一种不正确动作风险评估系统及方法

技术领域

本发明涉及继电保护运行评价技术领域，更具体地，涉及一种不正确动作风险评估系统及方法。

背景技术

现有技术在保护不正确动作风险评估方面，已有研究建立保护系统故障树模型，如图1所示。现有技术建立的保护系统故障树模型存在的问题包括：风险因素仅影响到保护装置的若干个保护元件，例如通道运行隐患仅影响到线路保护的全线速动主保护元件，对距离保护、零序保护不带来影响，电压回路异常也不对纵联差动保护、零序保护等不需要电压及功率方向判别的保护元件产生影响，现有故障树模型因未能够在保护元件层面进行建模，导致模型准确性不足。

另外，传统可靠性计算公式在存在关联的风险点的可靠性计算中出现错误，如图2所示，假设保护拒动事件的故障树如图所示，风险点通道故障和电源损坏的概率分别为0.2和0.1，采用传统可靠性计算公式计算结果为0.028.事实上，如果电源损坏，则无时限保护一定发生拒动，无时限保护拒动概率不应低于电源损坏的概率。传统可靠性计算公式出现错误的根源在于没有处理好关联的基本事件对可靠性计算的影响。

因此，需要一种技术，以实现对不正确动作风险进行评估。

发明内容

本发明技术方案提供一种不正确动作风险评估系统及方法，以解决如何对不同保护元件风险的保护不正确动作风险进行评估的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种不正确动作风险评估系统，所述系统包括：

装置层，所述装置层用于设置至少两个保护不正确动作的顶层事件；

装置功能层，所述装置功能层包括不同的保护不正确动作对应的装置功能事件，用于确定装置功能事件与保护元件层的保护元件不正确动作事件的关联关系；

保护元件层，所述保护元件层包括归属于不同保护不正确动作的保护元件不正确动作事件；

风险源定量评估层，所述风险源定量评估层包括影响保护元件不正确动作的风险源事件；

电网故障层，所述电网故障层包括影响保护元件不正确动作事件的电网故障事件；

计算层，用于基于所述风险源事件、所述电网故障事件和保护元件不正确动作事件建立最小完备事件组，基于所述最小完备事件组计算顶层事件概率。

优选地，引发保护元件不正确动作事件的条件包括：风险源事件、电网故障事件以及除该保护元件外的其他保护元件不正确动作。

优选地，包括：

多个风险源事件引发保护元件不正确动作事件的逻辑关系为或；

多个电网故障事件引发保护元件不正确动作事件的逻辑关系为或；

保护元件不正确动作事件与风险源事件、电网故障事件、以及除保护元件外其他的保护元件不正确动作事件的逻辑关系为与；

该保护元件外的其他保护元件不正确动作引发该保护元件不正确动作事件的逻辑关系为与；

顶层事件与每个装置功能事件的逻辑关系为或。

优选地，所述装置功能事件包括：无时限保护不正确动作和后备保护拒动；

所述无时限保护不正确动作与多个保护元件不正确动作的逻辑关系为或；

所述后备保护拒动与所述多个保护元件的逻辑关系为与；并且每个后备保护拒动与多个保护后备保护元件拒动的逻辑关系为与；

后备保护误动与多个保护元件的逻辑关系为或。

优选地，所述风险源事件包括：通道故障风险、装置老化风险、CT回路断线风险、PT回路多点接地风险、电源损坏风险、CT回路多点接地风险、CT回路绝缘异常风险、PT回路中性线断线风险、压板异常风险。

