李 鵬，張小易，黃浩聲，佘曉峰，袁宇波

(1.江蘇省電力公司電力科學研究院，江蘇南京 211103；2.南京移騰科技有限公司，江蘇南京 210022)

電網(wǎng)運行調(diào)控一體化的實施，將有力推動電網(wǎng)運行與設(shè)備運行業(yè)務數(shù)據(jù)的融合。為充分發(fā)揮設(shè)備評估和環(huán)境監(jiān)測對電網(wǎng)調(diào)度運行的技術(shù)支撐功能，有必要建立基于電氣量、開關(guān)量及氣象環(huán)境與災害信息等多數(shù)據(jù)源的綜合性電網(wǎng)故障分析功能，為調(diào)度運行人員提供更為豐富的電網(wǎng)運行信息，提升電網(wǎng)調(diào)度運行人員決策準確性[1]?，F(xiàn)階段電網(wǎng)發(fā)生故障時，故障信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括開關(guān)量和電氣量。傳統(tǒng)的電網(wǎng)故障分析與診斷主要依賴于故障后上送到繼電保護故障信息系統(tǒng)的保護、斷路器等的開關(guān)量信息及分布式或集中式錄波數(shù)據(jù)，但由于信息傳輸丟失或不全面等不確定情況，往往會發(fā)生故障元件診斷范圍擴大，甚至誤判等情況[2]。

本文提出了一種融合雷電定位信息與繼電保護故障信息系統(tǒng)的電網(wǎng)故障診斷數(shù)據(jù)處理方法，電網(wǎng)發(fā)生故障時，首先對電氣量故障信息進行特征提取,通過數(shù)據(jù)映射技術(shù)獲取特征數(shù)據(jù)，依據(jù)特征數(shù)據(jù)搜索故障時相關(guān)區(qū)內(nèi)的雷電定位信息，最后進行基于多數(shù)據(jù)源的信息融合的故障分析。

1 繼電保護故障信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)及特征

目前，繼電保護故障信息系統(tǒng)處理的主要數(shù)據(jù)對象是在電網(wǎng)發(fā)生故障的情況下，保護設(shè)備上送的離散信息，運行人員需對這些設(shè)備運行信息進行故障識別與分析處理[3]。在電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生復雜故障時，將有大量的異常和故障信息涌入數(shù)據(jù)處理中心，運行人員很難在短時間內(nèi)從中識別出有用的故障信息。掌握并利用繼電保護故障信息系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)的特征對于電網(wǎng)故障的識別、分析及恢復相當重要。

傳統(tǒng)的故障信息識別與處理技術(shù)在面對大量故障信息數(shù)據(jù)時，一直無法解決上送數(shù)據(jù)過剩而有用信息不足的問題。本研究通過對故障時繼電保護上送的信息及其自身特點進行分析，提出了基于規(guī)則庫的信息識別與處理技術(shù)，并通過軟件技術(shù)將故障信息處理邏輯與程序?qū)崿F(xiàn)分離開來，使故障信息識別規(guī)則變成可維護的對象，從而在信息系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)發(fā)生變更的時候，無需修改程序代碼即可完成故障信息處理方式的改變。通過對大量歷史故障信息的整理與分析，可進一步完善故障信息處理的規(guī)則庫，提高故障信息處理的準確性與及時性?；谝?guī)則庫的繼電保護故障信息識別與處理技術(shù)根據(jù)電網(wǎng)故障時保護裝置在特定時間范圍內(nèi)上送信息的數(shù)據(jù)特征，智能定義每一臺保護裝置的故障特征信息集合，在海量的繼電保護運行信息中通過規(guī)則匹配的方式識別是否出現(xiàn)電網(wǎng)故障,從而自動進行后續(xù)的故障信息處理與分析。具體實現(xiàn)技術(shù)方案如圖1 所示。

