智能化繼電保護自動測試系統的評價研究

譚金龍 張 路 南東亮 韓 偉 王 暢 高 興

（1.國網新疆電力有限公司電力科學研究院 2.國網河南省電力公司電力科學研究院）

0 引言

由于電力電子技術、網絡通信技術、計算機技術的快速發展，網絡化、計算機化、智能一體化和數字化逐漸成為繼電保護技術發展的新目標。

由于智能化繼電保護技術還需要進一步研究，因此目前繼電保護測試包括人工測試和自動測試。在人工測試過程中，所有的操作過程皆需測試人員參與，測試人員所擁有的專業技術、個人實際經驗及工作狀態會導致測試的結果有著較大的不確定性，存在測試盲區、自動化測試程度較低、測試耗時較長，測試工作的反復性高，易導致因檢測人員疲勞而檢測錯誤［1-3］等缺點。很多時候，微小的錯誤不容易被察覺，也不會影響電網的正常運行。但當電網發生故障，需要繼保裝置做出正確的跳閘動作時候，這種錯誤可能會引起繼保裝置拒動，進而擴大故障范圍，影響電網的穩定運行。

自動測試的保護邏輯功能能夠自動生成報告，且智能化程度高，人工干預少［4］。不僅可以大大提高定檢工作效率，減輕現場工作人員的工作強度，同時也可以有效地避免因為人為因素而導致的各類定檢問題，測試報告的標準格式能夠自動生成，測試過程透明化，測試系統具備良好的可擴展性，實現對保護定檢工作流程的標準化和規范化［5-7］。

根據上述論述，本文提出一種科學的評估方法來評價和分析人工測試和自動測試兩類方法。

1 評價指標

通過自動測試對保護裝置進行實際的測試，根據操作的便捷性、測試的連續性、工作的高效性、數據的準確性及測試接線等幾方面對自動測試程序系統進行初步評估［8-10］。所建立的評價指標體系如圖1所示。

圖1 自動測試系統評估指標

（1）便捷性指標

繼保裝置進行自動測試前，需要對被測試的繼保裝置進行基本參數的收集和相關測試方案的編輯，形成測試文檔，以供現場測試調用。進行現場測試前，需根據方案進行測試線的連接，確保測試系統能順利輸出和接收測試數據。

（2）連續性指標

經過測試前的準備工作后，測試工作會由自動測試程序系統自動進行，免去過往重復切換測試菜單的斷續操作，測試工作較人工測試更連續。

（3）高效性指標

使用自動測試程序系統進行繼保裝置測試工作，工作效率較以往有大幅度的提升，有效地減去工期，減短設備的停電時長，提高電網的可靠運行。

（4）準確性指標

從自動測試程序系統采集的測試數據分析，測試數據與人工測試數據差別不大，準確率較高。另外，自動采集測試數據功能可以減少人工填寫數據錯誤的概率，較人工填寫數據更有優勢。

（5）測試接線指標

一般繼電保護測試工作前，需要完成對模擬量回路、動作接點回路（開出回路）、接點開入回路三部分回路的接線工作。接線過程中以工程圖紙作為參考依據，同時需要結合現場的實際設備安裝而隨時調整試驗接線。雖然接線工作難度不大，一般接受了上崗前操作培訓的初級作業員已能獨立完成測試接線工作。但根據統計數據顯示，人工接線不能達到100%正確，正確率約為98.7%，因此影響了試驗工作的效率。導致試驗接線錯誤的主要原因有以下幾個因素［11-16］：①試驗人員精神狀態不佳，疲倦作業；②對測試儀器、繼電保護裝置不熟悉，錯誤接線；③現場設備安裝錯誤；④設計圖紙，廠家資料設計錯誤。

