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[摘 要]为提高智能变电站隐性故障监测与预防能力， 提出基于多维混合量的智能变电站继电保护隐性故障诊断方案， 包括隐性故障检测方法、辨识与确定方法；建立了智能变电站隐性故障诊断体系与系统结构。以合肥某智能变电站现场数据为输入， 验证了该方案、算法及系统的可靠性与有效性。
[关键词]保护隐性故障、智能变电站、多维混合量、故障辨识与确定
中图分类号：TM63；TM77 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）37-0010-01
1 智能变电站继电保护隐性故障诊断方法
基于多维混合量的智能变电站继电保护隐性故障诊断方法步骤主要分隐性故障检测、隐性故障辨识与隐性故障确认。在智能变电站系统中， 继电保护装置具有可观测性。采集节点的电压、电流采样数据等运行电量参数， 软硬件自检信息等运行状态参数， 及运行告警信息等在时间维度上构成了多维数据混合量。
2 继电保护隐性故障检测方法
继电保护的运行输入量与保护系统的测量、通信、接线等相关， 采集节点的电压、电流幅值等采样数据在稳态条件下应保持相对的稳定， 因此可用状态估计结果这一精度为秒級、可靠性较高的数据作为对比源， 检查继电保护装置的上传数据以判断隐性故障。而当系统处于短路故障等动态情况时， 系统中电压、电流等测量数据会快速变化， 此时为防止动态过程中数据不同步等因素导致的系统误判， 需闭锁隐性故障检测。
2.1 系统运行状态判断
当系统处于短路等异常或故障状态时， 故障点及其附近节点电量幅值将快速剧烈变化。若系统中某节点电量与其额定值之差大于一定数值， 则可认为系统处于动态运行环境下， 需闭锁隐形故障检测。设定隐性故障检测周期为T， t时刻输入至继电保护的电压与电流采样值分别为u （t） 、I （t） ， 下一个采样点时刻 （t+T） 电压与电流采样值为u （t+T） 、I （t+T） 。鉴于高压电力系统中运行方式相对固定， 且电压、电流量较为稳定， 在隐性故障检测周期内， 电压、电流量有效值的变化不超过其额定值的10%。设系统的额定电压与电流幅值分别为UN、IN， 则相邻周期内继电保护接收的电压与电流有效值变化不应超过10%的额定值。
2.2 运行电量数据的有效性检测
隐性故障检测周期为T， 每周期内检测的电压与电流数据分别为m个。在隐性故障检测周期内， 保护测量数据Ui、Ii的状态估计结果为U、I。电压与电流的均方差整定值分别记为εU与εI。若在一个周期内测量数据与状态估计数据的均方差大于某一整定值， 则认为数据偏差过大。
采集数据经状态估计后的电量有效值为Q， 检测周期内保护信息系统采集的单相有效值为Qi， 设隐性故障检测系统的电量门槛值为ΔQ=Qε， 则判据为：
实际运行信息可通过CT与PT单元采集， 并经SV网进行信息的点对点输送。保护装置测量的电网运行信息与实际运行信息间的差异主要由测量和计算误差造成， 包括互感器测量误差εT、状态估计误差εE、通信衰减εC等。
利用SV数据对智能变电站电量进行状态估计， 得到的相应节点有效值Q可靠性及准确度均较高， 可作为检测的基准值。继电保护装置隐性故障的门槛值ΔQ与测量误差εΔQ及状态估计的节点电压幅值^Q的关系为：
设K为可靠系数， 则门槛值ΔQ可为：
测量用互感器及保护用互感器的误差均会对门槛值的计算产生影响。
2.3 隐性故障检测方法
若均方差超过设定门槛值ε， 则将计数器Y自加1；反之则将Y置为0。连续经过n个周期后， 若Y超过设定的最大次数Ymax， 则可认为保护装置存在隐性故障， 检测系统发出报警信号。
3 继电保护隐性故障辨识
