基于深层知识的继电保护隐性故障识别方法

基于深层知识的继电保护隐性故障识别方法

谢朋海

国网山西省电力公司超高压变电分公司  山西太原  030000

摘要：继电保护隐性故障是诱发错误保护行为、造成供电系统运行失稳、导致用户大规模停电的主要原因之一，可以认为继电保护隐形故障对于电网的安全、持续、稳定运行造成的影响与危害是极大的。同时，新能源作为一种清洁的可再生能源，其在电力系统中的应用将大大降低对环境的污染程度。但是从新能源的属性角度分析，其属于一种过程性能源，因此具有一定的随机性、间歇性和不稳定性，这就导致新能源电力系统机组的输出功率无法得到保障，其波动性和不可控性一旦超出基础的用电负荷需求时，将会造成区域供电异常，影响周围用户的生产活动。

关键词：深层知识；继电保护；故障诊断规则；识别方法；故障诊断规则；隐性故障

引言

为提高隐性故障识别准确率，保证继电保护的安全、稳定运行，开展基于深层知识的继电保护隐性故障识别方法设计研究。将全站继电保护节点进行环形闭锁全局设计，获取继电保护运行隐性故障信息；引进深度知识理论，提取语义网中存储的ｗｅｂ数据，建立隐性故障信息之间的语义关系，构建针对隐性故障信息的深层知识诊断规则；通过定量分析的方式，实现对继电保护隐性故障在线诊断与识别定位。设计对比实验证明，设计的隐性故障识别方法，不仅可以实现继电保护区段隐性的识别，同时相比于传统方法，还可以实现进行区段隐性故障节点的精准识别[1]。

轻微的情况会导致电网运行出现连续并发故障，严重情况会导致电网运行崩溃或大范围停电事故，甚至会出现电能质量下降、电网解列等隐患。为解决此方面的问题，电力管理单位提出了多种针对继电保护与故障辨识的技术与措施，但根据相关工作的实施现状可知，现有的技术大多只可用于识别显性故障，无法精准辨识隐性故障。因此，本文此次研究尝试引进深层知识分析技术，设计一种针对继电保护隐性故障的全新识别方法，通过此种方式，以期实现对隐性故障的高效率定位，强化电网的安全性[2]。 

1继电保护隐藏故障分析
1.1继电保护系统
  继电保护系统必须在不利的运行环境和发生故障时按输入信号的要求动作正确可靠地将故障区域隔离，避免影响正常区域工作性能。继电保护系统的动作表现有两种，正确的和不正确的。继电保护系统的不正确的动作往往会导致电力系统整体性能下降。甚至导致大停电的发生[3]。比如，2012年印度停电事故，2017年湖北荆州停电事故、台湾大规模大停电事故。根据国家电网公司对机电保护装置运行情况资料可知，2013年保护装置正常运行情况。我国继电保护装置正确动作率大，但其仍然存在故障。2013年继电保护装置正确动作率（除750kV）均大于99%，“500kV”不正确次数达到7次，高于其他交流系统。其中显性故障可以通过人为观察和软件程序检查并防止，而隐藏故障不易发现，说明继电保护隐藏故障的存在是发生不正确动作的主要因素之一，继电器、电缆、电压互感器等元件往往产生隐藏故障。