1）人員精神指標。當要對多個繼電保護裝置進行逐一試驗時，若工作時間過長，缺乏休息，會導致試驗人員精神不集中，精神不佳等情況。同時，由于試驗人員長期處于腦力工作狀態，心理、身體產生麻痹、疲憊等現象；另外，在工作過程中缺少旁站人員監護和檢查，容易導致在試驗過程中出現接線錯誤的現象，而且錯誤不易被發現。

2）對設備的熟悉度指標。繼電保護測試是一門邏輯性較復雜，理論與實際結合運用性較強的操作技能工作，很多情況下都需要靈活處理問題，不能生搬硬套過往一套方法。在測試過程中遇到新的裝置設備，只有通過測試人員依靠自身的技能經驗和根據現場的施工圖紙，才能正確將測試設備與繼保裝置有效連接，進行有效的測試工作。若測試人員遇到過往沒有接觸到的裝置設備，同時也沒有查閱圖紙，或者沒能正確理解圖紙，會導致設備接線錯誤，影響工作的開展，更嚴重還會導致發生人身安全事故、設備損壞等。

3）現場設備安裝錯誤率指標?，F場設備安裝錯誤主要以誤接二次線和誤貼標簽標識為多數。在新建、改擴建工程中誤接二次線引起的保護事故現象相當普遍。造成誤接二次線的原因主要有：①工作人員不按圖紙施工，憑經驗、憑記憶接線；②作業人員不履行相關工作手續，擅自修改運行回路；③二次設備內部配線誤接。

誤貼標簽標識主要是施工人員不按圖施工，憑經驗、憑記憶隨意粘貼標簽標識，而且驗收人員也沒有認真細致逐一核對標簽標識，留下設備運行的安全隱患。

在繼保設備測試階段，測試人員一般根據設計圖紙和現場粘貼的標簽標識進行試驗接線，往往會忽略核對二次線接線和標簽標識粘貼的正確性。由于誤接二次線和誤貼標簽標識，使測試人員誤接測試線而導致測試結果不正確，偏離預期目標值的現象屢有發生。

4）圖紙的設計錯誤率指標。施工圖為工程項目外部形狀，全體構造、材料作法以及施工和設備等要求的圖形樣板。施工圖的特點是具有圖紙完備、詳細要求、表明精確，是系統施工圖估算、工程施工和施工布局設計的根據，也是進行技術約束的首要技術性文件。

2 Fuzzy-AHP主觀評估方法

為證實自動測試系統的優越性，采用了多準則決策的評估方法，計算各評價指標的模型后通過主觀評價法來評估系統。

AHP法是由美國的學者T.L.Saaty在1970年提出的一種綜合評價方式，旨在用于解決多個目標和層面的問題。判定矩陣的一致性檢驗比較繁難是層次分析法較大的缺陷，于是提出了模糊層次分析法（Fuzzy-AHP）。Fuzzy-AHP是將層次分析法和模糊法結合起來的以決策要素剖析為方案、目標和標準的一種決策方法。它的指標主觀權重確定步驟如下：

步驟1：三角模糊函數：

式中，s表示m的下限；u表示m的上限，s?m?u，s和u表示的意義是評價指標的模糊程度，u-s越大，模糊程度越高，反之亦然。因此通過將評價指標模糊判定后，就得到了相應的三角模糊判斷矩陣A=［aij］，如圖2所示。

圖2 模糊三角函數分布

步驟2：構建模糊判斷矩陣A。A=［aij］，aij的賦值大小參考文獻［17］。

步驟3：指標無量綱化，構成指標矩陣X：

鑒于各評價指標數值量級差和量綱的不同，故需進行指標無量綱化處理。去指標的量綱化可使用向量規范法實現，見式（3）：

其中式（3a）是極大型指標無量綱化；式（3b）是極小型指標無量綱化。

我在廬山親眼見到蔣介石。1947年夏天，我坐在牯嶺街家中二樓窗前，見蔣介石從東谷過來，他披一件黑色斗篷，有幾個便衣警衛跟隨，沿臺階走上來，經過我家門前，沒有前呼后擁，也沒人在意。我心里恨恨的，覺得就是這個人，把中國搞得一團糟。

