適應智能調度的繼電保護故障信息系統高級應用研發

張 祎南東亮常喜強焦春雷馮小萍

（1.南京南瑞繼保電氣有限公司，南京 211102；

2.國網新疆電力公司電力科學研究院，烏魯木齊 830011；3.國網新疆電力公司調度控制中心，烏魯木齊 830011）

適應智能調度的繼電保護故障信息系統高級應用研發

張 祎1南東亮2常喜強3焦春雷2馮小萍3

（1.南京南瑞繼保電氣有限公司，南京 211102；

2.國網新疆電力公司電力科學研究院，烏魯木齊 830011；3.國網新疆電力公司調度控制中心，烏魯木齊 830011）

以當前新疆電網繼電保護故障信息系統的應用進行研究、分析的基礎上，針對新疆電網實際情況，提出了新疆電網繼電保護故障信息系統改造及高級應用功能設計方案，并闡述了其關鍵技術及實現方式。以期對新疆電網繼電保護技術人員進行故障分析處理的信息支持和決策起到添磚加瓦的作用。

電力系統；繼電保護故障信息系統；高級應用

“大運行”體系下智能調度技術是智能電網的重要體現，智能調度技術要求對電網運行過程中的狀態和信息實時獲取和流暢傳輸，并將其涵蓋的各個功能系統信息進行高效、精確的綜合處理、深度挖掘，將信息流和業務流高度一體化，有效提升智能分析和決策支持水平［1-2］。為適應智能調度應用，新疆電網現有繼電保護故障信息系統作為智能調度技術的一個功能模塊亟待進行全面改造。要求對繼電保護運行監視、電網故障信息的快速分析和決策應用功能進一步強化，由此本文研究了繼電保護故障信息系統的功能目標、關鍵技術，并制定了高級應用設計方案。

1 系統改造的必要性

1.1 保護故障信息系統改造是安全生產的要求

為達到安全生產的要求，調度端保護故障信息系統改造勢在必行。隨著新疆電網規模的不斷擴大、智能變電站的逐步普及、系統容量不斷增大，新疆電網現有繼電保護故障信息系統存在以下問題:缺少統一的繼電保護專業業務支撐平臺和完整的電網一、二次設備建模，不能充分有效地整合和利用電網數據；保護通信規約、接口種類繁多，接入較為困難；當電網發生故障時，調度人員和繼電保護人員面對海量的各類告警信息，很難對發生的故障做出快速有效辯識，對保護故障信息系統進行維護與改造是“大運行”體系下安全生產的要求。

1.2 保護故障信息系統改造是智能調度技術的要求

特高壓互聯大電網的建設，要求調度業務實現統一協調和精益化分工。為此，新一代智能電網調度技術支持系統（D5000系統）應運而生。D5000系統以先進適用技術為手段，以統一規范和標準為基礎，以標準化建設為著力點，以統一設計、分步實施為原則開展建設［3］。

D5000系統能夠適應各級調度中心的應用需求和系統建設目標的要求，遵循基于組件的面向服務體系結構（service-oriented architecture，SOA）的理念，使其成為調度端各專業技術人員有力的工具和助手［4］。二次設備在線監視與分析應用模塊在D5000平臺上對二次設備建模，接入故障信息子站和聯網錄波器數據，以提高調度對電網運行狀態的整體感知能力，實現二次設備在線監視和故障信息快速整合、傳遞等功能。

2 系統改造的原則及方案

2.1 系統改造原則

本改造工程的總體原則，按照《繼電保護設備在線監視與分析應用提升方案》（調繼【2014】80號）要求基于調度端D5000平臺，建設部署二次設備在線監視與分析功能模塊，通過采集繼電保護、故障錄波器等二次設備的基礎數據，實現調度管理部門實時掌握繼電保護設備運行狀態、及時判斷電網實際故障狀況、有效分析繼電保護動作行為，并提供給智能告警等高級功能應用。

D5000應用建模應采用源端維護方式［5］。系統可通過召喚廠站端已配置好的二次設備模型配置信息完成自動建模，也可通過建模工具實現二次設備模型生成及參數錄入。方案的一次設備建模遵循IEC 61970/CIM標準，以D5000平臺目前已有的一次模型為準，二次設備建模遵循 IEC 61850標準。

當調度端—廠站端之間以 IEC 60870-5-103為主體的DL/T 634.5104協議通信時，可直接通過通信獲取狀態量信息、模擬量信息、定值信息、事件信息以及故障量信息?；谶@些配置信息，再經過必要的轉換，即可形成二次模型。

