分层式电网故障诊断系统的设计和实现.pdf

自动化应用电力自动化分层式电网故障诊断系统的设计和实现罗钊（国网渭南供电公司，陕西渭南7 140 0 0）摘要：为提高电网故障诊断结果的精确性和真实性，保证电力系统运行性能，本文设计了一款功能强大的分层式电网故障诊断系统。首先，在完成系统总体结构设计的基础上，完成对系统运行环境的搭建；其次，依次设计开关信息诊断故障模块、利用保护信息确认故障模块、利用录波信息分析故障模块，保证系统模块的实现效果；最后，设计网络通信服务程序。结果表明，本文设计的分层式电网故障诊断系统完全符合预期设计需求，不仅可以实现对简单故障和复杂故障的诊断，还能科学地判断目前电网存在的故障类型，并开展相应的故障测距工作，便于相关人员快速地分析和切除电网故障，有效提高了系统运行的稳定性和可靠性。关键词：分层式，电网故障诊断系统，设计，实现LUO Zhao中图分类号：TM769Design and Implementation of a Layered Power Grid Fault Diagnosis SystemAbstract:In order to improve the accuracy and authenticity of power grid fault diagnosis results and ensure the operationalperformance of the power system,this article designs a powerful layered power grid fault diagnosis system.Firstly,on thebasis of completing the overall structure design of the system,complete the construction of the system operating environment.Secondly,design a fault diagnosis module based on switch information,a fault confirmation module based on protectioninformation,and a fault analysis module based on waveform recording information to ensure the effectiveness of the systemmodules.Finally,design a network communication service program.The results indicate that the layered power grid faultdiagnosis system designed in this article fully meets the expected design requirements.It can not only achieve the diagnosis ofsimple and complex faults,but also scientifically determine the types of faults present in the current power grid and carry outcorresponding fault location work.This facilitates relevant personnel to quickly analyze and remove power grid fault problems,thereby effectively improving the stability and reliability of system operation.Key words:layered,power grid fault diagnosis system,design,realization文献标识码：A(State Grid Weinan Power Supply Company,Weinan,Shaanxi 714000,China)0引言电力系统一旦出现故障，会造成大面积停电，导致不可估量的经济损失。因此,准确、高效地判断和处理故障，有利于保证供电恢复的及时性和有效性。传统故障诊断系统获取信息来源时，需借助数据采集与监视控制系统(Su-pervisory Control and Data Acquisition,SCADA)，使用SCADA系统在分析和处理电网故障时，所提供的信息仅包含开关变位信息和相关保护动作信息1，一旦故障诊断系统出现复杂故障或开关出现信息丢失等，这种传统故障诊断模式难以满足实际使用需求。