1.2继电保护隐藏故障分类
  （1）元件功能故障。继电保护装置内部具有多个元件，每个元件的完整性才能保证机电系统的正确动作。若方向继电器、电压互感器等元件由于环境和检测不合理的原因出现磨损、失灵等问题，造成整体功能性下降，这类隐藏故障可以通过定期检修减少发生概率，但很难从根本上解决这类故障；另外不同的元件具有的隐藏故障特点不同，其故障与线路元件的位置相关，可以通过分块的判断故障[4]。
  保护装置内部元件故障自左向右分为三类，分别是电压、电流互感器故障，功率方向元件及启动元件故障，时间计时器故障。其中，TV是电压互感器，TA是电流互感器Kwd和KA分别是功率方向元件和定值电流启动元件，KT是时间继电器。
  （2）定值不合理故障。目前，常采用离线整定的手段确定继电保护定值主，具有一定的局限性。在确定定值过程中TA变化跟实际情况不吻合，缺少参数，出现计算错误，造成整定不满足电网运行的变化形式，而定整值没有根据实际做出调整，即使继电保护装置可以正常运行，但整定值计算的不合理性会导致隐藏故障的产生[5]。
1.3继电保护隐藏故障的动作机理
  继电保护隐藏故障具有一定的隐蔽性，当电力系统运行时受到压力故障才会显现，比如电力系统处于负荷转移状态。且继电保护系统中的元件都有可能存在隐藏故障。以三段线路距离保护为例，简要分析隐藏故障的动作机理。开关ZⅠ发生异常闭合，是该保护装置的误动；时间元件Ⅱ因缺陷闭合属于隐藏故障，该缺陷只有在相邻线路保护装置Ⅰ段发生故障而导致保护装置Ⅱ段时才会显现。可见继电保护隐藏故障具有很大的隐蔽性。

2基于深层知识构建隐性故障诊断规则

在掌握大量的继电保护隐性故障信息后，引进深度知识理论，进行隐性故障诊断规则的构建。在此过程中，提取语义网中存储的ｗｅｂ数据，建立隐性故障信息之间的语义关系。基于此种方式，构建针对隐性故障信息的深层知识诊断体系，体系结构（语义结构按照由上到下的顺序设计）。按照上述结构，逐层进行继电保护隐性故障信息的诊断，将诊断过程中不同结构层的体系内容进行集成，并将集成整合后的信息进行关键词提取，作为继电保护隐性故障诊断规则。

3继电保护隐性故障在线诊断与识别定位

在上述设计内容的基础上，联合使用继电保护检测装置，进行变电站前端发射信号的诊断。通过此种方式，实现对继电保护隐性故障在线诊断与识别定位。在此过程中，考虑到变电站中的继电保护闭锁元件整体采用支路过流设计进行的启动运行，因此，可以通过定量分析的方式，进行继电保护隐性故障发生概率的计算。定义继电保护过流安全裕度表示为Ｐ，其中：Ｂｍ为继电保护隐性故障电流侧元件计算值；Ｂｅｔ为继电保护隐性故障馈线整定值；ｇ为故障识别灵敏度；Ｋｓｒ为闭锁信号。按照上述计算公式，进行Ｐ的计算，当Ｐ的取值＞１时，说明整定值发生错误动作的概率越低，反之，当Ｐ的取值＜１时，说明整定值发生错误动作的概率越高。通过对各个节点Ｐ值的计算，实现对继电保护隐性故障在线诊断与识别定位。

4结束语

当市场供电服务由于此方面故障出现变差问题时，电力市场经济效益将出现负增长趋势。为解决此方面问题，本文从继电保护运行隐性故障信息获取、基于深层知识构建隐性故障诊断规则、继电保护隐性故障在线诊断与识别定位３个方面，开展了基于深层知识的继电保护隐性故障识别方法设计研究。完成设计后，通过对比实验证明了此方法的可行性，通过此种方式，为变电站的安全运行提供全面的技术指导。

参考文献

［１］张峰毓，霍政界，李铭，等．基于时空分析的变电站继电保护故障信息检测系统设计［Ｊ］．电子设计工程，２０２２，３０（４）：１１０－１１４．

［２］于立强，朱亚军，周迎伟，等．基于深度学习的智能变电站继电保护二次回路故障监测系统［Ｊ］．自动化与仪器仪表，２０２１（７）：１１８－１２１．

［３］陈桂芳，董秀成，郑永康，等．基于长短期记忆网络的继电保护测试故障诊断研究［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０２２，５０（５）：６５－７３． 

［４］申原.一种计及继电保护系统多模式隐藏故障的电网N-k风险方法研究[J].自动化与仪器仪表，2017，（11）：171-172.

［5］王文焕，郭鹏，祝洁，等．基于故障树及贝叶斯网络的继电保护系统风险评估及故障定位方法［Ｊ］．电力科学与技术学报，２０２１，３６（４）：８１－９０．