继电保护故障信息系统智能分析研究

李七鑫，续建国

（国网山西省电力公司电力调度控制中心，山西 太原 030001）

0 引言

电网发生故障时，及时准确判断出电网故障元件和保护动作情况对于电网恢复正常运行及可靠供电至关重要。随着电力系统规模的不断扩大和接口的日益复杂，尤其是“调控一体化”新型运行体系的建设，电网故障时大量的故障信息在短时间内涌入调度中心，易使调度人员误判、漏判，需要电力故障信息系统主站进行智能分析。准确、快速的故障智能分析是实现事故情况下科学调度、尽快排除故障、恢复供电的重要手段，因此，电网故障智能分析的研究具有重要的现实意义。

1 智能分析可行性

开展电网故障智能分析研究的基本技术条件主要体现在以下几个方面。

a)220 kV及以上电压等级保护微机化率达到100%，电网一次系统发生故障时，站端保护设备的动作信息可以通过调度数据网和故障信息系统设备上传到调度端主站，为故障智能分析奠定了基础。

b)变电站均配置时钟同步装置，便于主站系统通过报文时标整合故障元件相关保护设备的信息形成综合报告，为故障智能分析提供必要条件。

c)随着电力系统调度自动化水平的提高和通信技术的发展，调度自动化系统开展数据一体化、数据平台一体化改造后，保护故障信息系统可以获得多源的信息，尤其是近年来IEC61850、IEC61970通讯规约在电网中的应用，使得数据在易用性、兼容性、互操作性和可视化方面取得了突破，为电网故障智能分析提供了充分的技术支持。

2 智能分析实现目标

在电网发生线路故障时，故障信息系统主站收集线路两端保护装置信息，形成一个包含变电站名称、故障线路、故障时间、断路器编号、故障类型、故障相别、故障切除时间、重合闸动作时间、重合闸是否成功以及保护动作行为是否正确的故障分析综合报告，以及说明故障线路下的所有二次元件的动作情况，为调度员快速判断电网故障情况，做出正确的调度决策提供技术支持。

3 智能分析实现流程

3.1 故障记录创建

故障记录创建由线路保护动作事件启动，完成将线路两侧的相关保护的报文和波形文件整合至同一故障记录的工作，根据系统中关联到该线路的所有设备信息收集相关保护装置动作报文和波形文件，为下一步的故障分析做好预处理工作。本模块的基础工作是要确保线路两侧所有相关保护装置正确关联到该线路，保证信息收集的全面性和有效性；工作难点在于系统中要根据统计数据和经验预设单一故障记录波形文件时标差的范围，还要考虑如果存在某一相关保护装置时钟偏离的异常情况，给出科学合理的解决措施。目前采取加入主站的接收时间为整合的另一时间条件的措施，防止由于装置时钟偏离造成信息收集不全的现象。

3.2 故障记录相关信息的甄别处理

依据之前的预处理时所收集的故障时间完成对一次故障中的两侧保护中的所有涉及事件和波形文件的收集整合。对所收集的波形文件进行初步对比分析，根据系统预设逻辑，排除非本次的故障事件和波形文件，确保智能分析程序调用的事件和波形文件符合分析要求，防止在下一步的智能分析过程中造成逻辑错误或不能识别。本工作的难点在于如何设置科学合理的判别逻辑，确保提供给智能分析程序的时间和波形信息的全面性和正确性。.

3.3 故障记录的智能分析

故障智能分析分为3个步骤：首先，完成线路两侧单个保护故障分析，对单个保护进行相关的故障识别工作，主要内容为计算故障类型、计算故障切除时间、取回保护的故障测距，计算结果为线路的故障分析提供基本的分析元素；其次，分别完成线路单侧变电站内所有保护装置的信息整合，例如两套保护动作行为是否一致、重合闸动作行为与故障切除时间是否配合等；最后，根据系统框架设计综合线路两侧变电站信息整合结果，结合系统计算数据，形成保护动作综合分析报告，包括保护动作是否正确、重合闸是否成功、是否转换性故障、最大电流、最低电压和优选故障测距数据等。

单个保护故障分析流程要依据故障波形判别故障相别，再结合事件信息中的保护装置出口跳闸相别是否符合系统预设的保护逻辑确定该装置动作是否正确；根据单相跳闸（三相跳闸）后是否收到重合闸出口时间信息确定重合闸是否动作；根据重合出口后是否出现故障电流及故障电流出现时间与系统预设逻辑的对比确定重合闸是否成功（重合否成功、直接重合于故障或重合成功后再次发生故障）；然后根据重合闸动作情况确定是否需要计算第二次故障切除时间。

线路单侧变电站内所有保护装置的信息整合，包括同类保护波形和出口跳闸相别是否一致确定本侧保护动作是否基本正确；如果线路保护投产较早则存在两套重合闸同时动作的情况，还需要比较两套重合闸装置动作行为是否一致确定本侧重合闸动作是否基本正确，如果两套重合闸动作不一致，则需要结合线路对侧两套重合闸动作行为进行判断；根据系统预设逻辑判断重合闸动作行为与故障切除时间是否配合等。

根据系统框架设计综合线路两侧变电站信息整合结果，结合系统计算数据，形成保护动作综合分析报告，在单个保护动作行为基本正确的基础上，比较线路两侧同类主保护动作行为是否一致确定保护整体动作行为是否正确；如果线路两侧距离一段都未动作则要重点核查距离保护定值或核实是否存在高阻接地的情况；对比线路两侧重合闸动作行为是否一致确定重合闸动作是否正确；根据预设逻辑对比线路两侧故障切除时间、最大电流、和最低电压，给出综合分析报告中的唯一数据。优选故障测距是建立在对系统历史故障情况下各种故障测距数据和人工输入的故障查线结果的对比基础上，以满足两侧测距数据之和与线路全长之差小于设定值为基本条件，相关保护和双端测距的历史测距精度排序第一的测距数据为优选故障测距值。

4 故障信息系统智能分析实例

山西省电力公司调度中心是国内最早开展故障信息系统建设的网省调之一，山西电网故障信息系统2004年建成投运，2009年年初至2010年6月份，历时一年半完成主站系统和所有子站的嵌入式改造，系统具备了开展智能分析系统投运的基本条件，2011年11月完成上线。智能分析程序上线运行后曾经出现过系统进入死循环和保护动作综合分析报告不完善的问题，通过对程序的不断改进，目前系统运行基本正常。

5 展望

随着智能分析程序运行时间不断增长，各种特殊的故障发生，使得智能分析系统的自学习功能发挥作用，不断提高智能分析程序的完善程度，随着故障录波器组网系统的完善和故障录波器信息命名规范化工作的逐步深入开展，在具备条件的情况下，可以将故障录波器上送调度端的信息和波形文件纳入智能分析整合信息范围，可以进一步提高综合报告中信息的正确性和精度。