圖1 基于規(guī)則庫的繼電保護故障信息識別與處理

數(shù)據(jù)處理過程由設(shè)備信號采集模塊、規(guī)則匹配與模式定義模塊、故障報告計算與分析模塊3 部分組成。

（1）設(shè)備信號采集模塊。采集模塊通過系統(tǒng)軟總線實時獲取系統(tǒng)接收到的各種繼電保護設(shè)備運行信息，并對上送的設(shè)備信號進行分類緩存。

（2）規(guī)則匹配與模式定義模塊。規(guī)則匹配模塊同步處理數(shù)據(jù)緩存區(qū)域內(nèi)的繼電保護設(shè)備運行信息，通過匹配某一臺保護設(shè)備在指定時間區(qū)間段上送的信息是否符合故障規(guī)則定義，從而形成判斷標準，并發(fā)出故障通知。具體規(guī)則匹配與故障識別流程如圖2 所示。

圖2 基于規(guī)則庫的故障識別流程

（3）故障報告計算與分析模塊。故障報告生成模塊在接收到故障通知后，根據(jù)保護動作時間，將系統(tǒng)中的故障數(shù)據(jù)進行組合，形成故障報告。綜合考慮不同設(shè)備類型信息的上送時差，故障計算與分析模塊以增量方式完成故障報告的分析與歸檔處理。

2 雷電定位系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)及其特征

目前雷擊是影響電網(wǎng)安全的頭號外力破壞因素。通過對電網(wǎng)區(qū)域雷擊的高效監(jiān)測，將有利于快速查找雷擊故障點、分析事故原因、鑒別故障性質(zhì)，提高電網(wǎng)安全運行水平。

2.1 系統(tǒng)現(xiàn)狀

現(xiàn)階段電網(wǎng)雷電定位系統(tǒng)覆蓋范圍越來越大，雷電監(jiān)測精度也得到極大提高，系統(tǒng)能實時遙測并顯示雷云對地閃擊的時間、位置、雷電流峰值和極性、回擊次數(shù)以及每次回擊的參數(shù)，雷擊點的分時彩色圖能清晰地顯示雷暴的運動軌跡[4]。雷電定位系統(tǒng)解決了困擾電網(wǎng)安全運行多年的雷擊故障快速準確定位、真假雷害事故鑒別和雷電基礎(chǔ)數(shù)據(jù)自動收集難題，雷電定位系統(tǒng)已成為電網(wǎng)調(diào)度運行管理的重要信息支撐。

2.2 存在的不足

隨著雷電定位系統(tǒng)的推廣應用，雷電定位信息在雷擊跳閘事故分析中起到了重要的參考作用，但也存在一定的問題。（1）雷電定位信息數(shù)據(jù)比較單一，在實際電網(wǎng)故障分析過程中，必須參考其他業(yè)務系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)，跨業(yè)務數(shù)據(jù)融合功能薄弱，容易形成信息孤島；（2）雷電定位信息系統(tǒng)僅關(guān)注雷電自身相關(guān)專業(yè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，其數(shù)據(jù)存儲與統(tǒng)計分析很難與其他信息系統(tǒng)進行橫向分析與計算；（3）在電網(wǎng)發(fā)生故障的情況下，電網(wǎng)故障相關(guān)的電氣量、開關(guān)量等常規(guī)業(yè)務系統(tǒng)的信息與雷電定位信息的處理與分析過程還依賴人工干預，智能化程度較低底，更難以實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享[5，6]。

3 多信息融合與處理方法

為適應電網(wǎng)故障智能分析與防護的發(fā)展，需將繼電保護故障信息與雷電定位信息進行跨業(yè)務平臺的數(shù)據(jù)融合，全面提升電網(wǎng)調(diào)度運行管理整體水平，完善現(xiàn)有信息系統(tǒng)在功能上的不足。

