备——保护信息——断路器动作之间的关联关系，这里保护主设备指一次设备；

步骤二：故障诊断：

第1步：设定启动故障诊断判据，实时逐条扫描数据采集与监视控制SCADA***的告警信息，寻找满足启动故障诊断判据的告警信息，记录符合故障诊断判据的告警信息，得到故障诊断信息表CFA；

第2步：获得符合判据的告警信息后，将此告警信息标记为当前故障时段的第一条告警信息；

第3步：设定故障告警结束判据，根据故障告警结束判据，确定当前故障时段最后一条告警信息；

第4步：进入故障诊断的预处理阶段，对故障诊断信息表CFA内的告警信息进行过滤，只保留会触发断路器跳闸的保护动作信息、自动装置动作信息和断路器变位信息；

第5步：针对过滤后的告警信息进行基于保护动作链的故障诊断，所有保护动作链组成保护动作链表PAG，保护动作链指电网中安装在各主设备上的保护装置应对一个电网事故时，将某一故障隔离在一定停电区域内的处理动作过程；

第6步：故障诊断结果的显示以及故障诊断报告的保存；

其中，当前故障时段指从满足启动故障诊断判据开始，一直到满足故障告警结束判据为止的时段。

本发明的故障诊断判据定义为以下四个条件的组合：

A：厂站事故总信息动作信息；

B：断路器分闸或者事故跳闸信号的出现；

C：触发跳闸的保护告警动作信息；

D：触发断路器变位的自动装置动作信息；

这四个条件中只要有一个条件满足则满足启动故障诊断判据的要求，即故障诊断判据E＝A∪B∪C∪D：

故障告警结束判据定义为以下条件的组合：

F：在此告警信息发生后一段时间Tdelta内没有新的告警信息出现；

G：在此告警信息发生后一段时间Tdelta内虽然有新告警信息出现，但新告警信息发生时间距离当前故障时段第一条告警信息发生时间超过一时间段阀值Tdura；

其中时间Tdelta和时间段阀值Tdura均由用户定义，这两个条件中只要有一个条件满足，则判断满足故障告警结束判据要求，即故障告警结束判据H＝F∪G；

如果不满足故障告警结束判据，则将告警信息存入故障诊断信息表，并按时序采集下一条告警信息，只到满足故障告警结束判据为止；如果满足故障告警结束判据，则将符合故障告警结束判据的告警信息标记为当前故障时段的最后一条告警信息，并将此时的电网开关刀闸状态保存到网络设备库，利用电网调度自动化***的基本功能模块网络拓扑功能进行拓扑分析，分析所辖电网内各主设备之间的拓扑连接关系。

故障告警结束判据中的时间Tdelta和时间段阀值Tdura为：Tdelta∈[10，60]，单位：秒；Tdura∈[2，10]，单位：分钟。

在保护信息建模中，包括不同的保护信息，根据其含义为其配置不同的属性，定义以下保护信息的属性：

1)关联断路器——表示断路器失灵保护关联的失灵断路器，仅在保护信息为断路器失灵保护时使用，故障诊断***将根据该属性判断此信息动作将导致那些断路器跳闸；

2)关联的跳闸断路器——表示该属性包含保护信息将触发的断路器跳闸；

3)跳闸——表示该告警信息动作后后续会有断路器跳闸；

4)发信——表示该报警信息动作只是发告警信息，但后续不会出口跳闸；

6)来自备自投装置——表示该告警是关于备自投装置的动作信息，非保护信息；

7)是重合闸——表示该告警信息是线路的重合闸信息；

8)是频率类保护——表示该告警信息是频率类保护信息；

9)是电压类保护——表示该告警信息是电压类保护信息；

10)是过负荷类保护——表示该告警信息是设备过负荷信息，非设备本身的故障；

11)是主保护——表示该告警信号为设备主保护信息，

12)是后备保护——表示该告警信号为设备后备保护信息；

13)是失灵保护——表示该告警信号为断路器失灵保护信息；

14)对应遥信对象标识OID——表示该保护告警信号的信号源来自于SCADA库的哪个遥信点；

15)关联主设备对象标识OID——表示该保护信息所保护的主设备。

本发明诊断步骤第5步的具体实现为：

第5-1步，按时序，逐条对过滤后的故障诊断信息表中的保护动作信息和自动装置动作信息分析，包括保护动作、自动装置动作信息与断路器动作的匹配关系分析；

第5-2步，初步形成保护动作链；

第5-3步，保护动作链的综合分析。

其中第5-1步的具体实现步骤为：

第5-1-1步，设过滤后的故障诊断信息表中第i条信息CFAi为一保护动作信息，根据信息CFAi在SCADA数据库中遥信数据源对象标识OID，找到其在保护信息模型库中的保护信息模型定义PrtUniti，得到这条保护信息的各种属性信息；

