保護動作擴大化行為分析系統(tǒng)的研究與建立

摘 要：繼電保護裝置是電力系統(tǒng)的重要組成部分，保護裝置是否正確動作對保證電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行，防止事故發(fā)生和擴大起到關(guān)鍵性的決定作用。文章主要介紹通過對220kV變電站內(nèi)設(shè)備中的一個保護設(shè)備動作，擴大化分析該站內(nèi)所有的保護設(shè)備，辨別動作的保護與相鄰保護的動作情況、各動作保護的邏輯關(guān)系、所動作保護是否存在擴大化影響，并形成站內(nèi)或多個變電站內(nèi)部保護動作實時展示，全面反映事故場景，使得管理人員能夠快速梳理動作誘因及主次順序，提升保護設(shè)備運維管理水平。

關(guān)鍵詞：繼電保護裝置；電力系統(tǒng)；保護動作擴大化；220kV變電站

1 概述

隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模日益擴大，電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加復雜，提高電力系統(tǒng)的安全運行水平顯得尤為重要。繼電保護裝置是關(guān)系到電網(wǎng)安全可靠運行的重要設(shè)備，是電力系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分，保護裝置是否正確動作將直接影響到整個系統(tǒng)是否安全穩(wěn)定的運行。

繼電保護裝置在被保護的電氣設(shè)備，如母線、變壓器、線路等發(fā)生故障時，通過采集故障量進行分析判斷，當故障量滿足繼電保護裝置的動作條件時，就會動作，動作的結(jié)果按照預先設(shè)定的動作邏輯，對被保護設(shè)備發(fā)出各種命令，如跳閘、重合等。由于電力系統(tǒng)的特殊性，電氣故障的發(fā)生是不可避免的。一旦發(fā)生局部電網(wǎng)和設(shè)備事故，而得不到有效控制，就會造成對電網(wǎng)穩(wěn)定的破壞和大面積停電事故。

2 繼電保護動作行為分析的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的繼電保護動作行為分析方法主要有繼電保護測試儀和電力系統(tǒng)繼電保護動模實驗，但是這些分析方法主要集中在動作的正確性和及時性驗證，并且分析主體為一個保護設(shè)備，基于設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系及動作情況進行保護動作擴大化分析的相關(guān)研究暫時無正式文獻報道。

3 系統(tǒng)設(shè)計

針對以上繼電保護動作行為分析的現(xiàn)狀，通過SOV架構(gòu)及平臺數(shù)據(jù)共享技術(shù)、J2EE、B/S架構(gòu)和SUV圖形技術(shù)等，文章研發(fā)了保護動作擴大化行為分析系統(tǒng)，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

為完成保護動作擴大化行為分析系統(tǒng)的開發(fā)，有下面幾個關(guān)鍵問題。

（1）確定相鄰保護原則：保護動作擴大化分析主要針對220kV變電站內(nèi)設(shè)備一個保護設(shè)備動作，就分析該站內(nèi)的所有設(shè)備的保護設(shè)備；若是輸電連接線路的線路保護和斷路器保護動作，擴大分析到對側(cè)變電站的線路保護和斷路器保護動作情況、母線保護、主變壓器保護。（2）數(shù)據(jù)接口：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)接口：與故障信息主站接口，接入變電站、保護設(shè)備等基本信息其中涉及到基本數(shù)據(jù)庫表若干個庫表。（3）保護動作數(shù)據(jù)接入：與故障信息主站接口，接入變電站各個保護設(shè)備最新定值設(shè)置信息、保護設(shè)備實時動作事件信息、故障錄波器啟動后記錄故障前、后過程的各種電氣量等信息，其中涉及到基本數(shù)據(jù)庫表若干個庫表。（4）召喚保護數(shù)據(jù)接入方式：與故障信息主站接口中沒有的實時保護數(shù)據(jù)，采用遠程命令召喚的方式處理。召喚的數(shù)據(jù)依然寫入到故障信息主站系統(tǒng)內(nèi)。召喚成功后再以數(shù)據(jù)已經(jīng)存在方式再接入使用。（5）清洗整理接口數(shù)據(jù)：與故障信息主站接入數(shù)據(jù)后，首先對需要的信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行校對確認，將導入的無效數(shù)據(jù)、信息不完善數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)已經(jīng)退運的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)清洗過濾掉。保證導入的基本數(shù)據(jù)與當前變電站正常運行的設(shè)備信息完全吻合準確。針對故障信息主站導入的信息進行過濾整理清洗，既要保證數(shù)據(jù)記錄總數(shù)正確，也要保證每條數(shù)據(jù)最新性和有效性。防止導入數(shù)據(jù)中存在無效數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)已經(jīng)退運的數(shù)據(jù)。