3.1 Webservice 技術(shù)

WebService 是一種通過Web 部署提供對業(yè)務功能訪問的技術(shù)，逐步成為不同應用系統(tǒng)之間相互交流信息資源的一個接口。WebService 可以突破不同操作系統(tǒng)平臺、不同數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)的限制，以較快的速度提供跨平臺的業(yè)務數(shù)據(jù)服務[7]。XML 是目前通用的數(shù)據(jù)交換格式，WSDL 是一種XML 文檔，包含了一組描述WebService的接口定義。WebService 主要以XML 協(xié)議為基礎(chǔ)，實現(xiàn)不同應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成，成功解決了不同信息系統(tǒng)的異構(gòu)數(shù)據(jù)融合問題。利用WebService技術(shù)可以實現(xiàn)雷電定位信息與繼電保護故障信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的融合，數(shù)據(jù)融合方式如圖3 所示。

圖3 多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)方案

3.2 信息交互范圍

信息交互范圍涉及電網(wǎng)220 kV 及以上所有發(fā)電廠、變電站及其輸電線路相關(guān)區(qū)域的雷電信息及廠站內(nèi)二次設(shè)備運行信息。電網(wǎng)故障診斷系統(tǒng)對于故障區(qū)域內(nèi)的雷電信息、繼電保護動作信息能夠?qū)崿F(xiàn)自動采集與數(shù)據(jù)整理，支撐綜合性電網(wǎng)故障信息的融合與數(shù)據(jù)處理。電網(wǎng)故障診斷系統(tǒng)可以根據(jù)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的電網(wǎng)故障信息，依據(jù)區(qū)域、時間等條件對雷電信息進行檢索，并提供區(qū)域雷擊過程相關(guān)圖形化數(shù)據(jù)。繼電保護故障信息系統(tǒng)與雷電定位系統(tǒng)采用基于WebService 服務模式進行數(shù)據(jù)交互，通過規(guī)范化服務接口定義實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互格式的統(tǒng)一。

3.3 信息交互方式

（1）模式1，主動事件通知模式。雷電定位系統(tǒng)接收到新的雷擊信息后向電網(wǎng)故障診斷系統(tǒng)發(fā)出雷擊簡報信息，內(nèi)容主要包括雷擊區(qū)域、線路名稱與編號、雷擊時間等信息，通信接口通過標準WebService 通信服務接口實現(xiàn)。

（2）模式2，數(shù)據(jù)檢索。電網(wǎng)故障診斷系統(tǒng)可以通過檢索條件對雷電定位系統(tǒng)中的雷擊信息進行檢索，雷電定位系統(tǒng)返回檢索結(jié)果主要包含數(shù)據(jù)與圖像2 種類型信息，針對數(shù)據(jù)信息主要包含雷擊相關(guān)的時間、經(jīng)度、緯度、電流、回擊、站數(shù)、參與定位監(jiān)測站、距離、最近桿塔、線路兩端測距等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以通過Webservice 通信服務接口實現(xiàn)。數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)基于XML 相關(guān)技術(shù)標準對信息進行描述。

3.4 多信息源分階段故障信息融合

繼電保護動作信息與雷電定位信息系統(tǒng)內(nèi)部通信方式、輸出信息格式均存在很大差異，原有系統(tǒng)之間亦是獨立的，沒有數(shù)據(jù)交互，因而需要建立一個統(tǒng)一的信息交互平臺來獲取各種類型的設(shè)備信息，實現(xiàn)不同階段信息獲取的及時性和準確性。

（1）故障識別階段。在電網(wǎng)產(chǎn)生故障的初期，電網(wǎng)故障診斷系統(tǒng)的首要任務為發(fā)現(xiàn)故障并發(fā)出故障簡報。為了能提高故障信息識別的準確性與有效性，需要對雷電定位信息與繼電保護設(shè)備信息進行統(tǒng)一故障特征值建模，實現(xiàn)電網(wǎng)故障信息在不同系統(tǒng)中的準確識別。同時依據(jù)建模方式，可逐步構(gòu)建電網(wǎng)故障信息識別規(guī)則庫，實現(xiàn)不同應用系統(tǒng)對于電網(wǎng)故障信息識別的準確性和有效性。在這個過程中側(cè)重于電網(wǎng)故障信息的快速識別與實時發(fā)布。

