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一、立項背景 繼電保護是保障電網安全運行的第一道防線。自上世紀80年代微機保護應用以來，歷經多次更新換代，我國繼電保護技術一直處于世界先進水平，為保障電網安全做出了突出貢獻。隨著智能電網的發展、超/特高壓遠距離輸電大通道的建設、區域電網的廣泛互聯和波動性新能源的規模化接入，我國已建成世界上規模最大、結構最復雜的電網。電網的快速發展給繼電保護帶來了嚴峻挑戰： 1、后備保護方面，由于電網結構復雜，運行方式多變，造成后備保護定值更難整定，保護選擇性和靈敏性的矛盾更加突出，保護拒動誤動風險并存。國內已發生多起類似“6.18”西安南郊站，因后備保護靈敏性不足拒動，造成變壓器燒毀的重大事故；國際上屢屢發生的因潮流轉移過負荷，后備保護誤動引發的如美加“8.14”、印度“7.30”等大停電事故，也不斷地對我國電網敲響警鐘。 2、主保護方面，超/特高壓電氣設備結構復雜、線路距離長，短路電流變化大，造成主保護對變壓器匝間短路、線路高阻接地等輕微故障的反應靈敏性下降。“11.22”濟南特高壓泉城站變壓器爆炸正是由于保護對起始發生的輕微故障未能靈敏切除，引起事故擴大，造成了重大人員傷亡和財產損失。 這些問題已成為我國電網安全運行的重大隱患！問題的癥結在于傳統保護僅利用設備自身的電氣量信息，在復雜電網環境下，保護反應的電氣量在故障和非故障間差異變小甚至混疊，依靠定值配合無法保證保護可靠正確動作。不改變傳統保護工作模式，僅對保護判據進行修正或調整定值，只能在一定程度上單方面地解決保護拒動或誤動的問題。 二、發明思路 突破保護僅利用設備自身信息的限制，綜合利用站間保護關聯邏輯量、站域故障全過程電氣量等信息，對后備保護、主保護、系統構成模式進行全面創新，構建“站域集中-站間分布式”新型保護系統。   圖1 技術發明總體思路 三、發明方案 技術發明點1：基于站間邏輯量信息一致性特征的后備保護技術 傳統后備保護既存在對相鄰元件故障反應能力不足，保護拒動的問題，又存在受過負荷和系統振蕩影響，保護誤動的問題。針對上述問題，該項目發明了保護關聯關系在線快速跟蹤和可靠性校核方法；創造性地將故障的空間分布特征映射為站間的保護關聯邏輯量信息，首創了基于站間邏輯量信息一致性特征的后備保護技術，攻克了保護不誤動和不拒動無法兼顧的難題。 發明點1.1：發明了保護關聯關系在線快速跟蹤和可靠性校核方法，為保護可靠利用站間信息奠定了基礎。 快速跟蹤和可靠識別電網拓撲的變化，確定保護的關聯關系，是保護利用站間信息首先要解決的關鍵問題。發明了保護關聯關系在線快速跟蹤和可靠性校核方法，關鍵技術包括：1）提出了基于虛擬阻抗矩陣的保護關聯關系分析方法，創造性地將開關狀態虛擬為支路阻抗并構建節點虛擬阻抗矩陣，在線微調矩陣元素即可實現開關狀態的快速跟蹤，跟蹤時間由秒級縮短至毫秒級，為后備保護快速動作提供了可靠保障；2）發明了電氣量和開關量信息雙重約束的關聯關系可靠性校核方法，首次將電氣量信息引入保護關聯關系識別，通過開關量信息和電氣量信息實時匹配校驗，實現了保護關聯關系的可靠在線校核。 發明點1.2：首創了基于站間邏輯量信息一致性特征的后備保護技術，攻克了保護不誤動和不拒動無法兼顧的難題。 電流元件、方向元件、阻抗元件等保護邏輯量信息，蘊涵著故障方向、故障范圍等故障直接特征，并且信息交互簡單、可靠。根據不同位置保護邏輯量反應故障的差異化特征，發明了基于站間邏輯量信息一致性特征的后備保護技術。關鍵技術包括：1）首次將電網故障的空間分布特征映射為保護邏輯量信息，按近后備和遠后備靈敏性要求設定保護范圍，實現了邏輯量信息與故障分布特征的關聯和匹配，解決了保護強依賴定值的問題；2）首創了基于站間邏輯量信息一致性特征的后備保護技術（如圖2所示）。利用邏輯量對故障反應的交叉重疊特征，根據動作一致性原則，既實現了故障設備的快速準確識別，又從根本上攻克了系統振蕩及過負荷造成保護誤動的難題。 基于站間邏輯量信息的后備保護技術可實現近后備保護全范圍速動，遠后備保護延時由1.5s以上縮短至0.5s以內；在原理上保證了對相鄰元件故障反應的靈敏性，避免了后備保護拒動導致的重大事故發生；不受系統振蕩和過負荷影響，避免了保護誤動引發的連鎖跳閘和系統性事故發生。   圖2 基于站間邏輯量信息一致性特征的后備保護技術 技術發明點2：基于故障模型參數異變特征的主保護技術 現有電氣設備主保護僅反應故障外在表現特征，在變壓器匝間短路及線路高阻接地等輕微故障情況下，外部故障與內部故障特征差異不明顯，易造成保護拒動。