基于IEC61850保護信息語義結合EMS實時量的故障判別

胡 勇，李玉芳，劉志遠

（1.國電南思系統控制有限公司，廣東 深圳 518000 ；2.銀川電力調度中心，寧夏 銀川 750011）

如何實現電網故障的準確判斷、快速處理，減少事故損失，一直是電網運行部門追求的重要目標之一。保護信息處理系統的目的就是以保護信息為基礎，結合EMS系統的開關量信息，建立智能化的故障判斷系統。即通過分析電網的故障信息和電網的結構，經過一個人工智能推理機制，在電網發生故障后迅速給出故障結論，供相關運行人員參考。

1 問題的提出

保護信息處理系統由多種保護設備信號的采集及相關的處理模塊組成。電力系統在故障情況下，相關的保護設備產生大量的故障信息，運行人員面對這些海量信息難以在短時間內對故障作出判斷。目前大多數變電站綜自系統把開關的狀態信息只送到EMS系統，未送給保信系統，因而EMS系統只知道開關狀態，不知此開關斷開是因為檢修還是故障等原因，而保信系統雖然由保護信息知道可能原因，但也會因無開關最終狀態信息，不能確認是保護檢修還是設備故障，信息彼此孤立。綜合二者信息，便于保信系統確認故障，并通知EMS系統故障結論，是調度系統非常有意義的課題。

2 解決方案

沿用已經成熟的方法進行子站與主站的通信，保護設備關聯到相應的一次設備。基于IEC61850信息語義模型，對保護信息建立語義字典。利用IEC61850在信息建模、語義表達方面的優勢，對子站信息進行語義標注，計算機就能充分理解這些信息，并采取相應的智能算法處理這些信息，對系統故障作出判斷。由于IEC61850主要是面對未來數字化變電站，因此能否使用IEC61850對傳統裝置進行建模和使用IEC61850表達傳統二次設備發出的信息，是本技術方案是否具有可行性的關鍵。

IEC61850信息模型結構具有靈活性，能夠表達豐富的信息，但其做出的語義約定十分有限，并不能滿足傳統信息的需要。為了完整、正確、靈活地表達二次信息，消除歷史上二次信息差異化現象，方案重點對IEC61850建模過程進行統一約束，約束其靈活性；對IEC61850語義字典進行擴展，對缺乏的語義進行約定。具體包括如下方面：

(1) 以功能層次結構(LD/LN/DO/DA)為信息表達方式；

(2) 對IEC61850沒有約定的LN前綴語義進行補充約定；

(3) 對IEC61850作為建模主體的LNCLASS進行了擴展；

(4) 對IEC61850缺少的信息進行DO字典擴充。

這一方案在性質上不僅僅是IEC61850適應國內情況的一種補充，更重要的是對歷史上二次信息的差異性進行歸納整理，并從語義字典的角度進行了一致性約定。如接地距離II段保護動作表示為：[GDS2]PDIS.Op.GENERAl，其中：

(1) 前綴PREFIx：GD，S2表達了接地、II段；

(2) 邏輯節點LN：PDIS表達了距離保護；

(3) 數據對象DO：Op表達了保護動作；

(4) 數據屬性DA：GENERAl表達了三相動作。從而將過去對信號點表轉化為語義體系的約定，使可行性、適應性大大增強。同時計算機也能識別每條語義信息，并根據這些信息所反映的故障電氣量，綜合眾多信息得出故障結論。

基于保護裝置的動作原理、相關繼電器特性以及保護裝置信號的IEC61850語義信息，電網事故分析故障信息系統能實現智能化事故判斷。主站系統將接收到的來自不同子站保護設備或同一子站不同保護設備上送的動作信息作為觸發條件，通過對保護設備的動作語義(IEC61850的語義信息)、信息時間以及保護設備的保護對象，來推理一次設備元件故障的類型。通過對信號進行分析，判斷是否為一個真實電網故障，并對故障的性質進行判斷。對于保護試驗產生的告警和動作信號，如子站沒有投入檢修態，系統將收到全部試驗產生的信號，通過故障信息綜合，對反應實時故障信息進行分析，結合EMS系統返回的開關量狀態信息，由系統軟件判斷是否為真實故障。