（2）智能化分析階段。電網(wǎng)發(fā)生故障后，各種信息依據(jù)不同的傳輸通道和模式匯集到調(diào)控中心，電網(wǎng)故障診斷系統(tǒng)根據(jù)故障特征提取相關(guān)保護信息、雷電定位信息，根據(jù)多站、多系統(tǒng)的故障信息結(jié)合故障信息規(guī)則庫，確保故障報告的準確性與完整性。在這個過程中側(cè)重于從信息、事件處理的本質(zhì)層面展開設(shè)備運行信息分析和診斷，形成多業(yè)務、綜合性的故障分析報告。

4 工程應用案例

某電廠送出系統(tǒng)接線如圖4 所示。以某日電廠A送出線路由于雷擊引起相繼跳閘的事故為例來說明本文電網(wǎng)故障診斷系統(tǒng)流程及有效性。

圖4 某電網(wǎng)電廠送出系統(tǒng)主接線

4.1 保護動作信息

（1）電廠A 繼電保護動作情況。當日16:44:32，線路1 發(fā)生C 相接地，18 ms 差動保護、距離I 段動作相繼動作；78 ms 線路1的C 相斷路器跳閘，故障切除。

約300 ms，線路1的C 相再次出現(xiàn)故障電流，差動保護動作，距離加速動作，386 ms時A、B 相開關(guān)相繼跳閘。968 ms 母差失靈保護動作（0.3 s 跳母聯(lián)，0.6 s跳失靈開關(guān)所在母線所有開關(guān)），同時發(fā)遠跳命令給線路3 保護，1020 ms 跳開正母上所有開關(guān)，包括線路3及2 臺發(fā)變組，C 相故障電流消失。

約1941 ms，線路2 發(fā)生B 相接地故障，1960 ms差動、距離I 段保護相繼動作，B 相故障跳閘，2820 ms重合于故障線路保護加速三跳。

（2）變電站B 繼電保護動作情況。當日16:44:32，220 kV 線路1 發(fā)生C 相故障，差動保護動作，C 相斷路器跳閘，50 ms時C 相故障電流消失，390 ms時收到對側(cè)遠跳信號，啟動三跳，不重合。988 ms 線路3 收到遠跳信號，開關(guān)三跳，未重合。1960 ms 線路2 B 相故障，重合不成三跳。

4.2 多源數(shù)據(jù)融合的故障分析

在故障發(fā)生后保信系統(tǒng)及時接收到電廠A、變電站B 子站系統(tǒng)上送的大量告警信息、保護動作信息、故障錄波等，并對上送的信息進行分類緩存。

（1）系統(tǒng)實時處理數(shù)據(jù)緩存區(qū)內(nèi)的保護動作事件以及雷電定位系統(tǒng)依據(jù)預定規(guī)則發(fā)出的雷電定位信息，通過系統(tǒng)自建的電網(wǎng)故障規(guī)則庫精確識別出線路1、線路2 發(fā)生故障，并形成電網(wǎng)故障信息簡報，如表1、表2 所示。

表1 電廠A 故障信息

（2）系統(tǒng)根據(jù)保信系統(tǒng)數(shù)據(jù)實時統(tǒng)計故障時間、故障區(qū)域、涉及線路等相關(guān)特征數(shù)據(jù)，通過雷電定位系統(tǒng)提供的WebService 服務接口，從雷電系統(tǒng)中獲取故障區(qū)域內(nèi)、故障前后600 s 內(nèi)全部雷擊信息，進一步，通過特定的雷擊特征數(shù)據(jù)識別，確認線路1的4 號塔附近的雷擊信息如表3 所示。