继电保护装置可利用软件自检而获得自检信息， 包括装置温度Td、通道光强Sd、电源电压Vd与保护整定值Setting。其中， 温度、通道光强与电源电压是随时间变化的时间序列；而保护整定值则为恒定值， 仅与系统改造或运行方式相关。继电保护装置隐性故障类型与上述参数有着直接的关系， 它们分别体现了装置运行异常、通信故障、电源故障与整定值不匹配事件。
（1） 状态自检量均值与平均差计算。设由时间构成的装置温度Td、通道光强Sd、电源电压Vd的历史时间序列为：
利用N组数据， 可得状态自检量的平均值与标准差为：
式中， Qdi为状态自检量。
（2） 状态自检量变化趋势拟合。为更清晰分析状态自检量的变化， 利用最小二乘法对装置温度Td、通道光强Sd、电源电压Vd进行多项式拟合。设它们的一次线性回归方程为：
式中， BT0、BT1、BS0、BS1与BV0、BV1分别为装置温度Td、通道光强Sd、电源电压Vd一次议程的拟合系数。利用最小二乘法求得相应拟合系统， 即可得到状态自检量的变化趋势， 且根据时间预测未来相关量的状态。
（3） 隐性故障判断。继电保护装置隐性故障类型与上述参数有着直接的关系， 它们分别体现了装置运行异常、通信故障、电源故障与整定值不匹配事件。继电保护装置通常运行于一定范围， 出厂时给出的装置温度Td、通道光强Sd、电源电压Vd范围[Tdmin， Tdmax]、[Sdmin， Sdmax]、[Vdmin， Vdmax]可作为平均值μ整定范围。根据测量可能存在的误差与波动， 选取相应的标准差整定值σT， set、σS， set、σV， set。对于预测值， 其同样以运行范围作为整定值。
4 结语
为提高智能变电站运行的安全性与可靠性， 本文以智能变电站保护运行状态参数、运行电量参数与运行告警参数三类多维混合量为基础， 提出基于多维混合量的智能变电站继电保护隐性故障诊断方案。该方案利用运行电量参数检测继电保护装置隐性故障， 根据运行参数的历史值与预测值辨别隐性故障， 结合运行告警参数实现隐性故障的诊断。该方法建立的隐性故障检测系统可在电网稳定运行情况下对隐性故障进行长期、实时在线监测。
参考文献
[1]熊小伏， 蔡伟贤， 周家启， 等.继电保护隐藏故障造成输电线路连锁跳闸的概率模型[J].电力系统自动化， 2009， 32 （14） ：6-10.
[关键词]保护隐性故障、智能变电站、多维混合量、故障辨识与确定
中图分类号：TM63；TM77 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）37-0010-01
1 智能变电站继电保护隐性故障诊断方法
基于多维混合量的智能变电站继电保护隐性故障诊断方法步骤主要分隐性故障检测、隐性故障辨识与隐性故障确认。在智能变电站系统中， 继电保护装置具有可观测性。采集节点的电压、电流采样数据等运行电量参数， 软硬件自检信息等运行状态参数， 及运行告警信息等在时间维度上构成了多维数据混合量。
2 继电保护隐性故障检测方法
继电保护的运行输入量与保护系统的测量、通信、接线等相关， 采集节点的电压、电流幅值等采样数据在稳态条件下应保持相对的稳定， 因此可用状态估计结果这一精度为秒級、可靠性较高的数据作为对比源， 检查继电保护装置的上传数据以判断隐性故障。而当系统处于短路故障等动态情况时， 系统中电压、电流等测量数据会快速变化， 此时为防止动态过程中数据不同步等因素导致的系统误判， 需闭锁隐性故障检测。
2.1 系统运行状态判断
当系统处于短路等异常或故障状态时， 故障点及其附近节点电量幅值将快速剧烈变化。若系统中某节点电量与其额定值之差大于一定数值， 则可认为系统处于动态运行环境下， 需闭锁隐形故障检测。设定隐性故障检测周期为T， t时刻输入至继电保护的电压与电流采样值分别为u （t） 、I （t） ， 下一个采样点时刻 （t+T） 电压与电流采样值为u （t+T） 、I （t+T） 。鉴于高压电力系统中运行方式相对固定， 且电压、电流量较为稳定， 在隐性故障检测周期内， 电压、电流量有效值的变化不超过其额定值的10%。设系统的额定电压与电流幅值分别为UN、IN， 则相邻周期内继电保护接收的电压与电流有效值变化不应超过10%的额定值。
