繼電保護及故障信息管理系統在電廠中的應用

王智濤

(華能技術經濟研究院，北京市，100023)

0 引言

為了適應目前國內經濟的迅猛發展和日益增長的電力需求，國內各大發電企業都加快了對電廠的建設與擴容，全國的裝機容量得到了快速增加;根據國務院“上大壓小”的政策精神，電力企業向著大容量、大機組、大電源點的方向發展;為了滿足節能環保的要求，發電企業普遍加大了對脫硫、脫硝等節能環保技術手段的關注，大量的節能環保設備被應用到了電廠;隨著發電企業的競爭日趨激烈，對發電成本的控制和要求更加嚴格，也使得各種節能降耗設備與技術得以應用。

由于以上這些原因，電力設備大量增加，電廠自動化水平進一步提高，各類微機保護、自動裝置、故障錄波器以及綜合自動化設備被普遍采用，保護設備數量和類型都相應增加，而對這些保護設備的要求卻更高、管理更加復雜。因此，設計與搭建集繼電保護、自動裝置、故障錄波器等設備的數據采集、計算分析、維護管理于一體的繼電保護及故障信息管理系統是非常必要的［1］。

本文研究了繼電保護及故障信息管理系統在電廠中的應用。針對電廠繼電保護設備的特點，基于上海許繼的智能型繼電保護及故障信息處理系統(IPOFAS)［2］，開發與設計了一套適應于電廠的繼電保護及故障信息管理系統。該系統的運行不僅大大節省了人力成本，而且提高了電力設備的穩定性與電廠系統的安全性。

1 故障信息管理系統

繼電保護及故障信息管理系統主要對系統內的各種保護裝置進行監視、控制和管理，提供為保護裝置服務的計算、分析等功能，并對保護裝置提供的信息進行綜合分析與利用。該系統的搭建將從整體上提升電力系統繼電保護的信息化、智能化水平，使保護裝置運行、管理的各個環節實現“可控”與“在控”，實現繼電保護專業的管理現代化，如圖1所示［3-4］。

圖1 系統結構圖Fig.1 Configuration of relay protection and fault information management system

但是，目前所搭建的繼電保護及故障信息管理系統都是圍繞電網系統的保護裝置進行開發。主要研究的方向也是針對變電站、電網輸電等系統的各種繼電保護設備，鮮有針對電廠設計的繼電保護及故障信息管理系統［3-5］。

然而，隨著電子技術、計算機技術、通信技術在電廠的廣泛應用，電廠的自動化水平和信息化水平大為提高。為了確保電廠系統的安全與穩定，電廠內各類繼電保護裝置的信息采集、分析與管理變得越來越重要和緊迫。

2 電廠繼電保護特點

電廠繼電保護與電網繼電保護的特點和側重點有一定的區別［6］。電廠內繼電保護除了線路保護部分，還包括發電機、變壓器、電動機、變頻器等主設備保護，保護種類與類型復雜。大量新型微機保護、錄波器等設備被應用到電廠，智能化水平進一步提高，同時也要加強對這些設備技術圖紙、安裝說明、保護定值等的學習與管理。任何設備的保護拒動或誤動都將引起系統的振蕩，保持繼電保護裝置運行正常、加強巡檢力度必不可少。每年機組大小修期間，各種設備的保護校驗工作十分重要而艱巨。由于會出現機組非停、調停、檢修等情況，電廠的運行方式和系統結構經常發生變化。設備的定值整定計算方法和思路與電網相差較大。

目前，國內繼電保護及故障信息管理系統基本上都是針對電網系統開發的，缺少針對電廠開發該系統的經驗。本文設計的針對電廠搭建的繼電保護及故障信息管理系統基于I-POFAS的框架，結合電廠運行人員、檢修人員實際經驗，真正實現了需求與功能同步、理論與實踐最優結合。

3 電廠故障信息管理系統的實現

3.1 系統分析

基于電廠一次主接線圖和各臺機組二次接線圖的結構，繼電保護及故障信息管理系統設計的基本原則是將電廠內所有微機保護裝置、故障錄波器、智能電度表、電氣PLC裝置等設備全部納入到系統中，并在此基礎上對采集上來的所有數據進行深入、充分的整理分析，進而為電廠電氣系統，尤其是繼電保護專業的技術管理監督工作提供強有力的技術支撐，使電廠電氣專業技術管理水平提高到一個新的高度。

根據主要的職責與功能的不同和I-POFAS系統的框架設計要求，該系統由主站和子站2部分構成，主站、子站和保護裝置之間采用以太網組網，并采取必要的網絡安全措施。

主站系統由保護及錄波故障信息系統和保護及錄波設備管理運行系統組成，除了采集各故障錄波器錄波信息及微機保護等設備的相關信息外，還作為繼電保護及故障信息系統信息發布平臺對各種保護信息提供瀏覽與查詢功能。

