大型水电站基于保信系统的设备状态分析研究及应用

大型水电站基于保信系统的设备状态分

析研究及应用

摘要：电站继电保护设备的异常运行可能对一次设备的稳定运行构成潜在威胁，所双及时了解运行状态，在定期检验继电保护缺陷基础上进行综合诊断分析，对于电站的安全稳定运行至关重要。

关键词：水电站；保信系统；状态分析

继电保护设备状态分析管理平台采用基于保信系统的全景式方法，对继电保

护装置进行监视及数据采集，实现对装置录波、开关量、采样值、软压板、变位

信息、告警事件、定值等的在线监视、远程采集和处理。构建继电保护设备状态

分析平台，便于及早发现设备运行中的隐患，为运维人员提供相应的数据支持，

提高电站继电保护设备的运维水平，提高继电保护的正确动作率，避免电站主设

备故障继电保护装置误动造成不必要的经济损失。

一、系统结构

基于保信系统的继电保护状态评价系统是对实时状态下正常运转的继电保护

设备的信息进行准确收集，包括设备正常运行发生的定期自身扫描检查的错误提示、受到外界环境干扰或破坏发生的提示警告、设备定值的参数设置、电压器状

态变化的数据、在电网发生故障与错误时发出的跳闸信息动作，这些信息数据是

目前继电保护状态评估的主要考虑参数。系统建立在保信系统平台基础上，进行

线上状态的实时应用扩展，与系统内部的硬件设备和操作系统相关的底层基础技

术在应用业务无关的通用服务技术中，能直接延用保信系统的已有部分作为参考点，对应用层面的系统环节作为设计重点。主要通过对系统保护的基础数据进行

收集、整理、编制、分类，以评价规则为标准进行一定的分析计算，以实现系统

在保护状态的评价作业及预警报告。继电保护状态检修工作作为电力生产管理工

作中的重要组成部分，发挥着不可比拟的操控力量及指导者的角色。因在其发展

中会出现不同状况而影响到电网的工作性能与设备安全，对检修质量的考察出会出现失真，比如因对设备的频繁检修会使设备的使用寿命缩短，影响设备的正常运转，线路因不定时突然的断电也会影响线路的作业效率，从而对设备的检修及电网的正常工作带来安全隐患。

二、保信系统概况

1、二次设备实景展示。保护设备的远程全景可视化将在远处全景显示保护设备的液晶板、告警灯信息、软压板状态。通过在远程画面上实时显示实时采样值、运行定值、装置自描述、压板状态、定值修改记录、告警记录、动作记录、录波信息等信息，如同运维人员在现场保护屏前巡视，以此实现运维人员远程人工查询保护设备的相关运行信息。

2、电站保护设备远方巡视。继电保护远程巡视技术包括：a.保护装置运行健康水平的巡视；b.巡视厂站端一次设备工况和保护装置运行情况。

①二次设备健康状况巡视。通过实时采集站端保护设备功能投退状态、开关量输入、模拟量采集、差动保护差流、运行温度、通道误码等信息，实时反映继电保护系统的运行状态，并分析判断，动态掌握二次设备运行健康状况。

②保护装置巡检报表。通过自动传输保护装置的实时采样数据，每天自动生成巡检报表，使运维人员能更直观地观察一次设备工况和保护装置运行情况，实现整个巡检过程的数据可视化。

3、电站设备故障研判。为使运维人员能第一时间快速准确地了解电站设备故障信息，继电保护设备状态分析管理平台自动调取故障录波及保护装置录波，通过智能判断，实现区域内(外)故障分类和列表文件中的自动标识、故障设备波形、开关变位信息的自动筛选关联、故障简报自动推送等功能，实现了面向对象的事故分析，缩短了事故处理时间，加快了故障恢复速度。

