一种基于最大概率的故障指示器故障判定方法与流程

本发明属于故障判定领域，特别涉及一种基于最大概率的故障指示器故障判定方法。
背景技术：
：随着智能配电网建设的逐步推进，确保配电网运行安全，缩短故障停电时间，提高供电可靠性被广泛关注。馈线自动化是配电网实现故障判定及隔离的有效措施，故障指示器作为馈线自动化的重要终端设备，以其体积小，价格低，带电安装无需停电，对短路及接地故障皆有较好的适应性等特点在当前配电网中被广泛应用。目前，基于故障指示器的馈线自动化故障判定方法较多，但在实际应用中，由于现场环境多变，例如温度、湿度变化大，沙尘及灰尘多，维护不及时等都会导致采集装置准确度受损，导致电网正常运行时故障指示器误报信号，而电网故障时故障指示器又漏报信号的情况。大量错误信号的引入，导致传统的基于故障指示器的故障判定产生经常性误判，失去了其原本的意义。因此提出一种精确的故障指示器故障判定方法十分必要。目前，基于故障指示器的馈线自动化故障判定方法较多，其中矩阵方法通过矩阵运算和判定规则即可定位故障区间，但是在故障信息不健全时将会导致故障定位失效。还有基于可信度的多区段故障诊断方法，该方法将故障定位问题转化为故障概率估计问题，在处理不健全信息方面有一定效果，但是根据故障信号数量确定的故障概率并不一定正确反映现实故障情况，且结果受权重系数影响大。除此以外，还有基于人工智能的遗传算法和蚁群算法，该方法在健全信息下皆能取得较好的结果，但在非健全信息的情况下结果不明显。还有基于最差原则的故障指示器故障判定方法，但是该方法在故障误报信号处于馈线末端时将会造成较大误差，且各个区域之间的故障可能性无法言明，无备用选择方案。在实际应用中，由于现场环境多变，例如温度、湿度变化大，沙尘及灰尘多，维护不及时等都会导致采集装置准确度受损，导致电网正常运行时故障指示器误报信号，而电网故障时故障指示器又漏报信号的情况。大量错误信号的引入，导致传统的基于故障指示器的故障判定产生经常性误判，失去了其原本的意义。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种基于最大概率的故障指示器故障判定方法。实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于最大概率的故障指示器故障判定方法，包括以下步骤：步骤1、根据故障指示器的特点，建立了配电网最小故障判定区域模型；步骤2、通过对故障指示器信号特点的分析，以“三选二”原则提出了一种基于概率的故障指示器组合信号处理方法；步骤3、结合步骤1的最小故障判定区域模型和步骤2得到的故障指示器组合信号，以故障指示器之间的相互依赖关系为依托，基于最大概率对故障指示器进行故障判定。与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明提出的方法能够准确地进行快速的故障判断和故障定位，确定故障区域，有利于配电网内故障的快速处理和故障隔离；2)本发明提出的故障判定方法能够在多种故障下，准确可靠的实现故障的区段定位，且不受各类非故障扰动的影响，配置灵活且具有通用性，有着良好的适应性；3)本发明提出的方法在漏报和错报信息较少情况下具有很好的容错性，能够较为正确的确定故障区域，并且给出各个区域的可能概率，提供了备选故障方案，方便调度与运检人员人工干预排查故障，具有较好的现场应用价值。4)本发明的方法分析了故障指示器的特点，提出了配电网最小故障判定区域的概念，并基于配电网最小故障判定区域建立了故障指示器故障判定数学模型。分析了故障指示器信号特点，以“三选二”原则提出了一种基于概率的故障指示器组合信号处理方法。结合最小故障判定区域模型和故障指示器组合信号，以故障指示器之间的相互依赖关系为依托，提出了一种基于最大概率的故障指示器故障判定方法，该方法以各区域假设故障后的模拟故障信号与实际情况下的故障信号之间的相似度表征故障发生的最大可能区域，并给出了详细公式。