為解決上述問題，該項目基于故障的物理本質特征，揭示了故障導致電氣設備模型參數變化的機理，利用故障全過程電氣量信息，構建了可靈敏反應設備參數變化的故障模型，發明了基于故障模型參數異變特征的主保護技術，顯著提升了對輕微故障的反應能力。 發明點2.1：首創了可反應變電站電氣設備參數變化的故障模型，從物理本質上消除了非故障因素對主保護靈敏性的影響。 突破主保護僅反應故障外在表現特征的局限，利用設備故障全過程全相電氣量信息，建立了對故障高靈敏而對非故障不敏感的模型。關鍵技術包括：1）發明了基于線路壓降-阻抗聯合分布的故障網絡模型，建立了線路阻抗、過渡電阻及分布電容壓降之間的幅值、相位關聯關系，創建了僅保留線路阻抗壓降分布情況的故障網絡模型（如圖3所示）；2）發明了基于電壓磁鏈方程的變壓器故障模型，建立了變壓器高、中、低壓各側繞組電壓與主磁鏈、漏磁鏈的等值平衡關系，消除主磁鏈的非線性成分，建立了僅反應漏磁鏈變化的變壓器故障模型（如圖4所示），從原理上擺脫了分布電容電流、負荷電流、勵磁涌流等非故障因素的影響。 發明點2.2：發明了基于故障模型參數異變特征的主保護技術，實現了保護對輕微故障反應能力的大幅提升。 利用站域故障全過程電氣量信息，反應故障前后模型參數的變化情況以及三相不一致程度，發明了基于故障模型參數異變特征的主保護技術。關鍵技術包括：1) 發明了基于阻抗壓降變化特征的線路主保護技術，構建了線路壓降-阻抗參數關聯矩陣，通過實時追蹤矩陣中各元素的變化量以及元素間的差異，準確識別故障線路及故障位置（如圖5所示）；2) 計及CT誤差、變壓器有載調壓對保護的影響，實時計算各相等效漏感參數的突變量及不一致程度，發明了基于等效漏感參數變化特征的變壓器主保護技術（如圖6所示），顯著提升了保護對變壓器輕微匝間短路識別的靈敏性。 基于故障全過程電氣量信息的主保護技術可以做到變壓器匝間短路識別死區由5%降至2%，500kV線路接地故障過渡電阻反應能力由300Ω提升至1000Ω，故障定位誤差由5%下降至1.3%。實現了對電氣設備輕微故障的靈敏切除，可有效避免事故擴大造成的重大人員傷亡和財產損失。 技術發明點3：站域集中-站間分布式新型保護系統 構建基于故障全過程邏輯量、電氣量信息的新型保護系統是對百年歷史繼電保護模式的重大變革，除滿足復雜電網對繼電保護的要求外，還需要考慮工程實現的可行性、應用場景的適用性和運行維護的便利性等重大工程應用問題。該項目首創了站域集中-站間分布式的新型保護系統構成模式，實現了與傳統保護的有機銜接，可靈活組態適用各種電網應用場景；發明了基于時間序列特征和電氣量物理約束的數據校核技術、基于保護關聯關系的數據自適應替代技術，為新型保護系統信息交互提供了可靠保障。 發明點3.1：首創了站域集中-站間分布式的新型保護系統構成模式，奠定了新型保護系統在不同電壓等級電網推廣應用的基礎。 該項目創建了“站域集中-站間分布式”的新型保護系統（如圖7所示），實現了發明點1和2技術的工程推廣應用。關鍵技術包括：1）發明了以間隔為基本單元的站域集中-站間分布式保護構成模式。間隔單元做到“即插即用”，擴展性強，可靈活組態適用各種電網應用場景；站域主機實現對站內信息的融合與優化利用；相鄰站域主機虛擬為變電站間隔單元，實現站間分布對等交互信息。該模式通信鏈路清晰簡捷，易于工程實現；2）發明了新型保護系統與傳統保護的集成與自適應轉化技術。新型保護系統在傳統保護基礎上集成故障全過程信息進化形成，在故障信息缺失的極端情況下仍具備傳統保護功能。新型保護系統可充分傳承傳統保護成熟的運維經驗，實現了與傳統保護之間的有機銜接。   發明點3.2：發明了基于時間序列特征和電氣量物理約束的數據校核技術、基于保護關聯關系的數據自適應替代技術，保證了新型保護系統的可靠性。 基于新型保護系統構成模式，發明了站域、站間信息交互可靠性保障技術，實現了異常數據的實時校核與缺失數據的自適應替代。關鍵技術包括：1）發明了基于時間序列特征和電氣量物理約束的數據校核技術，在線修正異常采樣數據，解決了電氣量在采樣或傳輸中出現畸變而影響保護動作性能的難題；2）發明了基于保護關聯關系的數據自適應替代技術，在間隔單元CT斷線、PT斷線等信息源丟失情況下，通過數據互補重構實現缺失數據的自適應替代，保證了保護功能的完整性，有效提升了保護的可靠 四、創新性成果 該項目攻克了傳統保護不誤動、不拒動無法兼顧的難題，取得了以下關鍵技術突破： 1、基于站間邏輯量信息一致性特征的后備保護技術，保護最長動作時間縮短至500ms以內，徹底解決了遠后備保護拒動，以及受系統振蕩和過負荷影響誤動的問題； 2、基于故障模型參數異變特征的主保護技術，顯著提升了保護對輕微故障的反應能力； 3、站域集中-站間分布式新型保護系統，實現了保護技術在不同電網場景下的廣泛應用。