斷路器或開關總是與其它一次設備相連，并同處一間隔的。其保護信號可分為3類：保護裝置自檢信息；同間隔其它設備故障信息如跳閘、重合閘等；本身故障信息如失靈、過流等。因此，斷路器保護信號也可作為其它設備故障的輔助判斷，并能確認瞬時或永久故障、記錄故障時重合閘次數。

電網事故分析故障信息系統分析結果顯示的事故信息，能方便直觀地反應該事故的性質：

(1) 保護范圍：區內、區外故障；

(2) 故障類型：接地、相間短路故障，斷線、跨線故障等；

(3) 故障相別：單相、相間或三相故障等；

(4) 出口情況：瞬時、永久故障等；

(5) 重合閘：記錄重合閘次數。

顯示內容還包括發生故障時相關的保護裝置啟動或動作信息，以及相應事件的保護裝置整定值、壓板、開關量等信息。

在故障確認后，綜合歸檔保存在典型故障庫以備查詢。故障發生后，按一次設備命名等規則，將保護動作和錄波數據自動關聯，形成匯總的事故報告。

3 應用效果

下面以銀川電力局川州II線2009-05-03發生的A相接地故障為例,說明系統故障判斷過程。為簡要說明，以大寫字母B，C表示750kV銀川東變電站側和330kV鹽州變電站側，以BC段表示川州II線，如圖1所示。

3.1 故障信息

故障發生在BC段，相關保護發送總信息94條(為說明過程，此處僅列主要反映故障的事件信息):

(1) A站線路保護信號有：接地距離III段保護、縱聯方向保護、零序III段、零序IV段保護啟動等；

(2) B站線路保護信號有：接地距離I段保護、零序I段保護、縱聯零序保護、縱聯方向保護、縱聯距離保護動作等；

(3) B站斷路器L3保護信號有：A相跳閘、重合閘等；

(4) C站線路保護信號有：縱聯零序保護動作，縱聯方向保護動作，縱聯距離保護動作等；

(5) C站斷路器L4保護信號有：A相跳閘、重合閘等；

3.2 故障分析

(1) A端線路保護分析：接地距離III段保護啟動，零序III段、IV段保護啟動說明AB線路外故障；縱聯方向保護動作說明AB或BC內發生故障，而B端L2處縱聯方向保護沒有動作，因此故障不在AB范圍內。

(2) B端線路保護分析：接地距離I段保護動作，零序I段保護動作說明保護范圍內(BC)發生接地故障；縱聯零序保護動作、縱聯方向保護動作、縱聯距離保護動作與對端保護信號共同作用切除故障。

(3) C端線路保護分析：收到對側信號后確認并切除故障，說明在BC范圍內發生單相接地故障。

(4) L3，L4開關信息反映同間隔的線路發生了瞬時故障。

3.3 故障結論

從EMS傳來的實時數據—開關量(L1，L2，L3，L4)狀態信息，確認線路BC段故障截除，與保信系統故障判別一致。

由保信系統綜合分析得出故障結論，送到EMS系統的開關量(L3，L4)狀態信息有：線路BC段在某時間發生單相接地、重合閘1次、瞬時故障。

實例說明，基于IEC61850結合EMS開關量信息的故障判斷在實際應用中的正確性。

4 結束語

保護故障信息分析處理系統的開發和使用，標志著繼電保護專業的技術管理水平上了一個新臺階，為電力系統故障的準確分析、及時處理提供了重要的依據和手段。它的建立，為今后進行繼電保護動作行為智能化分析和仿真，為保護專家系統的建立奠定了基礎。

1 賀家李, 宋叢矩. 電力系統繼電保護原理. 北京: 中國電力出版社, 1994