第5-1-2步，根据信息CFAi在保护信息模型定义中的保护信息——断路器动作关系，在过滤后的故障诊断信息表CFA的后续信息中寻找，信息CFAi发生后是否有符合保护模型定义PrtUniti的断路器跳闸或者合闸事件发生，如果发现故障诊断信息表CFA中第n条信息CFAn为符合PrtUniti定义的断路器跳闸信息，则将CFAn与信息CFAi做关联，表示信息CFAn是由信息CFAi触发的；

第5-1-3步，统计在当前故障时段内，信息CFAi触发的断路器动作数目BrActNum_i，用这个统计数与对应保护信息模型PrtUniti中定义的应触发开关动作数目BrDefNum_i相除，计算信息CFAi与断路器动作信息的匹配度MatchBrAct_i：

MatchBrAct_i＝(BrActNum_i/BrDefNum_i)

匹配度用于判断信息CFAi的可信度，该数值如果小于1，表示存在断路器的拒动，或者该保护动作信息是信息畸变的结果，进行后续第5-2步，第5-3步的分析，如果是断路器拒动，则后续肯定还有相邻设备的后备保护动作，将故障隔离；如果找不到相邻设备的保护动作信息，则可认为该保护动作信息不可信，即保护信息畸变。

第5-1-2步寻找与保护动作信息匹配的断路器动作信息，第5-1-3步统计一共有多少条匹配信息。

第5-2步的具体实现步骤为：

第5-2-1步，判断是否已经有保护动作链生成，如果之前还没有保护动作链形成，则对故障诊断信息表CFA中第i条信息CFAi，将信息CFAi带着与其匹配的断路器动作信息作为链头，组成一条保护动作链***保护动作链表，成为表内第1条记录PAG1，这条新的保护动作链PAG1所示的可疑故障设备点GroupDev1即为该信息CFAi所关联的保护主设备Devi，即GroupDev1＝Devi；如果之前的保护动作信息已经形成了一个保护动作链，则进入下一步第5-2-2步；

第5-2-2步，针对之前已经形成的保护动作链，进行逐条分析，获取保护动作链表的第j条记录PAGj所关联的可疑故障设备点GroupDevj，并判断信息CFAi所关联的主设备Devi与GroupDevj是否是同一个设备，在故障保护跳闸结束后Devi与GroupDevj是否依旧存在连接关系，如果这两条中有一条满足，即说明保护动作信息CFAi是保护动作链PAGj的一部分，CFAi和PAGj中所有其它的保护动作信息一样，都是同一个电网故障触发的，将信息CFAi携相匹配的断路器动作信息加入保护动作链PAGj中；如果信息CFAi所关联的主设备Devi不满足当前所有的保护动作链的入链要求，则该保护动作信息CFAi携相匹配断路器动作信息作为链头自己组成一条新的保护动作链PAGk，PAGk为***保护动作链表中的最新一条记录，这条新的保护动作链PAGk所示的可疑故障设备点GroupDevk即为该保护动作信息CFAi所关联的保护主设备Devi，即GroupDevk＝Devi；

第5-2-3步，将所有因安全原因的造成的保护动作或者安全自动装置的动作信息分类另外处理，生成特殊的保护动作链，包括频率类保护动作链，电压类保护动作链，备自投类保护动作链。

第5-3步具体实现的步骤是：

第5-3-1步，计算每条保护动作链预示故障的可信度reliability：统计每条保护动作链所有保护动作信息的断路器动作匹配度，取其最大值，作为该保护动作链的故障的可信度；如果故障可信度低于设定的阀值，认为这条保护动作链所有的保护动作信息均不可信；如果故障可信度符合阀值条件，则认为这条保护动作链的形成是可信的，其所预示的故障信息也是可信的，由此可信的保护动作链，可以得出一个电网故障点；

第5-3-2步，将不可信保护动作信息归纳起来形成不可信保护动作信息表，供调度、监控人员现场核实；

第5-3-3步，所述不可信的保护动作信息原来所匹配上的部分断路器动作信息，和原来就没找到触发源的断路器动作信息，一起被归纳成不明原因断路器动作信息，供调度、监控人员现场核实。

本发明中必须要有对当前故障时段起止范围判定的判据，因为必须要对分析的告警信息进行首尾框定，告诉程序从哪条开始分析，到哪条结束，但判据的设定可变动。本发明设定了比较合理的起止判据，因为电网一旦发生故障，肯定会有保护装置动作，发出保护动作信号，也必定会有断路器跳闸，以实现对故障区域的隔离，有时配备用电源自动投切装置也会动作并触发相应的断路器分合闸，所以本发明据此设定了启动故障诊断判据；而本发明设定的故障告警结束判据，是依据一般故障触发保护动作以及后续的断路器跳闸动作都是相继发生，其时间间隔比较短，而且一个事故发生后引发的保护动作一般也不会超过2-3分钟，所以一个电网故障导致的告警信息肯定是具有聚集效应的，相对集中的一段时间内发生的电气事件多半是相关的，因此在告警结束判据中有时间差的阀值Tdelta和时间段阀值Tdura，在实际工程中，这两个阀值的大小可以由用户根据自身实际来设定。