该方法在故障信号漏报和错报较少情况下具有很好的容错性，能够较为准确的确定故障区域，并且给出各个区域的可能概率，提供了故障备选方案，方便调度与运检人员干预排查故障，具有较好的现场应用价值。附图说明图1是本发明基于最大概率的故障指示器故障判定方法的流程图。图2是简单配电网接线图。图3是确定最小故障判定区域的流程图。图中：1为建立了配电网最小故障判定区域模型，2为基于概率进行故障指示器组合信号处理，3为基于最大概率对故障指示器进行故障判定。具体实施方式结合附图，本发明的一种基于最大概率的故障指示器故障判定方法，包括以下步骤：步骤1、建立配电网最小故障判定区域模型；具体为：步骤1-1、构建由故障指示器和电源开关为边界的最小连通系为最小故障判定区域；步骤1-2、根据故障指示器的位置不同，对上述区域进行划分，建立了配电网最小故障判定区域模型。步骤2、以“三选二”原则构建基于概率的故障指示器组合信号处理方法，并对故障指示器的组合信号进行处理；对故障指示器的组合信号进行处理时，用1表示有信号，0表示无信号，并且基于设定概率对故障指示器组合信号进行处理。步骤3、结合步骤1的最小故障判定区域模型和步骤2得到的故障指示器组合信号，以故障指示器之间的相互依赖关系为依托，基于最大概率对故障指示器进行故障判定。基于最大概率对故障指示器进行故障判定时，具体为：设m个故障指示器将馈线分割成n个最小故障判定区域，各个故障指示器所上报的故障信息经第2节所述方法处理后形成矩阵l，具体为：l＝[l1，l2，l3，…，lm]设第i个最小故障判定区域xi发生故障时，各个故障指示器应该上报的故障信息形成矩阵ki，具体为：ki＝[ki1，ki2，ki3，…，kim]其中，lj＝1，kij＝1表示第j个故障指示器上送故障信号，lj＝0，kij＝0表示第j个故障指示器无故障信号，j＝0,1,2…m为故障指示器数；若故障指示器j的模拟故障信号kij与实际故障信号hj相同时，取先验概率为p(α)，若模拟故障信号kij与实际故障信号hj不同时，取先验概率为p(β)；则某一个最小故障判定区域xi在已有故障指示器信息矩阵l的约束条件下发生故障的条件概率为：其中，⊙为同或运算，为异或运算；g(xi)为模拟故障信号与实际故障信号完全相同的故障指示器的先验概率和，而f(xi)为模拟故障信号与实际故障信号完全不同的故障指示器的先验概率和，最小故障判定区域xi发生故障的相对概率为：则p(xi|l)相对概率最大的最小故障判定区域就是最大可能发生故障的区域。下面对本发明作进一步详细描述。1)本发明提出了一种基于最大概率的故障指示器故障判定方法，其设计流程图如图1所示，包含了以下步骤：步骤一、根据故障指示器的故障判定方法与ftu/dtu的故障判定方法的不同之处，定义由故障指示器和电源开关为边界的最小连通系为最小故障判定区域，再根据故障指示器的位置不同，对其进行划分，从而建立了配电网最小故障判定区域模型。步骤二、通过对故障指示器信号特点的分析，以“三选二”原则基于概率进行故障指示器组合信号的处理。同时考虑故障翻牌信号、电流突变信号、场强突变信号，由“三选二”准则以两个相同趋势信号表示的结果为最终结果，其中用1表示有信号，0表示无信号，基于概率对故障指示器组合信号进行处理；步骤三、结合步骤一的最小故障判定区域模型和步骤二得到的故障指示器组合信号，以故障指示器之间的相互依赖关系为依托，提出了一种基于最大概率的故障指示器故障判定方法，以各区域假设故障后的模拟故障信号与实际情况下的故障信号之间的相似度表征故障发生的最大可能区域，并给出了详细公式。2)步骤一中，故障指示器短路故障的判定条件有6种以上，而目前市场通用的设备，至少会选择其中的2种判定条件，即第一个条件是故障指示器经历突变故障电流，并持续一定时间；第二个条件是故障指示器检测到失压。只有满足了这两个条件故障指示器才判定线路发生短路故障，并启动故障翻牌，同时将故障信号上送到监控主站系统。