摘要：变电站故障诊断对于事故后系统快速恢复正常运行具有重要的意义。针对变电站故障诊断中不确定信息的多源性和故障诊断的实时性，以变电站的保护信息为基础，提出了基于模糊因果网络（FCE-Nets）的变电站故障诊断方法。根据变电站各保护间的因果关系将元件分成三类基本关联节点，通过故障电气量关联函数改进保护信息的缺失校核机制，利用FCE-Nets进行逆向推理。在云会智能变电站上的应用表明，在变电站发生告警时本方法能够及时有效地进行故障诊断。
关键词：智能变电站；告警信息；故障诊断；模糊因果网络
一、前言
变电站是智能电网的重要基础和支撑，在发生故障时变电站监控系统会产生大量的告警信息，变电站运行人员需要投入相当多的时间和精力进行逻辑判断，无法及时准确判断出故障区域，将延长故障区域停电时间和降低供电可靠性。因此在故障发生后，如何利用智能变电站中的多源信息进行故障元件诊断，缩短事故处理时间以及提高运行人员工作效率具有重要的理论意义和实用价值。
二、CE-Nets 的故障诊断原理
变电站的 CE-Nets 网络包括三类基本关联节点：1）元件故障；2）保护动作；3）断路器跳闸或拒跳。如图 1 所示，不同节点之间包含三种因果关联情况，其中元件故障和断路器拒跳分别与主保护和后备保护存在因果关系。CE-Nets 网络中所有基本节点的正向关联可以用二进制矩阵来表示（ui为因果强度，ui=1 表示存在正向关联，ui=0 表示没有关联），而矩阵的转置即是由故障告警到故障原因的反向关联。因此，利用该逆向推理的性质可以实现快速故障诊断。
根据图 2 所示变电站模型可解释 CE-Nets 基本原理，该变电站的继电保护系统包括三段式电流保护（CO）和断路器（CB）。正常情况下馈线 F1 发生故障时，保护 CO1 动作将断路器 CB1 跳开。假设此时 CB1 拒动，则断路器失灵（近后备）保护CO3 将跳开断路器 CB3。图 3 为该变电站的 CE-Nets网络，图中虚线表示出线 F1 上所有保护间正向关联。实际应用中将所有可能发生故障的元件作为障基本节点，即可推导出表征整个变电站模型的CE-Nets 网络。
基于 FCE-Nets 的故障诊断方法 由于保护设备使用年限和性能差异，将导致其因果强度 ui不总是 0 或 1，本文以故障时元件动作次数的统计数据作为依据建立 FCE-Nets 网络。设因果关联节点的历史动作次数为 Ni，其中正确动作次数为 Nir，则节点间的因果强度 ui为
式中，xa和 xb为升半梯形模糊隶属函数系数(研究中取 xa=0.3、xb=0.9)。将图 3 所示的 CE-Nets 网络转化为规则矩阵 R，使原来 0 或 1 表示的因果强度 ui变换成 0~1 之间的模糊数。若 Ci和 Cj存在图 1 所定义的三种基本关联之一，则规则矩阵中 R(i, j)=un，表征 Cj是 Ci发生的前提且因果强度为 un，其值取 0和 1 分别表示完全可靠和完全不可靠；当不存在关联时 R(i, j)=0。根据定义可构建图 2 所示变电站FCE-Nets 网络的规则矩阵 R 为
图 4 显示了基于规则矩阵 R 的变电站 FCE-Nets网络，各基本节点含义如表 1 所示。为实现 FCE-Nets的变电站故障诊断，定义状态向量 T、故障元件向量F 和后备保护向量 B 为
变电站故障诊断时首先确定变电站中具有因果关系的 k 个基本关联节点，从而构造 k×k 阶模糊规则矩阵 R，并根据保护动作和断路器跳闸等故障信息可得到状态向量 T，进而求出转换向量 TV 判断是否出现设备失效，然后消去由后备保护动作引起的基本节点状态变化再确定故障元件。
为改进后备保护断路器动作时，主保护信息缺失的校核机制，将智能 IED 设备故障前的断路器电流量传递至变电站故障诊断数据库。再针对保护状态采用高斯型隶属函数，计算故障电气量关联函数 ρ(Ii)，作为缺失的保护信息状态向量 T(i)的真值模糊因子即
其中，Iia和 Iib分别为电流速断和过流保护整定值，图 5 显示故障电气量关联函数与电流量的关系，将式(8)的 λi代入式(3)从而得到新的状态向量 T(i)。利用已知故障告警信息通过逆向推理确定所有备选故障元件，根据式(9)计算转换向量 TV（表1）。
三、算例
假设断路器 CB1 误动，其余故障信息见表 10。由于出线 F1 上并未发生故障，利用故障电气量关联函数可计算 CO1 和 CB1 对应的状态向量因子 T(2)和 T(3)，表 11 中给出了状态向量 T 的非零元素。 通过本文的故障诊断方法可以得到表 12 的诊断结果，分析可知，误动设备 CB1 所对应元件故障
四、结束语
本文提出一种基于FCE-Nets的智能变电站故障诊断算法。通过在云会智能变电站的实际算例分析表明，改进的保护信息缺失校核机制有效避免了状态向量元素缺失引发的变电站故障诊断漏诊误判。本文所提方案可靠有效且简单易行，具有较高的工程应用价值。目前本方案已在余杭供电局云会变电站使用，在实际智能变电站试运行初期，取得了较为理想的效果。
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论文作者:刘贺丽,王戈
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/16
标签：变电站论文; 故障论文; 向量论文; 故障诊断论文; 断路器论文; 因果论文; 节点论文; 《基层建设》2017年第16期论文;