而分层式电网故障诊断系统的设计和应用可有效解决以上问题，通过设计和应用该系统，不仅可实现对故障元件的精确化确定，还能起到诊断录波信息的作用，快速、精确地确定相应的故障区域，为故障维修工作开展提供了重要依据和参考。因此,如何科学地设计分层式电网故障诊断系统是技术人员必须思考和解决的问题。1系统总体设计1.1系统总体结构设计该系统在具体设计时，主要选用分层式设计思想诊断处理电网故障，使其被诊断为功能模块和数据库两种对象，然后结合系统实际使用需求，将以上两种诊断对象分布到网络各节点中2。另外,在调度端计算机中,重点设计开关报警判别故障模块；在厂站内计算机中，重点设计保护判别故障模块。当该系统出现异常故障时，调度端和厂作者简介：罗钊，男，19 8 8 年生，硕士，中级工程师，从事电网自动化、继电保护方面的研究工作。70I自动化应用电力自动化自动化应用站端会自动建立良好的连接关系3,然后同时启动和使用2系统主要模块设计以上两种故障诊断模块，当故障诊断工作完成后，需要等调度端发送故障诊断请求，方可汇总最终故障诊断结果，再确定相应的故障元件。系统总体结构设计示意图如图1所示。处理后实时数据库通信接口中间结果图1系统总体结构示意图1.2系统运行环境搭建1.2.1 硬件环境当搭建系统硬件环境时，除配置应用服务器和数据库服务器在CPU、内存、硬盘等方面的性能指标外,还应重视对客户端机器相关性能指标的配置，为后期系统模块运行提供良好的硬件环境。硬件环境表如表1所示。表1硬件环境表名称性能指标CPUXeon8.0G以上应用服务器内存硬盘CPU数据库服务器内存硬盘CPUIntelG2022以上客户端机器内存硬盘1.2.2软件环境当搭建系统软件环境时，除配置SQLServer2020数据库、MicrosoftVisual Studio2020开发工具、Windows操作系统外，还应重视对编程语言和系统架构等工具的选用，为提供系统开发效率提供重要的技术支持。软件环境表如表2所示。表2 软件环境表功能工具JDKJavaloPlatform中间件Jakarm Tomcat8.10.20程序开发MyEclipsel0.0数据库SQLServer2020数据连接JNDI开发工具MicrosoftVisual Studio2020编程语言JAVA系统架构B/S架构操作系统RedhatLinux9.0:MicrosoflWindowsXP浏览器IntemetExplorer8;GoogleChrome2.1利用开关信息诊断故障模块设计当系统出现异常故障时，为不断减少开关动作的信息量，需要利用跳闸开关确定故障区域，然后采用开关跳闸的方式4,将各种故障快速从系统中分离。当开关动作信厂站端报警信息报警处理实时数据库用厂站内报警本地故障波形信息和故障波数据库形综合判断分散或集中的故障录波装置用途50G2台应用程序服务1400GB以上Xeon8.0C以上50G10T以上10G250GB以上息准确无误时，可以快速、精确地确定正确的故障区域。另外，还应采用网络搜索的方式，根据保护信息获取情况，完成对具体故障元件的分析和确定。2.2利用保护信息确认故障模块设计结合所获取的开关跳闸信息，可确定相应的停电事故区，但若要确定故障设备，需获取更多的保护信息。当系统出现异常故障后，系统会启动保护动作，发出相应的跳闸信号，使得系统立即断电停止运行。若系统故障范围明显扩大，可能是由于开关出现误动造成的。因此，加强分析保护信息5,在判断复杂故障方面具有重要作用。在诊断第2层，利用所获取的保护信息分析和判断故障，当第2 层诊断处理完成后，需要深入分析和确认故障的具体位置，不断缩小故障区域。在保护信息的应用背景下，确认故障的方法主要包含两种：（1)全面化搜索故障区域相关动作保护，确定相应的设备集合，并运用交集运算交集处理各保护范围，交集设备的运用可能会导致各项保护动作6,这说明引起电网故障的原因是设备故障；(2)全面化搜索各项保护，结合保护性质，确定设备故障出现概率，当保护搜索结束后，按照由大到小的顺序，排出故障区设备的故障率，便于维修人员的查看和调用。数据库应用2.3利用录波信息分析故障模块设计当电力系统的故障过于复杂时，一旦掌握的信息不充客户端访问分,会导致故障问题难以精确判断,此时,需要利用故障录波信息深入分析和诊断故障。故障录波器具有强大的紧急制表功能,可有效保证故障诊断结果的精确性,同时,GPS技术的引入和应用，可促使开关动作向时序化方向不断发展7,便于相关人员快速分析和判断异常故障。现阶段，各网调已成功开展联网工作，该联网工作主要实现了对故障录波数据的传输和管理。当电网出现异常故障问题时，可向调度中心安全、可靠地传输各故障录像器数据，便于相关人员深人分析故障相关数据，并确定正确的故障元件。