而为了尽可能的将故障隔离在最小区域并缩短停电时间，目前的馈线自动化大多会配置具有就地保护功能的用户分界开关或多级保护，如此发生故障时，即便故障点上游故障指示器全部经历故障电流，但是由于只有分界开关跳闸使其下游失压，从而导致只有分界开关与故障点之间的故障指示器能够上报故障信息并成功翻牌，而其他故障指示器皆不动作。如此，故障指示器的故障判定方法将与ftu/dtu的故障判定方法有所不同。称变电站出线断路器、用户分界开关或线路多级保护开关为电源开关。称由故障指示器和电源开关为边界的最小连通系为最小故障判定区域。最小故障判定区域的内部只有非电源开关、刀闸、馈线段及配变等一次设备，无其他智能终端设备。称组成最小故障判定区域的故障指示器为相邻故障指示器。从电源开关开始，沿潮流方向，处于某故障指示器电源开关侧的故障指示器为该故障指示器的上游故障指示器，处于某故障指示器末梢端的故障指示器称为该故障指示器的下游故障指示器。如图2所示为某配电网络接线图，该配电网由两条馈线组成，sta1、sta2为变电站；ds1、ds2为配电站；sp1～sp3为开闭所；#1～#7为各变电站、配电站及开闭所母线；s1、s10为变电站出线断路器开关，s9为用户分界开关；s2～s8、s11～s19为配电室及开闭所负荷开关，s20为线路高压开关做联络开关用；t1～t13为配电变压器；d1～d13为架空线路高压刀闸；fi0～fi16为故障指示器。按上述定义，图1所述以s1为出线开关的馈线，其最小故障判定区域划分如表1所示：表1最小故障判定区域区域w1区域w2区域w3区域w4区域w5区域w6区域w7s1,fi0fi0,fi1fi1,fi2fi2,fi3fi3,s9s9,fi4,fi5fi4区域w8区域w9区域w10区域w11区域w12区域w13区域w14fi5,fi6fi6～fi8fi7fi8～fi10fi9,fi11fi10fi11由上表可知，最小故障判定区域w7、区域w10、区域w13及区域w14只有一个故障指示器，表示其处于配电馈线的末梢区域，可判定其下游设备故障。3)步骤二中，基于概率对故障指示器组合信号进行处理。在实际应用中由于故障指示器安装位置、制作工艺、运行检修等情况的影响，导致故障指示器上报的故障翻牌信号存在大量误报和漏报的情况，如果直接使用这些非准确信号判定故障范围，将导致巨大误差。若除故障翻牌信号外兼顾使用电流突变信号，这两种信号的使用非但不会使故障判定更准确，反而会更差，因为不能确定哪一种信号是正确的，例如故障翻牌信号的准确概率为p(a)，电流突变信号的准确概率为p(b)，而考虑两种情况下的准确概率p(u)将变成p(a)p(b)，很显然p(u)将小于p(a)或者p(b)。若同时考虑故障翻牌信号(a)、电流突变信号(b)、场强突变信号(c)，由“三选二”准则以两个相同趋势信号表示的结果为最终结果，其概率为pi(i＝1～9)，其各自可能情况如表2所示，其中1表示有信号，0表示无信号，单一信号的正确概率为95％。表2故障概率分布由表2可知，根据“三选二”准则第1、2、3、5种情况下的信号判定是错误的，其错误概率为四种情况下的概率和，即0.00725。反之，信号判定正确情况下的概率为0.99275，由此可知，以“三选二”准则确定的信号正确率比单一信号正确率高很多。4)步骤三中，结合步骤一的最小故障判定区域模型和步骤二得到的故障指示器组合信号，以故障指示器之间的相互依赖关系为依托，用各区域假设故障后的模拟故障信号与实际情况下的故障信号之间的相似度表征故障发生的最大可能区域。经过“三选二”规则筛选处理过的故障指示器信号其正确率大大提升，但是也并不是完全正确的，在实际故障判定过程中还需结合其周边其他故障指示器的故障信号综合判定。每一个故障发生时，故障区域上下游故障指示器皆会伴随着不同的故障报警信息，反之，如果实际各个故障指示器的报警信息与假设某一个故障区域发生故障时各个故障指示器的模拟报警信息相似，则可以判定故障可能发生在该假设区域，而相似度越大，则该区域发生故障的概率就越大，此即为基于最大概率的故障指示器故障判定思想。其设计流程图如图3所示。