基于本发明的另一方面，一种顶层事件概率进行计算的方法，应用于上述的不正确动作风险评估系统，方法包括：

基于风险源事件、电网故障事件和保护元件不正确动作事件建立最小完备事件组；

基于所述最小完备事件组计算顶层事件概率；

其中，所述风险源事件来自所述不正确动作风险评估系统包括的风险源定量评估层；

所述电网故障事件来自所述不正确动作风险评估系统包括的电网故障层；

所述保护元件不正确动作事件来自所述不正确动作风险评估系统包括的保护元件层，所述保护元件不正确动作事件归属于不同保护不正确动作。

优选地，基于风险源事件、电网故障事件和保护元件不正确动作事件建立最小完备事件组，包括：

基于风险源事件、电网故障事件和保护元件不正确动作事件生成引发多个保护不正确动作的多个最小完备事件，将多个最小完备事件组成最小完备事件组。

优选地，基于所述最小完备事件组计算顶层事件概率，包括：

基于每个最小完备事件的概率计算所述最小完备事件组的概率，将所述最小完备事件组的概率作为顶层事件概率。

优选地，所述生成引发多个保护不正确动作的多个最小完备事件，包括：

确定电网故障事件；

获取所述电网故障事件直接或共同作用条件下引起保护元件不正确动作的多个底事件，分别生成多个底事件分别与所述电网故障事件的不重复的并集，生成的多个并集作为最小完备事件。

本发明提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行不正确动作风险评估系统对顶层事件概率进行计算的方法。

本发明提供一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：处理器和存储器；其中，

所述存储器，用于存储所述处理器可执行指令的存储器；

所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现不正确动作风险评估系统对顶层事件概率进行计算的方法。

本发明技术方案提供一种不正确动作风险评估系统及方法，其中系统包括：装置层，装置层用于设置至少两个保护不正确动作的顶层事件；装置功能层，装置功能层包括不同的保护不正确动作对应的装置功能事件，确定装置功能事件与保护元件层的保护元件不正确动作事件的关联关系；保护元件层，保护元件层包括归属于不同保护不正确动作的保护元件不正确动作事件；风险源定量评估层，风险源定量评估层包括影响保护元件不正确动作的风险源事件；电网故障层，电网故障层包括影响保护元件不正确动作事件的电网故障事件；计算层，用于基于风险源事件、电网故障事件和保护元件不正确动作事件建立最小完备事件组，基于最小完备事件组计算顶层事件概率。本发明技术方案提升了现有保护不正确动作风险评估的有效性。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据现有技术的保护系统失效的评估示意图；

图2为根据现有技术的风险概率计算流程示意图；

图3为根据本发明优选实施方式的一种不正确动作风险评估系统结构图；

图4为根据本发明优选实施方式的3/2接线下线路保护拒动风险评估故障树模型示意图；

图5为根据本发明优选实施方式的通道故障风险评估示意图；

图6为根据本发明优选实施方式的装置老化风险评估示意图；

图7为根据本发明优选实施方式的PT回路多点接地风险评估示意图；

图8为根据本发明优选实施方式的电源损坏风险评估示意图；

图9为根据本发明优选实施方式的CT回路多点接地风险评估示意图；

图10为根据本发明优选实施方式的CT回路绝缘异常风险评估示意图；

图11为根据本发明优选实施方式的PT回路中性线断线风险评估示意图；以及

图12为根据本发明优选实施方式的不正确动作风险评估系统对顶层事件概率进行计算的方法流程图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图3为根据本发明优选实施方式的一种不正确动作风险评估系统结构图。

本发明首先进行保护系统不正确动作风险评估故障树的构建，包括：

步骤1，构建故障树框架：保护不正确动作风险评估的目标是保护装置，颗粒度精细到保护元件层面，同时考虑到保护双套配置、保护装置的功能可以按照主保护/后备保护等方式划分以及保护动作与电网故障的关联性，保护不正确动作故障树包含5个层面，分别是装置层、装置功能层(功能包括主保护/后备保护等)、保护元件层、风险源定量评估层和电网故障层。其中，装置层输出整台装置不正确动作的风险，装置功能层承接保护整体以及保护元件，保护元件层是电网故障以及不同风险源下元件不正确动作的风险，电网故障层确定不同类型电网故障的概率，风险源定量评估层确定不同风险源的定量概率。