2.2 系統改造方案

改造前后系統結構示意圖如圖1所示。改造實施工程中，對于新建站，通過Ⅰ區通信網關機或61850通信管理機通過Ⅰ區網絡上送，Ⅱ區故障錄波器直接通過兩套調度數據網上送主站，或一套通過通信管理機一套通過調度數據網直接上送。對于運行站，在已運行的變電站中實現保信子站和故障錄波器單獨組網，將原子站接入Ⅱ區的保信子站網線改到Ⅰ區網絡即可。改造后，原保信子站升級為保護信息采集處理在線監視模塊，這樣有效降低了系統改造的成本，充分利用了原有的硬件平臺設備。

圖1 改造前后系統結構對比

改造后應實現的功能如下:

1）保護信息采集處理在線監視模塊接入。D5000應用通過安全Ⅰ區數據網與廠站端在線監視模塊通信，可直接采集到的實時數據主要有:①二次設備運行狀態信息；②電網故障時保護設備的故障相關信息；③行波測距信息；④保護動作等硬接點信號；⑤模擬量信息；⑥告警、事件信息；⑦定值區、定值、軟壓板信息；⑧保護裝置故障錄波數據；⑨實現繼電保護裝置遠方操作（控制）功能等。

圖2 錄波器聯網方案

2）錄波器聯網接入。D5000應用通過與廠站端錄波器通信，可直接采集到的實時數據主要有:①聯網錄波器錄波簡報；②聯網錄波器錄波文件。錄波簡報、錄波文件遵從對應錄波器提供通信協議上送，D5000直接獲取錄波器的信息。錄波器聯網方案如圖2所示，系統為網絡式故障錄波器聯網系統，其網絡包含了變電站（750kV變電站、220kV變電站、電廠升壓站、新能源升壓站）、調度數據網網絡、地州分站、省調主站。地州分站通過調度數據網分別和變電站內的故障錄波器進行通信，地州分站負責收集故障錄波器的波形數據并格式化成統一格式和形成故障錄波器的接入率和通信率等數據，同時向省調主站轉發所有的數據和解析主站發送過來的命令。省調主站向地州分站轉發跨地區的聯絡線故障數據，方便地州分站進行雙端故障分析。

3）實現二次設備的在線監視和電網故障分析。系統通過采集繼電保護、故障錄波器等二次設備的基礎數據，完成運行監視、二次設備建模、定值管理、遠程控制、信息歸檔、統計查詢、故障分析等功能，便于調度管理部門實時掌握繼電保護設備運行狀態、及時判斷電網實際故障狀況、有效分析繼電保護動作行為。

3 新疆電網繼電保護故障信息系統主要高級應用功能設計

3.1 總體思路

繼電保護故障信息系統高級應用功能設計方案參照圖3中的結構，總體思路如下:

圖3 系統高級應用功能結構示意圖

1）采用IEC 61850、61970標準基礎上的多源全景數據平臺、電網全景建模等技術研制繼保專業統一業務支撐平臺，基于該平臺集成繼電保護專業相關應用功能，提高繼電保護專業管理的一體化、信息化、自動化水平。

2）結合實際的運行經驗和當前需求，研究調度端故障信息系統與前置在線監視模塊中二次設備模型自動檢測技術，實現圖形和模型的免維護，解決系統維護困難的問題。

3）綜合利用繼電保護故障信息系統和EMS系統的各類穩態、暫態數據，實現電網運行的數據分析及故障診斷，輔助調度運行人員和繼電保護人員的日常運行和管理，提高電網的智能化水平。

3.2 電網全景建模技術

以IEC 61970標準為基礎，擴展建立通用保護模型，建立保護裝置與一次設備的關聯關系；建立保護跳閘出口模型；對保護裝置進行了全面的、完整的建模；構建描述保護的通用模型，從繼電保護的原理出發，屏蔽不同保護設備廠家的裝置設計差異，對不同類型保護裝置進行語義和功能上的規范，實現電網一、二次設備的全景建模，解決目前繼電保護故障信息系統模型不完整的問題。

3.3 智能故障分析技術

方案提出基于保護動作鏈的電力系統故障診斷的方法，實現對電網事故的快速分析。根據不同數據的特性，分階式進行故障診斷，方案流程如圖 4所示。

圖4 故障診斷方案流程圖

第一階段快速故障診斷，基于保護動作鏈原理，利用保護動作、開關動作、實時潮流斷面等信息，形成1min故障簡報，定位故障元件，幫助調度運行人員快速定位故障設備。

第二階段故障綜合分析，利用故障錄波聯網文件、保護定值等信息，分析出故障的詳細信息，包括故障位置、故障相別、故障性質、故障電流等，整合為較詳盡的故障報告，幫助繼保人員進行事故的詳細分析。