由于該系統采集的保護裝置數量較多，數據流量較大，若全部直接匯集于主站，可能會影響主站的運行速度，因此子站系統分為一級子站和二級子站。二級子站主要功能是通過信息采集裝置將保護和錄波裝置的信息向一級子站傳送;一級子站不僅采集部分保護裝置的信息，還同時接收二級子站上傳的信息，最終將所有信息匯總后傳輸到保護主站。

3.2 結構設計

電廠繼電保護及故障信息管理系統的主站結構如圖2所示。

繼電保護及故障信息管理系統主站是一個對電氣系統故障信息進行采集、傳輸、處理、分析的分布式、準實時系統;對所有采集到數據庫服務器中的數據進行管理、開發，并且維護系統的正常運行。主站系統具備子站系統接入、公共數據服務接口等基本能力，在此基礎上，建立繼電保護故障信息系統的應用功能。無論該系統出現何種情況，絕對不會影響繼電保護、故障錄波器以及其他系統的安全、可靠及獨立運行。

圖2 主站系統結構Fig.2 Configuration of master system

一級子站采用PC機管理子站內所有采集上來的保護及故障錄波裝置信息，并通過遠方通信功能將整理后的信息傳送到主站系統。子站系統結構如圖3所示。

一級子站能夠完成與子站內微機保護裝置、故障錄波器、智能電度表、PLC裝置的通信，包括與各種裝置間通信規約的轉換，并且與現有設備之間可以采用原有裝置支持的通信規約;能通過GPS對時卡接收全廠GPS系統的對時信號校時，并對二級子站所帶的保護設備通過網絡方式進行校時;具有良好的可維護性，各部件都具有自檢和聯機診斷校對能力。子站所有功能的實現都不會影響保護設備的安全和穩定運行。

二級子站的主要任務是采集、處理各保護裝置的內部數據并上傳到一級子站，功能相對簡單，這里不再贅述。

綜上所述，繼電保護及故障信息管理系統不僅能滿足故障情況下對故障信息的快速采集、傳送和分析應用，而且能夠實現日常運行中對微機繼電保護和故障錄波器的監測功能。系統的設計同時考慮運行值班人員、繼電保護人員、保護管理人員的需求，真正提升了電廠工作中的科學引導、全面分析和安全可靠等能力。

4 故障信息管理系統評價

電廠搭建的繼電保護及故障信息管理系統經過了一段時間的實際運行和檢驗，一切運轉穩定可靠。該系統既滿足了故障情況下對故障信息的快速采集、傳送和分析應用，又實現了日常運行中對微機繼電保護裝置和故障錄波器的檢測功能。

系統的主要特點有以下幾個方面:

具有良好的人機交互界面，實時顯示電廠一次系統主接線圖中主設備的狀態。

智能化的數據采集、整理和歸類管理能力，大大減輕運行人員實地抄表工作。

圖3 子站系統結構Fig.3 Configuration of substation system

能及時得到保護動作信息，接收并顯示事件詳細信息和故障簡報，為運行人員的決策提供有力的依據。

故障保護事件實時通知，使檢修人員第一時間到達事故現場，節約搶修時間。

通過保護對時，可以將故障時刻下的各臺發電機機、電動機、變壓器等主設備的數據提供給檢修人員，便于故障分析與定位。

信號復歸、定值召喚等功能為繼電保護設備的大、小修后的恢復提供了便利與安全保障。

同時系統可以在以下幾個方面進行完善研究:

缺乏針對電廠設計繼電保護及故障信息管理系統的經驗，照搬電網繼電保護的設計思路具有很大的局限性。

對于電廠主要設備，如發電機，應該建立基本的故障診斷專家系統。

應該建立良好的擴展功能，具備便捷的接入接口，如設備的更新換代、系統的擴展等。

電廠與電網的故障信息管理系統相互結合，使得電力系統故障定位更加準確、分析更加科學。

5 結語

基于I-POFAS的思路與框架，本文針對電廠繼電保護系統的特點設計出了一套繼電保護及故障信息管理系統方案。該方案不僅緊扣發電企業特點、節約人力成本、大大減少了設備故障發生幾率和故障恢復時間，而且該系統的運行有效的提高了電廠系統的安全穩定性，并對系統的經濟運行方式有一定的指導作用。

［1］劉清瑞.繼電保護與故障信息管理系統的結構、功能及其實現［J］.電力自動化設備，2004(4):93-96.

［2］上海許繼I-POFAS保護及故障信息處理系統［J］.繼電器，2005(23):1-4.

［3］燕京，陳政.電網繼電保護及故障信息管理系統設計［J］.電力自動化設備，2006(12):85-89.

［4］高湛軍，潘貞存，卞鵬等.繼電保護及故障信息管理系統的應用數據模型的構建［J］.繼電器，2005(2):50-53.

［5］段慧明，宿昌，齊歡等.電網故障信息處理及控制系統的設計與應用［J］.電力系統自動化，2004，28(1):94-96.

［6］王維儉.電氣主設備繼電保護原理與應用［M］.中國電力出版社，2001:70-71.