如图3所示，本发明提供一种不正确动作风险评估系统，系统包括：

装置层301，装置层用于设置至少两个保护不正确动作的顶层事件；

装置功能层302，装置功能层包括不同的保护不正确动作对应的装置功能事件，用于确定装置功能事件与保护元件层的保护元件不正确动作事件的关联关系；

本发明的装置功能层建模包括：将保护装置按照功能进行划分，使用装置功能层对保护元件进行组织，并建立装置功能层与保护元件层间的关联关系。对于无时限保护，一次设备故障时，各个保护元件均应动作，无时限保护功能的拒动与各个保护元件拒动间存在“或”关系；对于后备保护，由于双套保护中任何一个保护元件动作后，其他保护元件均返回，后备保护功能的拒动与各个保护元件拒动间存在“与”关系，并且双套保护各个后备保护元件均拒动，后备保护功能才算作拒动。也就是说，装置1及装置2的后备保护元件均拒动，装置1及装置2的后备保护功能才算拒动。对于保护装置整体，保护装置拒动为保护各个功能拒动的综合，所以保护装置拒动中，各个保护功能间存在“或”关系。通过装置功能层桥梁，准确建立装置不正确动作与保护元件不正确动作的关联，例如，装置1的距离Ⅱ段拒动，若装置2的距离Ⅱ段动作，由于一套后备元件保护后，其他后备保护元件可以返回，装置1不视为拒动；

保护元件层303，保护元件层包括归属于不同保护不正确动作的保护元件不正确动作事件；

本发明的保护元件层建模包括：建立保护元件不正确动作与风险源、电网故障、其他保护动作的关联，主保护拒动是在一定电网故障下，风险源激发导致的，后备保护拒动是在一定电网故障且双套主保护拒动条件下，风险源激发导致的。不同风险源引发的不正确动作保护元件存在差别。本发明解决了风险源与保护元件不正确动作耦合关联建模问题。

风险源定量评估层304，风险源定量评估层包括影响保护元件不正确动作的风险源事件；

本发明的风险源评估层构建包括：采用继电保护在线监视、巡视巡检信息，对风险源的风险程度进行评估，解决风险源量化评估问题。

电网故障层305，电网故障层包括影响保护元件不正确动作事件的电网故障事件；

计算层306，用于基于风险源事件、电网故障事件和保护元件不正确动作事件建立最小完备事件组，基于最小完备事件组计算顶层事件概率。

优选地，引发保护元件不正确动作事件的条件包括：风险源事件、电网故障事件以及除该保护元件外的其他保护元件不正确动作。

优选地，包括：

多个风险源事件引发保护元件不正确动作事件的逻辑关系为或；

多个电网故障事件引发保护元件不正确动作事件的逻辑关系为或；

保护元件不正确动作事件与风险源事件、电网故障事件、以及除保护元件外其他的保护元件不正确动作事件的逻辑关系为与；

该保护元件外的其他保护元件不正确动作引发该保护元件不正确动作事件的逻辑关系为与；

顶层事件与每个装置功能事件的逻辑关系为或。

优选地，装置功能事件包括：无时限保护不正确动作和后备保护拒动；

无时限保护不正确动作与多个保护元件不正确动作的逻辑关系为或；

后备保护拒动与多个保护元件的逻辑关系为与；并且每个后备保护拒动与多个保护后备保护元件拒动的逻辑关系为与；

后备保护误动与多个保护元件的逻辑关系为或。

优选地，风险源事件包括：通道故障风险、装置老化风险、CT回路断线风险、PT回路多点接地风险、电源损坏风险、CT回路多点接地风险、CT回路绝缘异常风险、PT回路中性线断线风险、压板异常风险。

