0 引言
對(duì)二次回路故障識(shí)別進(jìn)行研究具有重要的背景和意義［1-2］。一方面，傳統(tǒng)的二次回路故障識(shí)別方法存在著準(zhǔn)確性不高、靈敏度低等問(wèn)題，亟需改進(jìn)和優(yōu)
化［3］。另一方面，隨著智能變電站技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，二次回路故障識(shí)別的研究也需要與時(shí)俱進(jìn)，以適應(yīng)新的功能要求和環(huán)境變化［4］。因此，對(duì)二次回路故障識(shí)別進(jìn)行研究可以提高智能變電站繼電保護(hù)系 統(tǒng) 的 可 靠 性 和 效 率，保 障 電 力 系 統(tǒng) 的 安 全 穩(wěn) 定運(yùn)行。
鄭浩等學(xué)者［5］ 在分析報(bào)警信息時(shí)間序列特征、變電站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、繼電保護(hù)設(shè)備定位及操作信息的基礎(chǔ)上，研究了基于時(shí)間序列特征的電力系統(tǒng)故障檢測(cè)技術(shù)。Forcan 等人［6］ 提出了一種新的基于故障期間線(xiàn)路電流相位角變化的檢測(cè)的備用繼電保護(hù)方案?；诠收掀陂g線(xiàn)路電流相位角變化的檢測(cè)。使用繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)室對(duì)故障電流信號(hào)進(jìn)行識(shí)別和測(cè)試。為進(jìn)一步優(yōu)化故障識(shí)別精度，研究一種新的智能變電站繼電保護(hù)二次回路故障識(shí)別方法。
2 方法設(shè)計(jì)
2. 1 故障分析
智能變電站中的繼電保護(hù)裝置通過(guò)采集電流、電壓等信號(hào)，并經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臏y(cè)量和處理，*終實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的快速保護(hù)。對(duì)繼電保護(hù)二次回路故障識(shí)別的必要性和關(guān)鍵性在于以下幾個(gè)方面。繼電保護(hù)二次回路是保證電力系統(tǒng)運(yùn)行安全的重要環(huán)節(jié)，如果二次回路發(fā)生故障而無(wú)法及時(shí)識(shí)別，會(huì)導(dǎo)致延誤甚至失效的
情況發(fā)生，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。此外，隨著智能變電站的不斷發(fā)展與應(yīng)用，繼電保護(hù)二次回路的功能要求也在不斷提高。因此，對(duì)繼電保護(hù)二次回路的故障進(jìn)行識(shí)別研究。
繼電保護(hù)二次回路現(xiàn)場(chǎng)圖和結(jié)構(gòu)如圖1所示。
繼電保護(hù)二次回路故障可以分為**類(lèi)別和二級(jí)類(lèi)別。具體如表1所示。
**類(lèi)別包括：
a. 電氣接觸**：包括連接器松脫、接頭松動(dòng)等問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)傳輸不暢或中斷。
b. 電源故障：例如供電電源失效、電源短路等，會(huì)導(dǎo)致二次設(shè)備無(wú)法正常工作。
c. 信號(hào)失真：主要是由于電纜損耗、干擾等原因?qū)е碌男盘?hào)失真，影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
d. 短路故障：指二次回路中存在電流突變、電阻 減 小 等 情 況，可 能 導(dǎo) 致 對(duì) 故 障 的 正 確 判 斷 出 現(xiàn)偏差。
e. 開(kāi)路故障：指二次回路中存在電流中斷、電阻增大等情況，可能導(dǎo)致無(wú)法正常采集信號(hào)。二級(jí)類(lèi)別包括：