4 系統(tǒng)功能

4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

主要包括220kV變電站信息、220kV變電站一次設(shè)備信息、220kV變電站保護設(shè)備信息。

4.2 拓撲結(jié)構(gòu)

主要包括220kV變電站網(wǎng)絡(luò)關(guān)系和保護設(shè)備鄰接關(guān)系。其中，護設(shè)備鄰接關(guān)系以220kV變電站內(nèi)保護設(shè)備與主變壓器、輸電線路進出線間隔的保護對應(yīng)關(guān)系為基礎(chǔ)，再以輸電線路與相鄰變電站連接關(guān)系，確定保護設(shè)備鄰接關(guān)系，便于為后續(xù)保護擴大化分析提供拓撲關(guān)系。

4.3 圖形數(shù)據(jù)

主要包括220kV變電站網(wǎng)絡(luò)圖和220kV變電站主接線圖。采用SVG圖形技術(shù)展示變電站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖和設(shè)備主接線圖。

4.4 數(shù)據(jù)接口

主要包括信息主站保護設(shè)備數(shù)據(jù)接入、信息主站故障錄波器數(shù)據(jù)接入、變電站SCADA測控數(shù)據(jù)接入。

5 擴大化分析

5.1 擴大化分析動作狀態(tài)

主要分析220kV變電站內(nèi)220kV和110kV電壓等級設(shè)備的保護設(shè)備動作情況，動作情況大致分為三種狀態(tài)：正確動作、該動未動、不該動而動。

5.2 擴大化分析依據(jù)

依據(jù)主要是故障信息主站保護設(shè)備實時的保護動作事件、故障簡報、保護設(shè)備定值數(shù)據(jù)、故障錄波器記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況數(shù)據(jù)、SCADA測控數(shù)據(jù)。

5.3 擴大化分析過程

若220kV變電站內(nèi)某個輸電線路設(shè)備的一個保護設(shè)備動作，則擴大化分析過程如下：

根據(jù)相鄰保護原則分析該站內(nèi)所有同電壓等級間隔的保護設(shè)備動作情況。

分析該變電站所有與相鄰變電站連接輸電線路對側(cè)終端保護動作情況，若存在電廠輸電情況，分析連接終端保護動作情況。

分析該變電站兩個主變壓器兩套保護動作情況。

分析該變電站的母差保護動作情況。

分析時調(diào)用該保護設(shè)備當時動作情況數(shù)據(jù)信息與該保護設(shè)備保護定值進行對比。

分析時調(diào)用該保護設(shè)備當時動作情況與故障錄波器當時記錄故障前、后過程的各種電氣量的數(shù)據(jù)信息對比。

分析時調(diào)用該保護設(shè)備動作情況與SCADA設(shè)備當時測控數(shù)據(jù)對比。

分析時如果保護設(shè)備實時數(shù)據(jù)不能調(diào)取到，通過命令方式召喚當時的數(shù)據(jù)，在召喚成功后在通過數(shù)據(jù)接口得到當時數(shù)據(jù)。

若220kV變電站內(nèi)發(fā)生母差保護動作，則擴大化分析過程如下：（1）分析所有在該母線上連接的輸電線路的保護是否啟動。（2）分析主變壓器的保護設(shè)備是否啟動。

5.4 擴大化分析結(jié)論

根據(jù)相鄰保護原則，將動作保護相鄰的所有保護當時的狀態(tài)都以不同顏色預警或顯示：正確動作的保護顯示為綠色、不該動而動作的保護顯示為紅色、該動而未動的保護顯示藍色。

6 結(jié)束語

對保護動作擴大化行為分析系統(tǒng)的研究與建立項目的成功實施，形成了站內(nèi)或多個變電站內(nèi)部保護動作實時展示，全面反映事故場景，為管理人員快速梳理動作誘因及主次順序提供強有力技術(shù)支撐工具，全面提升保護設(shè)備運維管理水平。