本发明风险源事件评估算式如下：

通道故障风险评估算式：

p

通道故障风险评估如图5所示。

装置老化风险评估算式：

p

装置老化风险评估如图6所示。

CT回路断线风险评估算式：

p

PT回路多点接地风险评估算式：

p

PT回路多点接地风险评估如图7所示。

电源损坏风险评估算式：

p

电源损坏风险评估如图8所示。

CT回路多点接地风险评估算式：

p

CT回路多点接地风险评估如图9所示。

CT回路绝缘异常风险评估算式：

p

CT回路绝缘异常风险评估如图10所示。

PT回路中性线断线风险评估算式：

p

PT回路中性线断线风险评估如图11所示。

压板异常风险评估算式：

p

本发明图4为构建的3/2接线下线路保护拒动风险评估故障树。图4中故障树共分5层，即装置层、装置功能层(功能包括主保护/后备保护等)、保护元件层、风险源定量评估层和电网故障层。其中，“保护1拒动”“保护2拒动”构成装置层，“保护1无时限保护拒动”“保护2无时限保护拒动”等8个事件构成装置功能层，“纵联差动”、“距离Ⅰ段”等12个事件构成保护元件层，“通道故障”“元器件老化损坏”等18个事件构成风险源定量评估层，“本线路距离Ⅰ段范围内故障”“本线路距离Ⅰ段范围外故障”等4个事件构成电网故障层。

保护元件层的12个保护元件拒动事件中，根据12个保护元件的归属，属于保护1的保护元件使用①～⑥指代，属于保护2的保护元件使用

本发明以3/2接线线路继电保护装置拒动风险预警为例，详细阐述线路继电保护拒动风险预警方法。继电保护采用双套保护互为备用，不失一般性，本发明以第一套保护不正确动作事件故障树构建及不正确动作风险评估为例进行详细阐述。

第一部分：保护系统不正确动作风险评估故障树的构建

3/2接线线路继电保护装置的功能是切除线路故障，并作为相邻一次设备，如母线、变压器、线路故障且故障一次设备的保护拒动条件下的后备保护。当线路所在母线故障、断路器失灵或高抗故障，线路保护动作，并远跳对端。

首先，根据本发明申请保护不正确动作故障树构建方法，保护不正确动作故障树共包含5层结构，即装置层、装置功能层(功能包括主保护/后备保护等)、保护元件层、风险源定量评估层和电网故障层。其中，装置层是故障树中描述保护不正确动作后果的顶层事件；装置功能层是将线路保护装置按照功能进行划分，在每个具体功能上发生不正确动作后果的故障树事件；保护元件层是将保护划分到具体的元件，如线路保护的纵联距离元件、纵联差动元件、距离Ⅰ段元件等，以保护元件不正确动作构成的事件；风险源定量评估层是能够导致保护元件不正确动作的风险源构成的事件；电网故障层是能够激发保护不正确动作的电网事件。

然后，建立风险源定量评估层与保护元件层的关系，即建立当风险源定量评估层中事件发生的条件下，会导致哪些保护元件不正确动作，如表1所示。只有风险源事件满足条件，保护元件不正确动作(本例为拒动)事件才使能。由于与保护元件相关的任何一个风险源事件发生，保护元件不正确动作(本例为拒动)事件发生，所以风险源事件对保护元件不正确动作事件的影响，在故障树中使用“或”门表达。同时，建立保护元件不正确动作与电网故障的关联，如表2所示。只有对应的电网故障事件满足条件，保护元件不正确动作事件才使能。不同电网故障事件中任意一个发生，均有激发保护不正确动作的条件，所以电网故障事件对保护元件不正确动作事件的影响，在故障树中使用“或”门表达。保护元件间相互影响关联表如

表3所示，其含义是如果施加影响的保护元件未动作，则被影响元件才具备动作的条件，如果施加影响的保护元件已经动作，则被影响元件不具备动作的条件。具体到保护元件拒动事件中，当施加影响元件拒动事件满足，被影响元件才有拒动的条件，否则被影响保护元件不具备拒动条件，被影响元件拒动事件不发生。一个被影响保护元件同时受多个施加影响保护元件的影响，任何一个施加影响的保护元件拒动事件未发生，被影响保护元件拒动事件不具备发生条件，所以多个施加影响元件对被影响元件的影响，在故障树中使用“与”门表达。风险源事件、电网故障事件、其他保护元件不正确动作(本例为拒动)事件均为保护元件不正确动作(本例为拒动)事件的条件，保护元件不正确动作(本例为拒动)事件与风险源事件、电网故障事件、其他保护元件不正确动作事件间存在与逻辑关系。