步骤5-2-2中，第j条保护动作链就是保护动作链表的第j个对象，保护动作链的条数，是根据分析过程中分析出的故障源来划分的，分析出几个故障点，就是几条保护动作链。每个保护动作链都有一个属性：可疑故障设备点GroupDev。每条保护动作链都是由若干条保护动作信息构成的。只有分析出来所保护的主设备有电气连接关系的保护动作信息才能进入同一个保护动作链，因为他们大多是同一个电气故障造成的。比如220kV主变配2套保护，A屏差动保护动作，B屏差动保护动作，这两条信息就应该入同一条保护动作链，再比如，某母线Bus故障，但其中有条出线断路器拒动，导致线路对端厂站线路L保护后备保护动作并触发线路对端断路器跳闸。相应的“某母线Bus母差保护动作”和“线路L保护动作”保护告警信息也应该属于同一条保护动作链。

本发明的有益效果为：在电网调度自动化***中，通过监视调度自动化***获取的电力***告警内容，采用本发明的方法，分析保护动作告警和断路器动作告警之间的配合关系，保护动作的重要等级，包括主保护和后备保护，以及有效保护动作关联的被保护主设备之间的关系，形成以可疑故障元件为单位的保护动作链。从而实现对电力***的故障位置进行诊断，达到分析快速的故障诊断效果，同时由于对网络建模要求不高，所以模型维护方便。特别是对于所辖厂站离散分布、厂站间没有直接连接关系、网络建模外网等值模型建模较为困难、高级应用程度不高的调度***，比如集控站，等所述情况，由于本发明故障诊断方法对网络建模要求低，是一种非常实用的方法。

附图说明

图1本发明实施方式-故障诊断主流程示意图。

图2本发明实施方式-主流程中第5步“针对过滤后的告警信息进行基于保护动作链的故障诊断”的子流程图。

图3本发明实施方式-第5步子流程中的第5-1步子流程图。

图4本发明实施方式-第5步子流程中的第5-2步子流程图。

图5本发明实施方式-第5步子流程中的第5-3步子流程图。

图6本发明实施方法-得到的诊断分析报告示意图。

具体实施方式

下面具体说明本发明方法的实现。

一、建立模型：

1、网络建模，将一次设备及其连接关系填入数据库。这一工作可利用国内非常成熟的图模库一体化技术，结合图元、图形编辑工具，通过画图、填库两步操作即可完成。电力元件先通过图元编辑器生成，然后，在图形编辑工具中，用户用电力元件构建厂站或***单线图，通过这种作图方式生成电力***厂站和***结构模型，符合IEC61970标准，然后用这个模型通过填库操作生成网络设备库，该网络设备库不仅用作网络建模，在下面的故障诊断过程中，还将是网路拓扑工作的数据载体。至此，满足本方法要求的一次设备网络建模工作完成。

2、保护信息建模：按照一次设备，保护装置，保护信息，跳闸断路器的层次关系进行保护信息建模，建立保护主设备——保护信息——断路器动作之间的关联关系，保护主设备指一次设备。

在上一步网络建模的基础上，在数据库中为一次设备对象添加保护装置，如，为某主变添加保护装置“主变保护装置”，然后为保护装置添加相应的保护信息，根据调度后台的遥信点配置情况，在数据库中，为“北郊变/#2主变”配置了保护装置“PST-1203”，又为该“PST-1203”装置配置了若干条可采集到的保护信息；由于每条保护信息功能各有不同，需要根据其含义为其配置不同的属性，保护信息的属性解释如下：

