繼電保護及故障信息系統(tǒng)研究

張火良

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司茂名供電局，廣東 茂名525000）

1 繼電保護及故障信息系統(tǒng)概述

電網(wǎng)中包含大量的保護裝置、錄波器及安全自動設(shè)備，二次裝置是復(fù)雜且多樣的，它在保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行、滿足電網(wǎng)運行管理和調(diào)度等多重需要的方面發(fā)揮著重要的作用，為整個電網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸和共享提供了平臺。一般說來，較完善的繼電保護及故障信息系統(tǒng)應(yīng)該包含下列數(shù)據(jù)：（1）電網(wǎng)正常工作時的數(shù)據(jù)。繼電保護及故障信息系統(tǒng)應(yīng)該及時收集和反映電網(wǎng)正常工作時的情況、變電站一次設(shè)備的運行及檢修等情況、變電站二次裝置的運作情況、保護裝置的檢測報告及發(fā)生異常情況的信息等數(shù)據(jù)。（2）故障發(fā)生后的數(shù)據(jù)。繼電保護及故障信息系統(tǒng)應(yīng)該及時收集和反映電網(wǎng)故障信息（如故障發(fā)生的位置、故障錄波器的全過程錄波信息等）。（3）靜態(tài)的繼電保護數(shù)據(jù)。繼電保護及故障信息系統(tǒng)應(yīng)該及時收集和反映其配置情況、操作人員的檔案和工作記錄、相關(guān)的圖紙數(shù)據(jù)等。

2 繼電保護及故障信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸方式

2.1 繼電保護及故障信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

圖1為繼電保護及故障信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，從圖中可知，整個系統(tǒng)包括設(shè)備層（包括故障錄波器、微機保護和GPS等設(shè)備）、子站層（主要是對終端設(shè)備采集到的故障信息進行簡單處理）、通信層（將子站收集和預(yù)處理過的信息上傳給主站層，以便操作人員進行管理）和主站層（包括打印機、調(diào)度工作站、數(shù)據(jù)服務(wù)器和調(diào)度管理系統(tǒng)等，主要是對上傳的各種數(shù)據(jù)進行分析和處理，并通過與其他系統(tǒng)間進行數(shù)據(jù)的共享，來完成操作人員的管理）。

圖1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框架

2.2 繼電保護及故障信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式

由于目前各地電力通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)存在著較大的差異，因此各個商家在開發(fā)繼電保護及故障信息系統(tǒng)時會采取不同的數(shù)據(jù)傳輸方式，但大體上可以劃分為以下2種：（1）系統(tǒng)使用一條通話線路，通過Modem，子站就近接入本地區(qū)的電力行政電話交換機，這樣整個系統(tǒng)可以通過撥號方式傳輸數(shù)據(jù)；（2）系統(tǒng)的主站和子站都采用2M數(shù)據(jù)通道接口，這樣整個系統(tǒng)就可以通過電力數(shù)據(jù)通信專網(wǎng)來對數(shù)據(jù)進行遠程傳輸。

如果采用撥號的方式遠程傳輸數(shù)據(jù)，那么繼電保護及故障信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸所需耗費的時間將會較長，且傳輸過程中容易發(fā)生錯誤，大大降低數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時性。在實際操作中，一旦電力系統(tǒng)發(fā)生故障，繼電保護及故障信息系統(tǒng)就會采集到大量數(shù)據(jù)，這時采用撥號方式就不能迅速且準(zhǔn)確地對數(shù)據(jù)進行傳輸，使得電力系統(tǒng)的故障無法及時得到分析和解決，繼電保護及故障信息系統(tǒng)的作用也就無法實現(xiàn)。因此，目前大多廠家在構(gòu)建繼電保護及故障信息系統(tǒng)時，都會采用2M數(shù)據(jù)通道進行數(shù)據(jù)的傳輸，這樣能夠保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r準(zhǔn)確。

在繼電保護及故障信息系統(tǒng)中，子站將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街髡镜姆绞接袃煞N，一種是子站將數(shù)據(jù)被動上傳給主站系統(tǒng)，另一種是子站將數(shù)據(jù)主動上傳給主站系統(tǒng)。在繼電保護及故障信息系統(tǒng)中，絕大多數(shù)信息都是由子站傳輸給主站的，只有少量訪問信息是由主站傳輸?shù)阶诱镜摹Ｒ虼嗽跇?gòu)建繼電保護及故障信息系統(tǒng)時，要想及時準(zhǔn)確地將子站的數(shù)據(jù)傳輸給主站系統(tǒng)，就必須確保2M數(shù)據(jù)通道具有很高的傳輸速率，對子站流向主站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行優(yōu)化。

3 繼電保護及故障信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)開展步驟和數(shù)據(jù)流程