a. 溫度過(guò)高：二次設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間工作導(dǎo)致溫度升高，可能引發(fā)故障。
b. 濕度過(guò)高：濕度超過(guò)設(shè)備限制值會(huì)導(dǎo)致絕緣性能降低，從而產(chǎn)生故障。
c. 絕緣擊穿：絕緣介質(zhì)受到電壓過(guò)高或過(guò)快變化的影響，從而導(dǎo)致絕緣擊穿，引發(fā)故障。
d. 震動(dòng)或振動(dòng)：二次設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中遭受外部震動(dòng)或振動(dòng)可能引起連接松動(dòng)、接觸**等問(wèn)題。
e. 電磁干擾：來(lái)自電力系統(tǒng)或其他設(shè)備的電磁干擾可能導(dǎo)致二次回路信號(hào)的干擾和失真。
識(shí)別并及時(shí)處理上述故障非常重要。**類(lèi)別故障直接影響到二次回路數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，可能導(dǎo)致誤操作；而二級(jí)類(lèi)別故障則是由環(huán)境因素引起，
如果不及時(shí)解決，可能進(jìn)一步加劇二次設(shè)備的損壞，甚至影響整個(gè)繼電保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，對(duì)于繼電保護(hù)二次回路故障的識(shí)別和處理非常必要。
2. 2 二次回路故障信號(hào)去噪
本節(jié)先利用 DIgSILENT PowerFactory 軟件構(gòu)建智能變電站的仿真模型。收集智能變電站的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括變電站的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、設(shè)備參數(shù)、電源系統(tǒng)數(shù)
據(jù)等。在仿真軟件中創(chuàng)建相應(yīng)的電力系統(tǒng)模型，包括輸電線(xiàn)路、變壓器、發(fā)電機(jī)、繼電保護(hù)裝置等。根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置系統(tǒng)各元件的參數(shù)，并將智能變電站的控制策略和算法編程實(shí)現(xiàn)。利用該模型可模擬不同的工況和故障情況。智能變電站模型如圖2所示。
依據(jù)上述構(gòu)建的智能變電站模型，模擬全部二次回路故障類(lèi)型，獲取二次回路故障信號(hào)。但是這些信號(hào)往往含有較多噪聲。這些干擾和噪聲可能來(lái)自于電
力系統(tǒng)本身或外部環(huán)境。如果不進(jìn)行去噪處理，直接使用原始信號(hào)進(jìn)行故障識(shí)別，會(huì)引入假警報(bào)或誤判的情況。干擾信號(hào)可能與真實(shí)故障信號(hào)相似，會(huì)混淆識(shí)別結(jié)果，導(dǎo)致錯(cuò)誤的故障判斷和保護(hù)動(dòng)作，影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。其次，噪聲還可能掩蓋或模糊故障信號(hào)的一些重要特征。例如，在高頻噪聲的影響下，故障信號(hào)的形狀和幅值可能發(fā)生變化，導(dǎo)致難以準(zhǔn)確識(shí)別故障類(lèi)型、定位故障位置等。
此研究選用小波閾值去噪方法實(shí)現(xiàn)二次回路故障信號(hào)的去噪。小波閾值去噪方法基于小波變換，將小波系數(shù)與一個(gè)閾值進(jìn)行比較。根據(jù)設(shè)定的閾值，可以
選擇保留較大系數(shù)以減小信號(hào)中的噪聲成分。設(shè)定故障信號(hào)表達(dá)式為：
Q ( x) = U ( x) + λ × γ( x) （1）