2.2 运行电量数据的有效性检测
隐性故障检测周期为T， 每周期内检测的电压与电流数据分别为m个。在隐性故障检测周期内， 保护测量数据Ui、Ii的状态估计结果为U、I。电压与电流的均方差整定值分别记为εU与εI。若在一个周期内测量数据与状态估计数据的均方差大于某一整定值， 则认为数据偏差过大。
采集数据经状态估计后的电量有效值为Q， 检测周期内保护信息系统采集的单相有效值为Qi， 设隐性故障检测系统的电量门槛值为ΔQ=Qε， 则判据为：
实际运行信息可通过CT与PT单元采集， 并经SV网进行信息的点对点输送。保护装置测量的电网运行信息与实际运行信息间的差异主要由测量和计算误差造成， 包括互感器测量误差εT、状态估计误差εE、通信衰减εC等。
利用SV数据对智能变电站电量进行状态估计， 得到的相应节点有效值Q可靠性及准确度均较高， 可作为检测的基准值。继电保护装置隐性故障的门槛值ΔQ与测量误差εΔQ及状态估计的节点电压幅值^Q的关系为：
设K为可靠系数， 则门槛值ΔQ可为：
测量用互感器及保护用互感器的误差均会对门槛值的计算产生影响。
2.3 隐性故障检测方法
若均方差超过设定门槛值ε， 则将计数器Y自加1；反之则将Y置为0。连续经过n个周期后， 若Y超过设定的最大次数Ymax， 则可认为保护装置存在隐性故障， 检测系统发出报警信号。
3 继电保护隐性故障辨识
继电保护装置可利用软件自检而获得自检信息， 包括装置温度Td、通道光强Sd、电源电压Vd与保护整定值Setting。其中， 温度、通道光强与电源电压是随时间变化的时间序列；而保护整定值则为恒定值， 仅与系统改造或运行方式相关。继电保护装置隐性故障类型与上述参数有着直接的关系， 它们分别体现了装置运行异常、通信故障、电源故障与整定值不匹配事件。
（1） 状态自检量均值与平均差计算。设由时间构成的装置温度Td、通道光强Sd、电源电压Vd的历史时间序列为：
利用N组数据， 可得状态自检量的平均值与标准差为：
式中， Qdi为状态自检量。
（2） 状态自检量变化趋势拟合。为更清晰分析状态自检量的变化， 利用最小二乘法对装置温度Td、通道光强Sd、电源电压Vd进行多项式拟合。设它们的一次线性回归方程为：
式中， BT0、BT1、BS0、BS1与BV0、BV1分别为装置温度Td、通道光强Sd、电源电压Vd一次议程的拟合系数。利用最小二乘法求得相应拟合系统， 即可得到状态自检量的变化趋势， 且根据时间预测未来相关量的状态。
（3） 隐性故障判断。继电保护装置隐性故障类型与上述参数有着直接的关系， 它们分别体现了装置运行异常、通信故障、电源故障与整定值不匹配事件。继电保护装置通常运行于一定范围， 出厂时给出的装置温度Td、通道光强Sd、电源电压Vd范围[Tdmin， Tdmax]、[Sdmin， Sdmax]、[Vdmin， Vdmax]可作为平均值μ整定范围。根据测量可能存在的误差与波动， 选取相应的标准差整定值σT， set、σS， set、σV， set。对于预测值， 其同样以运行范围作为整定值。
4 结语
为提高智能变电站运行的安全性与可靠性， 本文以智能变电站保护运行状态参数、运行电量参数与运行告警参数三类多维混合量为基础， 提出基于多维混合量的智能变电站继电保护隐性故障诊断方案。该方案利用运行电量参数检测继电保护装置隐性故障， 根据运行参数的历史值与预测值辨别隐性故障， 结合运行告警参数实现隐性故障的诊断。该方法建立的隐性故障检测系统可在电网稳定运行情况下对隐性故障进行长期、实时在线监测。
参考文献
[1]熊小伏， 蔡伟贤， 周家启， 等.继电保护隐藏故障造成输电线路连锁跳闸的概率模型[J].电力系统自动化， 2009， 32 （14） ：6-10.