针对开环运行配电网，故障发生时，故障区域上游与电源开关相连的主路径上经历突变故障电流和突变场强，并导致电源开关跳闸，故障指示器翻牌，而故障区域下游所有故障指示器皆未经历突变故障电流，故障指示器不翻牌。针对闭环运行配电网，故障发生时，故障区域两侧至电源开关的主路径上的故障指示器皆经历突变故障电流和突变场强，并导致电源开关跳闸，故障指示器动作翻牌，其他非主路径上的故障指示器不经历故障电流，不应动作。当故障发生时，所有的故障指示器分成两类，一类是经历突变故障电流，动作翻牌的主路径故障指示器；另一类是未经历突变故障电流，不动作的非主路径故障指示器。故此，在已有故障指示器报警信息的情况下，各个最小故障判定区域发生故障的条件概率最大者即为发生短路故障的最大概率区间，具体描述如下：设m个故障指示器将馈线分割成n个最小故障判定区域，各个故障指示器所上报的故障信息经第2节所述方法处理后形成矩阵l，具体为：l＝[l1，l2，l3，…，lm](1)设第i个最小故障判定区域xi发生故障时，各个故障指示器应该上报的故障信息形成矩阵ki，具体为：ki＝[ki1，ki2，ki3，…，kim](2)其中，lj＝1，kij＝1表示第j个故障指示器上送故障信号，lj＝0，kij＝0表示第j个故障指示器无故障信号，j＝0,1,2…m为故障指示器数。若故障指示器j的模拟故障信号kij与实际故障信号hj相同时，取先验概率为p(α)，若模拟故障信号kij与实际故障信号hj不同时，取先验概率为p(β)。则某一个最小故障判定区域xi在已有故障指示器信息矩阵l的约束条件下发生故障的条件概率为：其中，⊙为同或运算，为异或运算。g(xi)为模拟故障信号与实际故障信号完全相同的故障指示器的先验概率和，而f(xi)为模拟故障信号与实际故障信号完全不同的故障指示器的先验概率和。而最小故障判定区域xi发生故障的相对概率为：显然，p(xi|l)相对概率最大的最小故障判定区域就是最大可能发生故障的区域。本发明的方法在故障信号漏报和错报较少情况下具有很好的容错性，能够较为准确的确定故障区域，并且给出各个区域的可能概率，提供了故障备选方案，方便调度与运检人员干预排查故障，具有较好的现场应用价值。实施例本发明的一种基于最大概率的故障指示器故障判定方法，包括以下步骤：步骤一、如图2所示的配电网，当以s1为出线开关的馈线中的区域w12(fi9，fi11)发生故障时，开关s9跳闸，故障指示器fi5、fi8、fi9上送故障信号，而其他故障指示器皆未上送故障信号。可知，故障指示器fi6漏报故障信号，故障指示器先验概率p(α)取0.9，先验概率p(β)取0.1。步骤二、分析了故障指示器信号特点，对各个故障指示器信号进行了组合处理。步骤三、设区域w6发生故障，则由公式(1)～(5)可知：δ(w6)＝(0.9×6+0.1×2)/8＝0.7假设区域w7发生故障，则由公式(1)～(5)可知：δ(w7)＝(0.9×4+0.1×4)/8＝0.5同理，分别假设区域w8～w14发生故障，计算其各个区域的条件概率如表3所示：表3各区域条件概率及相对概率区域w6区域w7区域w8区域w9区域w10δ(x|l)0.70.50.70.60.5p(x|l)12.281％8.772％12.281％10.526％8.772％区域w11区域w12区域w13区域w14δ(x|l)0.70.80.60.6p(x|l)12.281％14.031％10.526％10.526％由公式(4)计算区域w6、区域w7的相对概率为：p(w6)＝0.7/5.7＝12.281％p(w7)＝0.5/5.7＝8.772％同理，区域w8～w14的相对概率如表3所示，由表3可以分析出，区域w12的概率最大为14.031％，为最可能发生故障的区域，区域w9、w13、w14的概率次之，为故障备选方案，而区域w7与区域w10概率最小为最不可能发生故障区域。本发明提出的方法能够准确地进行快速的故障判断和故障定位，确定故障区域，有利于配电网内故障的快速处理和故障隔离。当前第1页12