综合表1、

表2、

表3，绘制保护元件层与风险源定量评估层、电网故障层，以及保护元件层间的故障树连接，如图4所示。

表1风险源与保护不正确动作关联对照表

表2电网故障与保护不正确动作关联对照表

表3保护元件间相互影响关联表

接着，本发明进行装置功能层建模，将保护元件按照保护功能进行划分，纵联差动保护、纵联距离保护为全线速动主保护，距离Ⅰ段为保护线路部分长度的主保护，当电网故障点在本线路距离Ⅰ段范围内时，纵联差动保护、纵联距离保护、距离Ⅰ段的功能可划分为“无时限保护”，当电网故障点在本线路距离Ⅰ段范围外时，纵联差动保护、纵联距离保护的功能可划分为“无时限保护”；距离Ⅱ段为保护本线路的后备保护，且动作时间仅较无时限保护抬高了一个时间段，其功能可划分为“本线路的后备保护”；距离Ⅲ段、零序Ⅲ段动作时间相较距离Ⅱ段更长，除了作为本线路的后备保护外，还是线路相邻一次设备，如母线、变压器、线路等设备故障且故障设备的保护拒动下的后备保护，其功能可划分为“外部故障的后备保护”；另外，线路保护还具备远传/远跳功能。对于无时限保护，一次设备故障时，各个保护元件均应动作，无时限保护功能的拒动与各个保护元件拒动间存在“或”关系；对于后备保护(包括“本线路的后备保护”功能和“外部故障的后备保护”功能)，由于双套保护中任何一个保护元件动作后，其他保护元件均返回，后备保护功能的拒动与各个保护元件拒动间存在“与”关系，所以“本线路的后备保护”功能和“外部故障的后备保护”功能相应的保护元件拒动事件对保护功能事件的影响，在故障树中使用“与”门表达。双套保护各个后备保护元件均拒动，后备保护功能才算作拒动，所以对于双套保护中的任意一套，其“本线路的后备保护”功能和“外部故障的后备保护”功能相关的保护元件不仅包括本套线路保护装置的相应保护元件，还包括另外一套线路保护装置的相应保护元件。双套保护的远传/远跳元件拒动事件对远传/远跳功能拒动事件的影响，在故障树中使用“与”门表达。对于保护装置整体，保护装置拒动为保护各个功能拒动的综合，所以保护装置拒动中，各个保护功能间存在“或”关系。据此构造了3/2接线线路保护拒动故障树装置层与装置功能层、装置功能层与保护元件层间的连接，如图4所示。