步驟4：確定評價指標的模糊評估矩陣Ri=［rij］n×m。其中，rij表示評價因素集中第i個因素與評語等級集V中第j個等級Vj的隸屬程度。

步驟5：求矩陣A的最大特征值λmax，所求指標的權值比為其特征向量的歸一化：

步驟6：一致性檢驗見表2。衡量A一致性的指標CR可表示為：

式中，n為A的階數；γn為A的階數所對應的修正值，其取值可參考表1［17］。如果CR＜0.1，則證實其可接受一致性檢驗；反之，則對子目標再度進行判定，直到A通過一致性檢驗。

表1 對應n的γn值

3 指標權重計算與評估分析

指標系統的建立如圖1所示，首先對各指標的權重利用基于Fuzzy-AHP法進行計算。然后，對各系統的定性指標使用TFN的方式進行量化。在量化定性指標后，需對其實施規范化處理，將所有極小型指標采用式（3）轉換成極大型指標。同時指標層使用Fuzzy-AHP進行全體評估賦權，得到準則層對指標層的矩陣。準則層和指標層的判斷矩陣和主觀權重值見表2～表4。表5是所有指標的模糊參數值。

表2 準則層主觀權重

表4 指標層主觀權重

表5 評價指標參數

通過計算結果歸一化以及一致性檢驗后，得到各指標人工測試和自動測試的主觀權重值。

準則層A1～A5的人工測試和自動測試主觀權重值比較如圖3所示。指標層X1～X5的人工測試和自動測試主觀權重值比較如圖4所示。指標層X6～X9的人工測試和自動測試主觀權重值比較如圖5所示。

圖3 準則層A1～A5主觀權重值

圖4 指標層X1～X5主觀權重值

圖5 指標層X6～X9主觀權重值

由表3可知，設備接線投運前檢查回路是發現錯誤、設備缺陷的重要手段，但其繁多、工作復雜且容易出錯、工作時間長，是一項工作量龐大的任務。采用具有通用性強、使用操作便捷的自動測試程序系統智能接線，不僅能讓設備正常工作，還顯著提升測試的效率，有效縮短工作時長。根據初步統計，大概可以提升效率5～7倍，實現自動測試系統的高效性。

表3 指標層主觀權重

表4～表5中，技術是關鍵，人工測試中過分依賴個人能力、操作人員對測試工作的熟悉度、知識水平等有效降低人工測試中的潛在隱患。因此，測試人員的知識程度在人工測試中起到很重要的作用。雖然自動測試總體上優于人工測試，但是自動測試系統沒有測試報告分析功能，測試報告分析只能靠人來完成，自動測試往往也離不開工作人員的輔助。

由圖6可知，自動測試權重值大于人工測試，表示自動測試優于人工測試，但是人工測試的權重也保持較高的比例。自動測試的準確性往往高于人工測試。當人工進行重復的測試項目時，容易導致測試人員疲勞而使測試的錯誤率明顯增大，影響測試的質量。如果應用自動測試方法，測試程序按預設定的方案進行測試，甚至重復工作，確保測試數據正確。綜合評價，總體的測試操作較以往自動測試操作更簡單便捷、連續，減少了現場調試操作。

圖6 不同測試總評價值

4 結束語

本文將繼保裝置的人工測試和應用自動測試兩者進行評價比較，指出自動測試程序系統的創新性和優越性。

從評價結果可知，自動測試系統更加快速，并能夠連續工作。測試時，不僅快速、連續、高效，還對測試數據準確度要求高。對不同系統的性能，設備技術熟練，運行時基本不會出現錯誤，能保證電網安全穩定運行。與人工測試評估結果進行對比分析，自動測試系統能夠滿足實際使用需要。但是，自動測試往往離不開人工測試的支撐和幫助，兩者互補是保護的最終目的。