（3）系統(tǒng)根據(jù)保信系統(tǒng)相關(guān)故障錄波信息進一步完善整個故障時相關(guān)一次、二次設(shè)備狀態(tài)、動作行為信息，故障錄波如圖5 所示。

表2 變電站B 故障信息

表3 雷電定位系統(tǒng)信息

圖5 繼電保護故障錄波

（4）基于故障診斷系統(tǒng)提供的相關(guān)一次、二次設(shè)備動作信息及雷電信息快速開展故障綜合分析。結(jié)合現(xiàn)場一次設(shè)備檢查，對故障原因分析如下。

①線路1的C 相絕緣子受雷電繞擊發(fā)生閃絡，導致C 相跳閘；在C 相開關(guān)等待重合的過程中遭受重復雷擊，由于雷電波在C 相開關(guān)斷口處形成全反射，導致C 相開關(guān)斷口絕緣擊穿，不能切除故障電流，通過失靈保護跳正母所有開關(guān)切除故障。

②線路1 開關(guān)損壞后，故障電流持續(xù)時間達798 ms，由于故障電流在線路地線上分流超過地線熱穩(wěn)定容量，使線路2 地線斷裂掉落在線路2的B 相導線上形成永久性故障，導致線路2 三相跳閘。

在本次故障信息采集與分析過程中，電網(wǎng)故障診斷系統(tǒng)采用特征數(shù)據(jù)匹配的方式實現(xiàn)了線路1、線路2故障識別，在故障數(shù)據(jù)處理過程采用繼電保護信息與雷電定位信息橫向融合的方式將線路相關(guān)保護信息、雷電定位信息及錄波信息以增量的方式匯總到故障報告中，保證了電網(wǎng)故障報告中多業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)的全面性與正確性，為故障分析處理提供了充分的信息支持。

5 結(jié)束語

電網(wǎng)故障診斷系統(tǒng)通過多種數(shù)據(jù)源對故障進行綜合診斷與分析，全面提升了應對電網(wǎng)故障的能力。本文提出利用雷電定位信息進行電網(wǎng)故障診斷的多數(shù)據(jù)源融合數(shù)據(jù)處理方法，首先對雷電定位信息、繼電保護故障信息進行故障特征值提取，利用數(shù)據(jù)映射技術(shù)獲取故障特征數(shù)據(jù)；依據(jù)特征數(shù)據(jù)進行跨系統(tǒng)故障信息檢索與匯總；最后基于多數(shù)據(jù)源進行相關(guān)區(qū)域電網(wǎng)故障信息的融合與綜合分析。通過電網(wǎng)實際故障案例，對其有效性和實用性進行了說明，為實現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)智能化調(diào)度奠定基礎(chǔ)。

[1]江 宇，李 明，張 勇.一種集中監(jiān)控模式下電網(wǎng)故障診斷算法[J].江蘇電機工程，2013，32(1)：56-58.

[2]郭創(chuàng)新，彭明偉，劉 毅.多數(shù)據(jù)源信息融合的電網(wǎng)故障診斷新方法[J].中國電機工程學報，2009，31(14)：1-7.

[3]毛 鵬，張軍林，許 揚，等.區(qū)域電網(wǎng)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計[J].江蘇電機工程，2005，24（6）：1-4.

[4]韋海榮，鄭海雁，張鐵華.基于電力信息網(wǎng)絡雷電定位系統(tǒng)的開發(fā)[J].江蘇電機工程，2006，25(2)：1-3.

[5]何 健，張弓達，徐陳華，等.雷電定位系統(tǒng)在輸電線路雷擊故障分析中的應用[J].電瓷避雷器，2012（4）：74-78.

[6]楊家峰，王保保，何廣林.基于數(shù)據(jù)融合的雷電監(jiān)測預警方法研究[D].西安：西安電子科技大學，2008.

[7]向 洪，劉 志，胡海波.基于WEBSERVICE 系統(tǒng)交互設(shè)計與實現(xiàn)[J].重慶工學院學報，2008（11）：110-114.