國家十五科技攻關項目、國家產業化示范工程成果大型能源化工設備工程監測與故障診斷系統 Net-EASY，針對流程工業中的大型旋轉機組如汽輪機組、壓縮機組、發電機組等，進行狀態監測、信號分析、故障診斷、信息積累和遠程維護，捕捉機組的運行隱患，做到機組故障早發現、早診斷和早預防，以消除災難故障，避免嚴重故障，減少一般故障，提高企業生產效益。系統以數據庫和網絡為核心，將狀態監測技術、故障診斷技術以及專家知識等有機結合起來，既解決了設備狀態信息在企業中共享的問題，又促進了專家的專業知識與企業生產實際之間的緊密結合，為設備的運行維護提供了一攬子解決方案。 

開展設備狀態監測與故障診斷可以及時了解和掌握設備的工作狀態，甚至提早期發現故障，找出故障的成因，并預報故障發展趨勢。以往依賴人工經驗，靠五感或簡易儀表進行的常規檢測已不適用。現代設備的狀態監測。分布式在線監測系統采用計算機技術、網絡技術、信號處理與分析技術，形成分布式的監測體系。 該系統重點解決關鍵設備遠程在線監測、設備狀態評價、設備故障診斷等問題。系統采用三層架構的體系，實現遠程異地對設備運行狀態進行監測，自動跟蹤、記錄設備的相關指標，診斷設備可能發生的故障，科學地評價設備狀態，為設備維修和維護提供科學的依據。 系統由多臺計算機通過計算機通訊手段形成一個完整的診斷網絡，每臺計算機分布在不同的場所，可以分別獨立地完成各自的特定功能，同時在邏輯上相互聯系，形成一個監測與診斷整體，給使用者帶來了方便，系統的可擴展性也大大提高。系統的主要功能模塊包括常規在線監測、數據保存（支持三種存儲模式：定期存儲、報警存儲、人工觸發存儲），歷史數據追溯、趨勢分析、監測報表、實時數據采集、故障診斷等功能

采用國際上先進的CORBA技術、智能傳感器技術、現代故障診斷理論對工業生產中的機械、電氣設備進行在線監測，并對其運行狀態進行分析和診斷，通過網絡將監測的信息發送到異地遠程的診斷中心，判定被監測對象的當前的運行狀態，根據所累計的監測對象的歷史監測數據，對其工作狀態進行科學地評估，制訂出合理的維修策略和計劃。 系統特點 1.診斷中心可以利用Internet/Intranet實現異地遠程的設備在線監測和故障診斷。 2.現場監測計算機提供對設備的24小時、365天無間斷監測，并根據設定值進行報警提示。 3.可以對設備的運行工作狀態進行科學的判定。 4.為企業設備的合理維護提供完整地數據保證。 本項目目前已經成功應用于冶金工業現場，并且取得了較好的效果。已經對現場的減速機等設備的故障和缺陷金進行了正確的診斷。