(1)关联断路器——表示断路器失灵保护关联的失灵断路器，仅在保护信息为断路器失灵保护时使用，故障诊断***将根据该属性判断此信息动作将导致哪些断路器跳闸；

(2)关联的跳闸断路器——表示该属性包含保护信息将触发的断路器跳闸，如果该保护信息仅触发告警不跳闸，则该属性域包含的跳闸断路器数为0；

(3)跳闸——表示该告警信息动作后后续会有断路器跳闸；

(4)发信——表示该报警信息动作只是发告警信息，但后续不会出口跳闸；

(6)来自备自投装置——表示该告警是关于备自投装置的动作信息，非保护信息；

(7)是重合闸——表示该告警信息是线路的重合闸信息；

(8)是频率类保护——表示该告警信息是频率类保护信息，主要涉及低频减载保护，高频切机等信息；

(9)是电压类保护——表示该告警信息是电压类保护信息，主要涉及过电压保护，欠电压保护等信息；

(10)是过负荷类保护——表示该告警信息是设备过负荷信息，非设备本身的故障

(11)是主保护——表示该告警信号为设备主保护信息，只要有可能为“主保护”，则此属性都设为“真”。此位和“是后备保护”相配合使用，只要有可能是主保护，“是主保护”都设为真。比如线路保护931动作，是综合信号，在这种情况下，主保护和后备保护都设为真。如果必定为主保护，则主设备为“真”，后备保护为“假”；必定是后备保护的情况，则“是主保护”为“假”，“是后备保护”为“真”；

(12)是后备保护——表示该告警信号为设备后备保护信息，此位和“是主保护”相配合使用，只要有可能是后备保护，“是后备保护”都设为真。配合使用的解释见上一条；

(13)是失灵保护——表示该告警信号为断路器失灵保护信息；

(14)对应遥信OID——表示该保护告警信号的信号源来自于SCADA库的哪个遥信点；

(15)关联主设备OID——表示该保护信息所保护的主设备，如果该信号为备自投动作信息，该属性域则关联对应的备自投模型。

OID表示对象标识(Object ID)。

以北郊变2#主变的一条遥信点信息“2#变高侧保护A柜差动保护动作”为例，解释一下该相关保护信息的建模过程，该遥信点表示该信息来自于北郊变2#主变的高压侧测控装置，其信号来自于保护保护A柜，是差动保护信息。遥信点的意义弄清楚了，即可在数据库中为添加相关的保护信息的定义：

第一步：为北郊变的#2主变建立保护装置模型“PST-1203”，当然，如果不清楚到底是什么型号，直接命名为“主变保护”或其他名称也可以。

第二步：为“PST-1203”保护装置添加子对象“差动保护”保护信息对象，并且为该保护信息配置正确的属性，跳闸属性为“真”，“是主保护”为真，“对应遥信OID”关联了该保护信息对象对应于SCADA数据库遥信表中的对象“北郊变/采集装置0/遥信57”——即“2#变高侧保护A柜差动保护动作”这个遥信点，“关联主设备OID”关联了该保护信号所保护的主设备对象“北郊变/#2主变”。

第三步，为该保护信息关联跳闸断路器，例如，为“北郊变/#2主变/PST-1203保护装置/差动保护”信息添加三个跳闸断路器子对象：北郊变110kV802断路器，北郊变35kV302断路器，北郊变110kV102断路器。

至此，为遥信信息“2#变高侧保护A柜差动保护动作”建立相应的保护信息模型的工作完成。在数据库中建立了保护主设备：北郊变/#2主变——保护信息：北郊变/#2主变/PST-1203/差动保护——断路器动作：北郊变110kV802断路器，北郊变35kV302断路器，北郊变110kV102断路器三者之间的关联关系，并建立了该保护信息模型：北郊变/#2主变/PST-1203/差动保护与SCADA信号源：北郊变/采集装置0/第57号遥信点“2#变高侧保护A柜差动保护动作”之间的对应关系。

二、故障诊断的步骤

图1描述了***进行故障诊断的主流程，进入基于保护动作链的故障诊断之前必须要对采集告警信息进行判断和预处理。

第1步：实时逐条扫描告警SCADA***的告警信息，寻找满足启动故障诊断判据的告警。我们将启动故障诊断的判据定义为以下四个条件的组合：

A：厂站事故总信息动作信息

B：断路器分闸或者事故跳闸信号的出现

C：触发跳闸的保护告警动作信息

D：触发断路器变位的自动装置动作信息

这四个条件中只要有一个条件满足则满足判据要求，即判据E＝A∪B∪C∪D；

第2步：找到符合判据的告警信息后，将此告警信息标记为本故障时段告警分析的第一条信息；

第3步：根据故障告警结束判据，判断此告警信息是否为本故障时段最后一条告警信息，我们将故障告警结束判据定义为以下条件的组合：

F：在此告警事件发生后一段时间Tdelta内没有新的告警出现；

G：在此告警事件发生后一段时间Tdelta内虽然有新告警出现，但新告警事件发生时间距离本故障时段第一条告警事件发生时间超过一定的时差范围Tdura。

其中时间差Tdelta和时间段阀值Tdura均可以由用户定义，一般，这两个阀值的取值可以在以下区间进行：Tdelta∈[10，60]，单位：秒，Tdura∈[2，10]，单位：分钟。