式中，Q ( x)表示的是二次回路故障信號(hào)；U ( x)表示的是原始二次回路模擬狀態(tài)下輸出信號(hào)；λ表示的是高斯白噪聲強(qiáng)度；γ( x)表示的是高斯白噪聲。利用小波閾值去噪方法實(shí)現(xiàn)二次回路故障信號(hào)去噪的步驟如下：
（1） 選擇小波基：首先，選擇適當(dāng)?shù)男〔ɑ瘮?shù)。常用的小波基函數(shù)有 haar、db4、sym8等，選擇合適的小波基取決于信號(hào)的特征和去噪需求。
（2） 計(jì)算閾值：計(jì)算軟閾值和硬閾值。
（3） 應(yīng)用閾值：將計(jì)算出的閾值應(yīng)用到小波系數(shù)上，通過(guò)保留大于閾值的系數(shù)來(lái)抑制噪聲。
（4） 調(diào)整閾值參數(shù)：根據(jù)評(píng)估結(jié)果，如果需要進(jìn)一步改善去噪效果，則可以適當(dāng)調(diào)整閾值參數(shù)，并重新執(zhí)行步驟4到步驟6，直到達(dá)到滿(mǎn)意的去噪效果。
二次回路故障信號(hào)消噪效果如圖3所示。
如圖3所示，小波閾值去噪方法能夠去除二次回路 故 障 信 號(hào) 中 的 噪 聲 信 號(hào)，有 效 優(yōu) 化 故 障 識(shí) 別 的精度。
2. 3 故障識(shí)別方法
采用隨機(jī)森林算法對(duì)智能變電站繼電保護(hù)二次回路故障進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別的流程如圖4所示。
利用獲取的信號(hào)數(shù)據(jù)中獲取n個(gè)數(shù)據(jù)，并建立對(duì)應(yīng)的故障標(biāo)簽y：
■■■||||{ y1，y2，y3，. . . ，yn }D1 = {( xn，yn ) }D2 = {( xprimen ，yn ) }（2）
式中，D1、D2 描述的是電流和電壓傳感器分別對(duì)應(yīng)的輸出的電流和電壓；yn代表的是二次回路的 n種故障類(lèi)型。
隨機(jī)森林的故障識(shí)別模型為R (i)：
R (i) = arg max∑i( κ ( x ) - φ) （3）
式中，κ ( x ) 代表的是單個(gè)決策樹(shù)獲得的檢測(cè)結(jié)果；φ代表的是故障目標(biāo)。
3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析
選取一種文獻(xiàn) ［5］ 方法和文獻(xiàn) ［6］ 方法作為對(duì)比方法，利用兩種文獻(xiàn)方法的測(cè)試結(jié)果與研究方法的測(cè)試結(jié)果相對(duì)比，驗(yàn)證研究方法的應(yīng)用有效性。
依據(jù)實(shí)驗(yàn)需求選取HTJB660B型號(hào)六相繼電保護(hù)測(cè)試儀作為主要儀器，其實(shí)物如圖5所示。
以六相繼電保護(hù)測(cè)試儀的輸出結(jié)果作為實(shí)際故障情況，與不同方法對(duì)故障的識(shí)別結(jié)果相對(duì)比，求取識(shí)別誤差 （表格中的數(shù)據(jù)為10次實(shí)驗(yàn)的平均值），結(jié)果
如表2所示：
如表2數(shù)據(jù)所示，在不同故障類(lèi)型下，研究方法的故障識(shí)別誤差明顯更低，充分證實(shí)了提出方法的有效性與可行性。這主要是因?yàn)檠芯糠椒ú捎眯〔ㄩ撝?
去噪方法對(duì)二次回路故障信號(hào)進(jìn)行去噪，可以有效地消除噪聲和干擾，提高故障信號(hào)的質(zhì)量和可靠性。減少了噪聲對(duì)故障識(shí)別算法的影響，增強(qiáng)了算法對(duì)故障特征的提取和區(qū)分能力。
4 結(jié)束語(yǔ)
本研究提出了一種新的智能變電站繼電保護(hù)二次回路故障識(shí)別方法。引入了小波閾值去噪方法，對(duì)故障信號(hào)去噪。然后，采用隨機(jī)森林算法對(duì)智能變電站
繼電保護(hù)二次回路故障進(jìn)行檢測(cè)和識(shí)別。該方法可以提高對(duì)多類(lèi)型二次回路故障的識(shí)別準(zhǔn)確性和精度，有效改善了傳統(tǒng)繼電保護(hù)系統(tǒng)中故障識(shí)別的不足。