本發明公開了一種差分式脈沖磁體絕緣故障探測裝置，包括第 一探測線圈、第二探測線圈、電阻分壓器、高通濾波器和高采樣率的 示波器；兩個探測線圈均沿脈沖磁體中心軸線設置，一個設于脈沖磁 體內，靠近脈沖磁體上端口，另一個設置在脈沖磁體外；電阻分壓器 的兩個固定端分別與第一探測線圈的正負兩端相連；第二探測線圈的 負端與第一探測線圈信號的負端相連；高通濾波器的輸入正端連接電 阻分壓器的可移動端，輸入負端連接第二探測線圈的正端；兩個探測 線圈與電阻分壓器形成差分結構，對兩個探測信號進行差分處理，并 對輸出信號進行

該項目以基于信息融合的故障診斷技術為背景，研究傳感器故障診斷相對于一般故障診斷的特殊性及其已有的各種方法的內在聯系，建立能夠融合主要診斷方法、具有廣泛適應性的診斷框架體系。主要研究內容包括：故障診斷的對象由單個傳感器變為傳感器系統；故障診斷的技術由單一方法轉變為適應傳感器不同過程的相應方法共同作用；為傳感器故障的在線檢測與信號恢復提供一致的方法；對可能的故障傳感器，利用正常工作的傳感器信息，恢復其性能。

針對特定的故障現象（尤其是隨機故障、間歇性故障等），通過綜合貝葉斯網絡、FMEA、FTA等多種故障分析方法、融合多元故障相關信息（故障現象、故障案例、專家經驗、故障模型等），進行系統深入的故障分析、找出可能的故障原因；利用智能化的方法（如遺傳算法、群智能算法等），結合強度和異常等測試理念，自動生成滿足多目標（如各種覆蓋率、故障現象的匹配度等）的測試用例，借助自主構建的通用嵌入式軟件仿真測試環境，實現故障的快速再現和基于貝葉斯的動態故障定位。 通過智能化的嵌入式軟件隨機故障分析再現與診斷，可以在故障分析、故障再現、故障定位等方面，利用智能化方法進行系統性、啟發式的故障診斷研究，形成一系列的智能故障診斷分析工具包、進而形成嵌入式軟件故障診斷分析專家系統，可有效提高故障診斷與定位分析的效率。

項目是國家科技攻關計劃“先進控制與優化軟件及綜合自動化軟件平臺產業化關鍵技術”子課題，項目在PCS層（過程控制層）與實時信息集成系統的基礎上，實時智能監測與故障診斷專家系統充分利用網絡技術、計算機技術、控制技術、通訊技術以及人工智能技術將分散的PCS層信息進行集成，實現信息管理的智能化。系統實現從已有的PCS層通訊網絡獲得數據，進行高一層次的綜合和處理，進行安全監督、故障診斷和預報，而不改變使用人員已經熟悉的操作程序和規則，因而可達到更好的安全監控與管理的效果。

重點圍繞實施大型機電設備預測性的狀態檢修需要，建立設備狀態劣化監測模型，在線評價設備健康狀態。采用自動邏輯推理的自主故障診斷方法，結合專家人機交互方式進行觀察、推理的人工診斷方式，形成更準確全面的故障原因分析和故障定位。根據狀態評價和故障定位結果，自動給出設備維修建議的方法。利用長期積累的設備試驗、運行、故障前后的各種狀態數據，進行設備狀態劣化模型、故障診斷模型的更新和修正方法。基于Internet的遠程協作診斷機制，遇到疑難問題時邀請多領域專家進行在線會商。可以用于機電設備、水電機組、風力發電機組

本成果來自國家級、省部級科技計劃項目和有重大應用前景的橫向項目，已登記軟件著作權1項，公開發明專利4項，知識產權屬于西南交通大學。該系統通過利用各類傳感器采集供電系統中關鍵設備的狀態數據及服役環境信息，借助信號處理、信息融合及智能推理算法對系統進行故障預測與健康狀態管理，在短時間尺度上進行故障預測與快速診斷、在中時間尺度上進行健康評估與剩余壽命預測、在長時間尺度上進行系統可靠性評估與風險評估，并根據健康狀態制定系統的狀態維修策略，保障軌道交通系統的安全可靠、經濟高效運行。