这两个条件中只要有一个条件满足，则判断满足判据要求，即判据H＝F∪G。

如果不满足故障告警结束判据，则将此告警信息存入故障诊断信息表，并按时序进一步采集下一条告警信息，只到找到满足故障告警结束判据的告警信息为止。

如果满足故障告警结束判据，则将符合结束判据的这条告警信息标记为本故障告警时段的最后一条信息。并将此时的电网开关刀闸状态保存网络设备库，利用调度自动化***的基本功能模块网络拓扑功能进行拓扑分析，主要分析所辖电网内各主设备之间的拓扑连接关系。

由此，“当前故障时段”的定义可以这样描述：告警***获取的最新的，从满足启动故障诊断判据E开始，一直到找到满足故障告警结束判据H为止，这段时段称为“当前故障时段”。

结束当前故障时段故障诊断告警信息的采集，下一次故障诊断告警信息的采集将从当前故障时段最后一条告警信息的下一条信息开始；

第4步，进入故障诊断的预处理阶段，对故障诊断信息表表内的告警信息进行过滤，只保留会触发跳闸的保护告警信息，自动装置动作信息和断路器变位信息；

第5步：针对过滤后的告警信息事件进行基于保护动作链的故障诊断，所有保护动作链组成保护动作链表PAG，保护动作链指电网中安装在各主设备上的保护装置应对一个电网事故时，将某一故障隔离在一定停电区域内的处理动作过程；。

第6步：故障诊断结果的显示以及故障诊断报告的保存。

在故障分析结束后，本发明方法将认为可信的故障点信息以报文形式送往告警服务***，以最简介的告警信号告知***中何处发生了故障。使用者如想看全部的分析过程，可通过EMS***的图形浏览器打开相关分析画面，即可看到整个分析过程，包括保护动作链，不合理保护动作信息，不明原因断路器动作信息，等等。

如图6所示，基于保护动作链的故障诊断方法所得到的诊断分析报告示意图。这个报告的结构反映了整个故障时断内，保护装置、断路器、自动装置等对***故障做出的反应。对于一些找不到触发原因的断路器动作信息和不合理的保护动作信息，可以提醒监控人员去人工确认是否属实。

三、基于保护动作链的故障诊断的步骤。

我们都知道，如果在电网中某设备发生故障，必然有最近的保护装置感受到故障信息并触发保护单元动作并触发跳闸，如果存在保护拒动或者断路器的拒动，必然导致附近其他保护装置的动作，最后故障总会被保护装置动作断路器跳闸而隔离在一定的停电范围内，而这些被保护跳闸所隔离的保护主设备之间必定存在拓扑连接关系，而这一系列保护动作会形成一个保护动作链，即，一条保护动作链就代表了电网中安装在各主设备上的保护装置应对一个电网事故，将某一故障隔离在一定停电区域内的处理过程。

基于保护动作链的故障诊断方法正是在这样的一种思路下得以实施的。基于保护动作链的故障诊断方法通过以下步骤得以实现，如图2：

第5-1步，按时序，逐条对过滤后的告警信息事件表CurrentFaultAlarm，简称CFA，中的保护动作信息和自动装置动作信息分析，主要是保护动作与断路器动作的匹配关系分析，保护动作包括自动装置动作信息。如图3所示，假设CFA的第i条信息为保护动作信息，以CFAi为例，分析了在当前告警时段，CFAi的断路器动作匹配情况。

第5-1-1步，设过滤后的故障诊断信息表CFA中第i条信息CFAi为一保护动作信息，根据信息CFAi在SCADA数据库中遥信数据源OID，找到其在保护信息模型库中的保护信息模型定义PrtUniti，得到这条保护信息的各种属性信息，它是否会触发跳闸，会触发那些断路器跳闸，是主保护还是后备保护，保护哪个主设备，等等；

第5-1-2步，根据信息CFAi在保护信息模型定义中的保护信息——断路器动作关系，在过滤后的故障诊断信息表CFA的后续信息中寻找，信息CFAi发生后是否有符合保护模型定义PrtUniti的断路器跳闸或者合闸事件发生，如果发现故障诊断信息表CFA中第n条信息CFAn为符合PrtUniti定义的断路器跳闸信息，则将CFAn与信息CFAi做关联，表示信息CFAn是由信息CFAi触发的；

第5-1-3步，统计在当前故障时段内，CFAi触发的断路器动作数目BrActNum_i，用这个统计数与CFAi对应保护信息模型中定义的应触发断路器动作数目BrDefNum_i相除，计算CFAi与断路器动作信息的匹配度MatchBrAct_i，公式如下：

MatchBrAct_i＝(BrActNum_i/BrDefNum_i)

匹配度的计算是为了与后续分析相结合，判断保护信号的可信度而设计的。该数值如果小于1，表示存在断路器的拒动，或者该保护动作信号是信号畸变的结果，如果是断路器拒动，则后续肯定还有相邻设备的后备保护动作，将故障隔离，如果在后续5-2，5-3的分析中找不到相邻设备的保护动作信号，则可认为该保护动作信号不可信；