对于故障录波器，内部含有海量的信息数据，需要运用中心站处理模式。首先，调度中心会结合最终故障诊断信息，快速、准确地判断和分析故障元件。其次，结合相关厂站信息，查看相应的录波信息，同时，利用专用通道,将所查看的录波信息安全、可靠地传输到中心站内，由中心站深入分析和处理故障性质。当故障元件难以确定时，需要根据所确定好的规划区域，借助中心站，调用和分析该厂站内所采集的录波信息8 然后结合故障性质，快速确定出现故障的元件。这种分析故障模式具有成本低、2023|16 期17 1自动化应用电力自动化诊断信息完整、诊断精确性高、信道传输数据量少等特点。在多代理技术的应用背景下,为保证电力系统的可靠性和实用性，技术人员应重视对利用录波信息分析故障模块的设计。其设计流程如图2 所示。元件参数表系统管理静态数据库H数据分析稳态数据、历史数据故障录波实时数据文件录波器配置文件图2 利用录波信息分析故障模块设计流程为突出多代理技术的优势，现采用分布式协作方法，完成对利用录波信息分析故障模块的设计，以保证录波数据故障诊断结果的精确性和真实性。该模块主要包含3个子模块。（1)数据分析代理模块。该模块主要是指借助代理的自学习特点，从指定的数据库中完成对相关数据的读取,并将读取的数据直接应用到各子代理系统中,并确定最终故障诊断结果。(2)故障分析代理模块。该模块主要是指结合代理的适应性特点,完成对录波器开关量的提取和记录，确定录波器启动原因，并利用控制代理模式，确定最终故障结果。(3)系统管理代理模块。该模块除表现出强大的启动功能外，还表现出强大的管理功能，运用该模块可保证用户界面交互的有效性和及时性，便于相关人员快速接收和处理信息数据。同时，应结合采集的故障信息，全面记录和整理获得的故障信息，并将录波器名、地区名设置为相应的关键词，便于用户利用关键词，快速搜索和查看相关故障信息，系统则结合用户搜索需求，自动输出最终查询结果报表。最后，还应利用SQLSever技术，完成对数据库类的设计，便于用户快速地访问数据库。另外，故障诊断系统在实际设计中，还利用多代理技术，保证故障诊断任务具有较高的灵活性和有效性,并执行相关故障诊断任务。3网络通信服务程序设计当设计网络通信服务程序时，应运用广域网技术，确保调度端和变电站端两者之间形成良好的交互回答关系，并结合诊断需求，确保相关诊断体进行针对性地交换数据。系统网络通信服务示意图如图3所示。通过运用MicrosoftVisualStudio2020开发工具，完成对网络通信服务程序的设计和开发，并试验测试所开发好的服务程序，经试验测试，发现通信成功率相对较高，几乎达到10 0%。广域网接口TCP/IP协议网络通信程序由开关、保护诊断的高度端计算机可疑原件或区域故避分析广域网接口1#厂站当地监控机高度端智能体N#厂站当地输出诊断监控机TCP/IP协议并存储于数据库中网络通信程序厂站端智能体网络通信程序厂站端智能体图3系统网络通讯服务示意图4结语本文设计的分层式电网故障诊断系统具有信息运用灵活、反应快速、易维护、运行高效等特点。将该系统应用到某地区电网中，不仅可以实现对故障分析结果的快速查询和处理，还能全面汇总和整理各种故障元件，有效提高最终诊断结果的精确性和真实性，便于相关人员快速分析和处理相关故障。因此,该系统具有一定的应用价值和应用前景，值得被进一步推广和应用。参考文献1谭阳红,杨勃,惠玲利，等.基于统一特征的配电网故障诊断方法J.湖南大学学报（自然科学版）,2 0 2 3,50(2)：150-156.2俞小勇，秦丽文，桂海涛，等.新一代人工智能在配电网智能感知与故障诊断中的应用J.南方电网技术,2 0 2 2,16(5)：34-43.3魏聪聪，邓祥力，贾声昊，等.基于多源数据及多维故障诊断空间的快速智能电网故障诊断方案J.电测与仪表,2 0 2 2,59(10)：145-153.4谢民,邵庆祝,王同文,等.基于CPSO-PNN及灰色关联度分析的电网分区故障诊断J.安徽大学学报（自然科学版）,2 0 2 2,46(3):94-101.5吴建勋,宗绪东，林西国，等.基于多维度数据融合的电网机组故障自动诊断系统J.能源与环保，2 0 2 2,44(5)：16 8-17 3.6何明，王利平，杨琪,等.考虑拓扑关联与信息关联的电网故障解析诊断方法J.智慧电力，2 0 2 2,50(6)：42-49.7任鞅，张无名，杨磊，等.基于大数据驱动的配电网故障诊断与探索性预测模型J.电工技术,2 0 2 2(8):116-118.8葛卫梁，黄磊，刁俊,基于深度学习算法的微电网故障自动化诊断方法J.自动化应用,2 0 2 2(10)：12 0-12 2.（责任编辑：黄霞）72|自动化应用