如图12，本发明基于不正确动作风险评估系统对顶层事件概率进行计算的方法，包括：

步骤101，基于风险源事件、电网故障事件和保护元件不正确动作事件建立最小完备事件组；

步骤102，基于最小完备事件组计算顶层事件概率。

其中，风险源事件来自不正确动作风险评估系统包括的风险源定量评估层；

电网故障事件来自不正确动作风险评估系统包括的电网故障层；

保护元件不正确动作事件来自不正确动作风险评估系统包括的保护元件层，保护元件不正确动作事件归属于不同保护不正确动作。

优选地，基于风险源事件、电网故障事件和保护元件不正确动作事件建立最小完备事件组，包括：

基于风险源事件、电网故障事件和保护元件不正确动作事件生成引发多个保护不正确动作的多个最小完备事件，将多个最小完备事件组成最小完备事件组。

优选地，基于最小完备事件组计算顶层事件概率，包括：

基于每个最小完备事件的概率计算最小完备事件组的概率，将最小完备事件组的概率作为顶层事件概率。

优选地，生成引发多个保护不正确动作的多个最小完备事件，包括：

确定电网故障事件；

获取电网故障事件直接或共同作用条件下引起保护元件不正确动作的多个底事件，分别生成多个底事件分别与电网故障事件的不重复的并集，生成的多个并集作为最小完备事件。

本发明进行故障树顶层事件概率计算。

首先提出顶事件概率的等价计算方法，然后根据该等价计算方法，结合保护不正确动作故障树的特性，提出启发式顶层事件概率计算方法。

设共有K个底事件，每个底事件均有发生与不发生两种情形，以K个底事件的发生或不发生情形进行排列组合，共2

为此，提出等价计算方法：

将K个底事件分别标注为X

应用以上算法，保护不正确动作顶事件概率的计算转化为搜索最小完备事件组L、计算各个最小完备事件Θ的概率并求和。针对本场景，最小完备事件组L的确定方法是：

①取任意一项电网故障事件X

②取电网故障事件X

③取电网故障事件X

④将第②和第③步得到的最小完备事件Θ均加入到L中；

⑤选取各个电网故障事件，依次重复②到④的步骤，得到L。

保护不正确动作顶事件的概率为将最小完备事件组中的各个事件换成事件发生概率，每一个最小完备事件中各个事件对应的事件发生概率首先相乘，作为该最小完备事件对顶事件发生贡献的概率值，不同最小完备事件贡献的概率值相加，得到保护不正确动作顶事件的概率。

最后，计算风险源评估层各个风险源事件的概率，采用继电保护在线监视、巡视巡检信息进行评估。

第二部分：故障树顶层事件概率计算

首先，依据图4，确定能够引发线路保护拒动的最小完备事件组。搜索过程如下：

(1)确定能够引发线路保护拒动的电网故障事件，分别是：本线路距离Ⅰ段范围内故障X

(2)对于本线路距离Ⅰ段范围内故障X

(3)对于本线路距离Ⅰ段范围外故障X

(4)对于外部故障且外部保护拒动X

(5)对于高抗/母线故障或断路器失灵X

(6)将步骤(2)～步骤(6)的最小完备事件Θ求并集，得到最小完备事件组L＝{{X

然后，根据最小完备事件组L以及各个底事件的概率，计算顶事件的概率，即p＝pγpA+pγpB+pγpC+pγpD+pγpE+pγpF+pγpG+pγpH+pγpI+pβpA+pβpB+pβp

本发明在保护不正确动作风险评估的建模方面，首次提出了对保护元件不正确动作风险进行建模，建立了保护元件不正确动作风险与装置各个风险源(通过在线监视、巡检巡视信息来评估风险源事件的风险大小)、电网故障条件、其他继电保护元件动作的关联，并将保护元件按照功能进行组合，对相同功能保护元件不正确动作对装置整体不正确动作的推导方式进行科学表达，即无时限保护功能各个保护元件拒动事件间具有或逻辑，而后备保护功能各个保护元件拒动事件间具有与逻辑(与门的输入事件考虑到保护双套配置情形)，建立了涵盖装置层、装置功能层(功能包括主保护/后备保护等)、保护元件层、风险源定量评估层和电网故障层5层结构的保护不正确动作风险评估故障树；

本发明将顶事件发生概率推算等效为搜索最小完备事件组，提出了保护不正确动作顶事件概率计算中最小完备事件组确定方法，依次选取各个电网故障事件，从能够导致保护不正确动作的保护元件出发，搜索能够直接引起保护元件不正确动作的风险源，当需要多个保护元件均不正确动作时，将保护元件按照保护套别进行划分，分别从剩下的风险源事件中搜索能够同时引起这些保护元件不正确动作的最小风险源事件组合，将搜索到的最小风险源事件组合与电网故障事件求并，依次加入最小完备事件组中，最后依据最小完备事件组，计算保护不正确动作顶事件的概率。

本发明提出一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序用于执行基于不正确动作风险评估系统对顶层事件概率进行计算的方法。

本发明提出一种电子设备，其特征在于，电子设备包括：处理器和存储器；其中，

存储器，用于存储处理器可执行指令的存储器；

处理器，用于从存储器中读取可执行指令，并执行指令以实现基于不正确动作风险评估系统对顶层事件概率进行计算的方法。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个//该[装置、组件等]”都被开放地解释为装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。