第5-2步，初步形成保护动作链。

在第5-1步的保护动作与断路器动作的匹配关系分析完毕后，由于每个保护信息都关联了一个受保护的主设备，则我们可以将这些主设备结合起来分析，分析这些设备之间的拓扑连接关系，如果在这些保护信息关联的保护主设备间存在连接关系，则表示这些保护信息属于同一条保护动作链。

图4，以分析CFAi为例，它所关联的保护主设备Devi，表述了在故障诊断过程中，其参与保护动作链形成的过程：

第5-2-1步，判断是否已经有保护动作链生成，如果之前还没有保护动作链形成，则CFAi带着与其匹配的断路器动作信息作为链头组成保护动作链表PAG的第1条记录PAG1，这条新的保护动作链PAG1k所示的可疑故障设备点GroupDev1即为该保护动作信息CFAi所关联的保护主设备Devi，即GroupDev1＝Devi；如果之前的保护动作信息已经形成了一个保护动作链，则进入下一步第5-2-2步；

第5-2-2步，针对之前已经形成的保护动作链，进行逐条分析，获取保护动作链表的第j条记录PAGj所关联的可疑故障设备点GroupDevj，并判断CFAi所关联的主设备Devi与GroupDevj是否是同一个设备，在故障保护跳闸结束后Devi与GroupDevj是否依旧存在连接关系，如果这两条中有一条满足，即说明保护动作信息CFAi是保护动作链PAGj的一部分，CFAi和PAGj中所有其它的保护动作信息一样，都是同一个电网故障触发的，故可以将其携相匹配的断路器动作信息加入保护动作链PAGj中；

如果CFAi所关联的主设备Devi不满足当前所有的保护动作链的入链要求，则该保护动作信息CFAi携相匹配断路器动作信息作为链头自己组成一条保护动作链***保护动作链表PAG，成为表内第k条记录PAGk，PAGk所示的可疑故障设备点GroupDevk即为该保护动作信息所关联的保护主设备Devi，即GroupDevk＝Devi；

第5-2-3步，针对实际电网中，有些安全性保护动作，安全自动装置的自投动作信号并不反应设备本身的故障，比如低频减载，欠电压动作，过电压动作，备自投动作等，需要单独分析；考虑这种情况的存在，单独创造了频率类保护动作链，电压类保护动作链，备自投类保护动作链，等等；将所有因安全原因的造成的保护动作或者安全自动装置的动作信息分类另外处理，归入这些特殊的保护动作链。

将每条保护动作信息做这样的分析后，即可形成若干条保护动作链，每条保护动作链都表示电网安装的保护装置应对某一电网设备故障进行的一系列保护动作，保护动作通过触发断路器动作将此电网故障进行隔离；

第5-3步，保护动作链的综合分析。如图5所示。

第5-3-1步，计算每条保护动作链PAG预示故障的可信度reliability，方法为，统计每条保护动作链所有保护动作信息的断路器动作匹配度MatchPeri(％)，取其最大值，作为该条保护动作链的故障可信度。

如果故障可信度低于一定的阀值，如30％或90％，可以认为这条保护动作链中的保护动作信息没有能力把故障隔离开，这种情况在实际中是不可能的，故可以认为这条保护动作链所有的保护动作信息均不可信；如果故障可信度符合阀值条件，则认为这条保护动作链的形成是可信的，其所预示的故障信息也是可信的，由此可信的保护动作链，可以得出一个电网故障点。

第5-3-2步，将不可信保护动作信息归纳起来形成不可信保护动作信息表，供调度、监控人员现场核实；

第5-3-3步，而这些不可信的保护动作信息原来所匹配上的部分断路器动作信息，和原来就没找到触发源的断路器动作信息，则一起被归纳成不明原因断路器动作信息，供调度、监控人员现场核实。

保护动作链的综合分析中，采取这样的策略，可以解决由于信息在传递过程中由于噪声或者信息丢失、畸变带来的信息不确定性给故障诊断带来的困扰。

本发明方法经实践证明，能准确诊断出故障位置，在故障发生大量告警信号涌入监控后台时能快速判断出故障点，最后直接以告警形式显示诊断出的故障点，而故障诊断报告则清楚地显示基于保护动作链的故障诊断过程。实验和运行结果证明了本方法的实用性。

Claims (8)

1.基于保护动作链的电力***故障诊断的方法，其特征是包括以下步骤：

步骤一：建立模型：

1)、完成网络建模：利用图形编辑工具将一次设备及其连接关系填入数据库，构建网络设备库；

2)、保护信息建模：在网络建模的基础上，在数据库中为一次设备对象添加保护装置对象，并为保护装置对象添加相应的保护信息，定义保护信息的属性，按照一次设备，保护装置，保护信息，断路器跳闸的层次关系进行保护信息建模，建立保护主设备——保护信息——断路器动作之间的关联关系，这里保护主设备指一次设备；