第三階段為D5000綜合智能告警推送故障信息綜合分析結果，結合第一、第二階段的分析，加入信息篩選模塊功能，通過數據總線將簡報發給與D5000智能告警的通信模塊，并采用按需求上傳簡報模式，簡報中包含詳細內容的鏈接，若調度人員需要簡報中個別信息的詳細內容，能夠很快通過鏈接獲取相關信息，由此實現故障信息快速整合、傳遞功能。

3.4 雙端測距技術

輸電線路發生故障后，繼電保護裝置將切除故障線路，同時需做到快速查找故障點，及時恢復供電?？焖?、準確定位故障能有效縮短故障修復時間，并減輕巡線負擔，提高供電可靠性。雙端量法可從原理上消除過渡電阻和運行方式的影響，具有很好的發展與應用前景。

隨著新疆電網故障錄波聯網系統的建成，實現數據聯網和共享，為雙端測距提供了技術實現的基礎，方案提出通過識別錄波數據中故障起始和終止時刻進行數據同步，為降低故障初始階段可能存在諧波等會影響測量阻抗計算的因素，采用自適應截取計算數據窗的算法，同時利用D5000平臺引入線路聯網參數，建立修正模型和測距模糊區處理方法，提高雙端故障測距精度。

3.5 基于Trie樹的面向對象多層次電網模型比對

基于Trie樹的面向對象多層次電網模型比對技術，將前置在線監視模塊中二次設備配置信息與標準模板庫進行對比，實現對調度端故障信息系統與前置在線監視模塊中模型的完整性和一致性的全面快速檢測（一、二次設備是否關聯、參數是否合理、裝置配置是否存在）；利用Trie樹在查詢與檢索等方面的高效性，構建對比模型，實現快速對比。通過模型對比，實現模型的差量更新，提高導入效率。

3.6 前置在線監視模塊實現雙模型加測點模式的實時數據庫技術

新建站前置在線監視模塊應實現雙模型加測點模式的實時數據庫技術，分別建立IEC 61850模型庫、IEC 103模型庫和測點庫，為同時訪問對象視圖和平面視圖提供技術支撐。解決因規約差異接入困難和轉換問題，突破傳統保信系統都按103標準進行通信和建模的局限性。

4 結論

本文研究的基于智能調度的繼電保護故障信息系統高級應用方案設計技術特點如下:

1）本技術方案旨在建立繼電保護專業的統一業務支撐平臺，為繼電保護專業的應用拓展提供平臺支撐。

2）能夠實現智能故障分析、電網全景建模、模型和圖形免維護等關鍵技術，提高繼電保護運行管理水平，提高電網事故處理的速度和準確性。

為適應新疆電網的快速發展，滿足智能調度技術的要求，本技術方案進一步強化了保護運行監視、電網故障信息的快速分析和決策應用，為新疆電網的安全穩定運行奠定堅實基礎。

［1］劉振亞.智能電網知識讀本［M］.北京：中國電力出版社，2010.

［2］國網能源研究院.2012國內外智能電網發展分析報告［M］.北京：中國電力出版社，2012.

［3］張道農，紀峰磊，劉宇，等.國調中心繼電保護故障信息系統改造研究［R］.國電機工程學會年會論文集，2013.

［4］閃鑫，戴則梅，張哲，等.智能電網調度控制系統綜合智能告警研究及應用［J］.電力系統自動化，2015，39（1）：65-72.

［5］篤峻，胡紹謙，滕井玉，等.數據源端維護技術在繼電保護信息系統中的應用［J］.電力自動化設備，2015，35（3）：162-169.

Development of Realization of Advanced Application Function for Protective Relaying Fault Information System Adaptable to Smart Dispatch

Zhang Yi1Nan Dongliang2Chang Xiqiang3Jiao Chunlei2Feng Xiaoping3
（1.NR Electric Co.，Ltd，Nanjing 211102；2.State Grid Electric Power Research Institute of Xinjiang Electric Power Company，Urumqi 830011；3.Xinjiang Electric Power Dispatching and Communication Center，Urumqi 830011）

Based on the research and analysis of relay protection fault information system in Xinjiang power network，this paper puts forward the transformation and advanced application function design scheme of relay protection fault information system in Xinjiang power network，and expounds its key technology and realization method.The purpose is to contribute to the information support and decision of Xinjiang power grid relay protection technical personnel while conducting fault analysis and processing.

power system；relay protection fault information system；advanced application

張 祎（1981-），男，碩士，工程師，主要從事電力系統繼電保護與控制工作。