继电保护设备状态分析管理平台根据相同类型的保护装置和故障录波信息，如启动量、开关量变位、保护动作条件等，生成故障简报和录波分文件，并主动推送到主站端。

结合历史动作数据，建立专家知识库及随机护林动作行为诊断模型。在保护

装置再次动作后，对保护动作行为进行在线推理，并与保护装置一送的动作事件

和录波数据进行匹配比较，在线分析保护动作结果是否正确。

基于专家知识库的诊断方案，根据继电保护专业人员经验，即故障类型、保

护配置和动作时序间关系，建立了保护动作专家库。当电网故障发生时，通过上

传数据确定故障类型，并基于保护动作的专家知识库推断出相应保护和断路器动

作结果，适用于解决常见故障。保护动作行为在线智能诊断技术提高了电网故障

处理效率，提高了自动化水平。

4、保护装置故障智能诊断。二次设备故障抢修往往涉及故障发现、故障定位、设备配件更换、参数输入(定值输入)、校验确认等阶段。

通过使用决策树的自顶向下递归算法，比较决策树内部节点属性值，并根据

不同属性确定该节点向下分支，在决策树叶节点得到结论。

基于ID3算法，构建了故障诊断决策树，建立告警原因和其处理方法知识库。基于决策树，对继电保护告警进行实时诊断分析，确定继电保护异常状态的严重

程度，并提供故障处理措施。通过建立决策树与专家库，将各种继电保护告警事

件作为触发条件，根据决策树路径定位故障位置，将缺陷定位在板件级，以此实

现继电保护设备故障的智能诊断。

二次设备远程抢修指挥体系充分利用远程运维主站的信息化优势，利用设备

故障智能诊断技术将故障定位在板件级，并自动推送设备唯一性编码，检修人员

根据编码准备相应备件。现场更换设备时，通过远程运维系统实现对现场状态的

实时控制，并提供远程指导；更换完成后，同步更新检修策略，为今后检修决策

提供依据。

远程运维平台实现了二次设备从“定期检修”向“状态检修”、“就地运维”向“远程诊断”、“被动检修”、到“主动抢修”，减少了运行人员现场巡视次数，提高了运行检修人员快速判断处理设备缺陷和电网事故的能力与效率。

5、二次设备状态评估。设备状态评估基于继电保护运行数据，通过数学计

算方法对继电保护的运行状况进行量化，为继电保护提供有针对性的检验检修。

二次设备状态评估的具体算法为：S=K A·(S R·0.6+S H·0.4)。其中，S为最终得分，K A为评价系数，S R为在线状态评估得分，S H为历史状态评估得分。K A正常

为1，当保护有Ⅰ类告警信号时为0.8，当保护有Ⅱ类告警信号时为0.9，当同时

存在Ⅰ类、Ⅱ类告警信号时为0.8。根据量化结果，保护设备的状态分为四种状态：正常、注意、异常、严重。

考虑到设备运行工况不仅与当前信息有关，还与历史数据有关，通过整合继

电保护设备的在线运行信息、历史动作信息、缺陷信息、巡检信息等所有业务数据，建立了基于混合数据的设备运行工况评价模型，包括在线和离线模式。其中，在线模型考虑了模拟量信息与正常值的偏离程度及不同权重的逻辑量告警情况

(逻辑量分为直接采集的开关量、合成计算的伪开关量)；离线模型利用存储在数

据中心的设备历史缺陷数据、家族性资料和历史工况数据，并通过加权评分方法

建立。

为预判设备工况的发展趋势，对同类型设备的历史监测总体数据样本进行了

处理，并且使用可靠估计概率分布算法来计算该类型设备在一定时间段内的正常

工况聚类中心、带有置信度的正常工况参考边界。基于聚类中心与参考边界，对

设备最近的连续监测数据进行距离评估，并结合时间维度分析，获得设备健康值

的时序趋势线，用于预测设备在未来时间段内的工况走向。

基于二次设备实时运行监测信息及数据中心离线信息的健康状况评价，避免

了传统的只使用离线数据的打分模式带来的人为主观性，为在线检修策略的制定

提供了依据。同时，能及时发现状态监测数据表面处于“正常”的阶段，但实际

处于劣化趋势的隐患设备，弥补了当前二次设备检修中对设备健康状况缺乏正确

掌握的不足。

参考文献：

[1]曹景雷.继电保护状态评价的大数据分析方法[J].电子技术与软件工程，2018(20).