步骤二：故障诊断：

第1步：设定启动故障诊断判据，实时逐条扫描数据采集与监视控制SCADA***的告警信息，寻找满足启动故障诊断判据的告警信息，记录符合故障诊断判据的告警信息，得到故障诊断信息表CFA；

第2步：获得符合判据的告警信息后，将此告警信息标记为当前故障时段的第一条告警信息；

第3步：设定故障告警结束判据，根据故障告警结束判据，确定当前故障时段最后一条告警信息；

第4步：进入故障诊断的预处理阶段，对故障诊断信息表CFA内的告警信息进行过滤，只保留会触发断路器跳闸的保护动作信息、自动装置动作信息和断路器变位信息；

第5步：针对过滤后的告警信息进行基于保护动作链的故障诊断，所有保护动作链组成保护动作链表PAG，保护动作链指电网中安装在各主设备上的保护装置应对一个电网事故时，将某一故障隔离在一定停电区域内的处理动作过程；

第6步：故障诊断结果的显示以及故障诊断报告的保存；

其中，当前故障时段指从满足启动故障诊断判据开始，一直到满足故障告警结束判据为止的时段。

2.如权利要求1所述的基于保护动作链的电力***故障诊断方法，其特征是：故障诊断判据定义为以下四个条件的组合：

A：厂站事故总信息动作信息；

B：断路器分闸或者事故跳闸信号的出现；

C：触发跳闸的保护告警动作信息；

D：触发断路器变位的自动装置动作信息；

这四个条件中只要有一个条件满足则满足启动故障诊断判据的要求，即故障诊断判据E＝A∪B∪C∪D；

故障告警结束判据定义为以下条件的组合：

F：在此告警信息发生后一段时间Tdelta内没有新的告警信息出现；

G：在此告警信息发生后一段时间Tdelta内虽然有新告警信息出现，但新告警信息发生时间距离当前故障时段第一条告警信息发生时间超过一时间段阀值Tdura；

其中时间Tdelta和时间段阀值Tdura均由用户定义，这两个条件中只要有一个条件满足，则判断满足故障告警结束判据要求，即故障告警结束判据H＝F∪G；

如果不满足故障告警结束判据，则将告警信息存入故障诊断信息表CFA，并按时序采集下一条告警信息，只到满足故障告警结束判据为止；如果满足故障告警结束判据，则将符合故障告警结束判据的告警信息标记为当前故障时段的最后一条告警信息，并将此时的电网开关刀闸状态保存到网络设备库，利用电网调度自动化***的基本功能模块网络拓扑功能进行拓扑分析，分析所辖电网内各主设备之间的拓扑连接关系。

3.如权利要求2所述的基于保护动作链的电力***故障诊断方法，其特征是时间Tdelta和时间段阀值Tdura为：Tdelta∈[10，60]，单位：秒；Tdura∈[2，10]，单位：分钟。

4.如权利要求1或2或3所述的基于保护动作链的电力***故障诊断方法，其特征是在保护信息建模中，包括不同的保护信息，根据其含义为其配置不同的属性，定义以下保护信息的属性：

1)关联断路器——表示断路器失灵保护关联的失灵断路器，仅在保护信息为断路器失灵保护时使用，故障诊断***将根据该属性判断此信息动作将导致那些断路器跳闸；

2)关联的跳闸断路器——表示该属性包含保护信息将触发的断路器跳闸；

3)跳闸——表示该告警信息动作后后续会有断路器跳闸；

4)发信——表示该报警信息动作只是发告警信息，但后续不会出口跳闸；

6)来自备自投装置——表示该告警是关于备自投装置的动作信息，非保护信息；

7)是重合闸——表示该告警信息是线路的重合闸信息；

8)是频率类保护——表示该告警信息是频率类保护信息；

9)是电压类保护——表示该告警信息是电压类保护信息；

10)是过负荷类保护——表示该告警信息是设备过负荷信息，非设备本身的故障；

11)是主保护——表示该告警信号为设备主保护信息，

12)是后备保护——表示该告警信号为设备后备保护信息；

13)是失灵保护——表示该告警信号为断路器失灵保护信息；

14)对应遥信对象标识OID——表示该保护告警信号的信号源来自于SCADA库的哪个遥信点；

15)关联主设备对象标识OID——表示该保护信息所保护的主设备。

5.如权利要求1或2或3所述的基于保护动作链的电力***故障诊断方法，其特征是诊断步骤第5步的具体实现为：

第5-1步，按时序，逐条对过滤后的故障诊断信息表中的保护动作信息和自动装置动作信息分析，包括保护动作、自动装置动作信息与断路器动作的匹配关系分析；

第5-2步，初步形成保护动作链；

第5-3步，保护动作链的综合分析。

6.如权利要求5所述的基于保护动作链的电力***故障诊断方法，其特征是第5-1步的具体实现步骤为：

第5-1-1步，设过滤后的故障诊断信息表CFA中第i条信息CFAi为一保护动作信息，根据信息CFAi在SCADA数据库中遥信数据源对象标识OID，找到其在保护信息模型库中的保护信息模型定义PrtUniti，得到这条保护信息的各种属性信息；