3.1 繼電保護及故障信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)開展步驟

圖2為繼電保護及故障信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)開展步驟。

圖2 繼電保護及故障信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)開展步驟

（1）轉(zhuǎn)換規(guī)約：由于不同IED裝置會生成格式各異的原始數(shù)據(jù)，此時轉(zhuǎn)換規(guī)約環(huán)節(jié)就會將這些格式不同的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一格式，以便數(shù)據(jù)傳輸和共享，同時保證原始數(shù)據(jù)的完整性；

（2）對子站采集的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理：當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，繼電保護及故障信息系統(tǒng)的子站會采集到大量的原始數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)并非都有用，如果全部上傳給主站，會延長傳輸時間，并增加操作人員的工作量。此時就需要對子站采集到的大量原始數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，剔除冗余數(shù)據(jù)，保留有用數(shù)據(jù)；

（3）對站內(nèi)信息進行分級：本環(huán)節(jié)會對站內(nèi)的大量故障信息進行分類和分級，將整理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至具有不同需求的用戶，這樣才能更好地服務(wù)于各個用戶；

（4）主站對綜合數(shù)據(jù)進行處理：在這個環(huán)節(jié)，主站會對子站收集并上傳的各種故障信息進行分析和處理，對各種保護裝置所采取的行為進行判斷，并且給出故障分析報告；

（5）對各種站內(nèi)裝置進行實時監(jiān)控：在這個環(huán)節(jié)，繼電保護及故障信息系統(tǒng)會對站內(nèi)的各種裝置進行實時監(jiān)控，并將監(jiān)控結(jié)果以文本、圖標(biāo)或曲線的方式顯示給操作人員；

（6）對各種故障信息進行分析，并為操作人員提供決策依據(jù)：在這個環(huán)節(jié)，繼電保護及故障信息系統(tǒng)會對子站上傳的各種故障數(shù)據(jù)進行分析和處理，為操作人員排除故障提供決策依據(jù)，并對各種不同類型的故障進行分類、篩選和總結(jié)；

（7）對各種故障信息進行發(fā)布：在這個環(huán)節(jié)，繼電保護及故障信息系統(tǒng)會對電力系統(tǒng)的各種歷史故障數(shù)據(jù)進行多角度的統(tǒng)計和分析，并最終以Web的形式加以發(fā)布。

3.2 繼電保護及故障信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程

（1）當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生干擾或故障的時候，繼電保護及故障信息系統(tǒng)的保護及錄波裝置就會自動啟動。

（2）保護裝置和錄波裝置啟動后，會采集現(xiàn)場設(shè)備的各種故障數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)通過專業(yè)通道傳輸給子站系統(tǒng)，子站系統(tǒng)會對采集到的數(shù)據(jù)進行分析和判斷，以此來確定電力系統(tǒng)發(fā)生的是干擾還是故障，并將分析后的數(shù)據(jù)和結(jié)果存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。

（3）如果經(jīng)過分析和判斷，子站系統(tǒng)確定電力系統(tǒng)發(fā)生的是故障，那么就會利用各種技術(shù)準(zhǔn)確判斷電力系統(tǒng)發(fā)生故障的時間，同時確定故障線路和類型，然后啟動數(shù)據(jù)壓縮模塊對故障數(shù)據(jù)進行壓縮，并將壓縮后的數(shù)據(jù)傳輸給調(diào)度中心主站系統(tǒng)，再通過對線路故障進行定位和測距，為管理人員提供信息參考。

（4）自動化系統(tǒng)可以將保護動作信息迅速及時地傳輸給調(diào)度中心，調(diào)度中心會對子站傳來的各種壓縮故障數(shù)據(jù)進行解壓縮，并更加精確地判斷故障發(fā)生的元件，啟動多測量測距模塊來對故障發(fā)生的部位進行準(zhǔn)確定位。

（5）經(jīng)過上述步驟后，主站系統(tǒng)會將故障發(fā)生部位、故障設(shè)備模擬量數(shù)據(jù)、故障測距數(shù)據(jù)和電網(wǎng)靜態(tài)數(shù)據(jù)傳輸?shù)健氨Ｗo、開關(guān)動作行為評價模塊”，這個模塊會對各種離散信息進行預(yù)處理，判斷故障發(fā)生時保護、開關(guān)所采取的動作是否恰當(dāng)，并形成完整的報表供操作人員進行決策參考。

4 結(jié)論

未來繼電保護及故障信息系統(tǒng)在開發(fā)和設(shè)計時，要重點考慮如下因素：（1）在一次系統(tǒng)建模時采用IEC61970標(biāo)準(zhǔn)，在系統(tǒng)通訊模型構(gòu)建時采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，這樣能確保應(yīng)用軟件可以在各種不同的平臺上運行；（2）采用分布式結(jié)構(gòu)體系，不僅支持不同的編程語言而且支持不同的操作平臺；（3）保證對象組件的即插即用，這樣不僅能使子站系統(tǒng)連接到任意支持所用標(biāo)準(zhǔn)的主站系統(tǒng)上，而且還能確保不同生產(chǎn)廠家、不同通訊方式的設(shè)備能順利地連接到子站系統(tǒng)中，并且系統(tǒng)功能不受到任何影響。