第5-1-2步，根据信息CFAi在保护信息模型定义中的保护信息——断路器动作关系，在过滤后的故障诊断信息表CFA的后续信息中寻找，信息CFAi发生后是否有符合保护模型定义PrtUniti的断路器跳闸或者合闸事件发生，如果发现故障诊断信息表CFA中第n条信息CFAn为符合PrtUniti定义的断路器跳闸信息，，则将CFAn与信息CFAi做关联，表示信息CFAn是由信息CFAi触发的；

第5-1-3步，统计在当前故障时段内，信息CFAi触发的断路器动作数目BrActNum_i，用这个统计数与对应保护信息模型PrtUniti中定义的应触发断路器动作数目BrDefNum_i相除，计算信息CFAi与断路器动作信息的匹配度MatchBrAct_i：

MatchBrAct_i＝(BrActNum_i/BrDefNum_i)

匹配度用于判断信息CFAi的可信度，该数值如果小于1，表示存在断路器的拒动，或者该保护动作信息是信息畸变的结果，进行后续第5-2步，第5-3步的分析，如果是断路器拒动，则后续肯定还有相邻设备的后备保护动作，将故障隔离；如果找不到相邻设备的保护动作信息，则可认为该保护动作信息不可信，即保护信息畸变。

7.如权利要求5所述的基于保护动作链的电力***故障诊断方法，其特征是第5-2步的具体实现步骤为：

第5-2-1步，判断是否已经有保护动作链生成，如果之前还没有保护动作链形成，则对故障诊断信息表CFA中第i条信息CFAi，将信息CFAi带着与其匹配的断路器动作信息作为链头，组成一条保护动作链***保护动作链表，成为表内第1条记录PAG1，这条新的保护动作链PAG1所示的可疑故障设备点GroupDev1即为该信息CFAi所关联的保护主设备Devi，即GroupDev1＝Devi；如果之前的保护动作信息已经形成了一个保护动作链，则进入下一步第5-2-2步；

第5-2-2步，针对之前已经形成的保护动作链，进行逐条分析，获取保护动作链表的第j条记录PAGj所关联的可疑故障设备点GroupDevj，并判断信息CFAi所关联的主设备Devi与GroupDevj是否是同一个设备，在故障保护跳闸结束后Devi与GroupDevj是否依旧存在连接关系，如果这两条中有一条满足，即说明保护动作信息CFAi是保护动作链PAGj的一部分，CFAi和PAGj中所有其它的保护动作信息一样，都是同一个电网故障触发的，将信息CFAi携相匹配的断路器动作信息加入保护动作链PAGj中；如果信息CFAi所关联的主设备Devi不满足当前所有的保护动作链的入链要求，则该保护动作信息CFAi携相匹配断路器动作信息作为链头自己组成一条新的保护动作链PAGk，PAGk为***保护动作链表中的最新一条记录，这条新的保护动作链PAGk所示的可疑故障设备点GroupDevk即为该保护动作信息CFAi所关联的保护主设备Devi，即GroupDevk＝Devi；

第5-2-3步，将所有因安全原因的造成的保护动作或者安全自动装置的动作信息分类另外处理，生成特殊的保护动作链，包括频率类保护动作链，电压类保护动作链，备自投类保护动作链。

8.如权利要求5所述的基于保护动作链的电力***故障诊断方法，其特征是第5-3步具体实现的步骤是：

第5-3-1步，计算每条保护动作链预示故障的可信度reliability：统计每条保护动作链所有保护动作信息的断路器动作匹配度，取其最大值，作为该保护动作链的故障的可信度；如果故障可信度低于设定的阀值，认为这条保护动作链所有的保护动作信息均不可信；如果故障可信度符合阀值条件，则认为这条保护动作链的形成是可信的，其所预示的故障信息也是可信的，由此可信的保护动作链，可以得出一个电网故障点；

第5-3-2步，将不可信保护动作信息归纳起来形成不可信保护动作信息表，供调度、监控人员现场核实；

第5-3-3步，所述不可信的保护动作信息原来所匹配上的部分断路器动作信息，和原来就没找到触发源的断路器动作信息，一起被归纳成不明原因断路器动作信息，供调度、监控人员现场核实。

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