一種新型電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)方法研究

徐強(qiáng)超 劉 洋 鄺國(guó)安 勞志烜 李 敏

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一種新型電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)方法研究

徐強(qiáng)超1劉 洋2鄺國(guó)安1勞志烜1李 敏3

（1. 廣州供電局有限公司，廣州 510000； 2. 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心，廣州 510000； 3. 武漢中元華電科技股份有限公司，武漢 430223）

隨著電網(wǎng)之間的聯(lián)系日益增強(qiáng)，電網(wǎng)局部故障波及更大范圍并引起大停電事故的可能性也隨之增強(qiáng)。故障錄波數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳的應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)的錄波數(shù)據(jù)需到變電站調(diào)取。針對(duì)事故分析相對(duì)滯后的問(wèn)題，本文以工程實(shí)際為依托，提出了一種新型電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)方法，該方法相對(duì)于傳統(tǒng)方案具有更加簡(jiǎn)潔，可靠等優(yōu)勢(shì)。

故障監(jiān)視；組網(wǎng)方式；故障錄波；保信子站

隨著電網(wǎng)之間的聯(lián)系日益增強(qiáng)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)也發(fā)展的越來(lái)越合理，電網(wǎng)的輸送電能力不斷提高[1]。但也正是因?yàn)殡娋W(wǎng)的耦合越來(lái)越緊密，電網(wǎng)的局部故障波及更大的范圍并引起大停電事故的可能性也隨之增強(qiáng)[2]。

保護(hù)信息和故障錄波是電力系統(tǒng)故障的直觀反映。保護(hù)信息記錄故障發(fā)生后繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作情況，而通過(guò)故障錄波可以記錄因短路故障、系統(tǒng)震蕩、電壓崩潰等大擾動(dòng)引起的系統(tǒng)電流、電壓以及系統(tǒng)頻率的全過(guò)程變化現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)保護(hù)信息和故障錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，能有效識(shí)別電網(wǎng)故障性質(zhì)、故障原因，評(píng)價(jià)繼電保護(hù)動(dòng)作行為，為故障處理提供可靠依據(jù)[3]。

目前全國(guó)絕大部分網(wǎng)省公司均已建設(shè)繼電保護(hù)故障信息管理系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“保信系統(tǒng)”），在廠站端設(shè)置保信子站，接入所有的保護(hù)裝置及故障錄波裝置，同時(shí)在調(diào)度端設(shè)置主站，電網(wǎng)故障時(shí)保信系統(tǒng)能通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)及時(shí)把變電站的保護(hù)裝置和錄波器的詳細(xì)信息傳送到調(diào)度室，為調(diào)度員安全，準(zhǔn)確、迅速處理電網(wǎng)事故提供信息支持與決策依據(jù)；為繼保人員對(duì)保護(hù)、安全自動(dòng)裝置及故障錄波器的動(dòng)作行為分析和現(xiàn)代化運(yùn)行管理提供必要支持。

隨著電力系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)故障信息監(jiān)測(cè)要求越來(lái)越高，電網(wǎng)在故障期間需要監(jiān)測(cè)的信息量也相對(duì)于過(guò)去的電網(wǎng)大大增加，現(xiàn)代化大電網(wǎng)的安全運(yùn)行也越來(lái)越依賴于對(duì)各種信息的有效分析和處 理[4]。目前的故障信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在實(shí)時(shí)性及可靠性上已無(wú)法滿足故障分析需求，主要存在以下問(wèn)題。

1）錄波器的錄波文件需要通過(guò)保信子站存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)，導(dǎo)致保信子站符合比較重，不利于故障信息的實(shí)時(shí)傳輸。

2）為提高故障分析的精確性及多樣性，故障錄波急需獨(dú)立組網(wǎng)與分析，但開(kāi)設(shè)新的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通道會(huì)增加建設(shè)成本及運(yùn)維壓力。

3）站級(jí)的子站系統(tǒng)不具備一定的分析能力，所有的故障分析工作均由主站完成，會(huì)影響故障分析的快速性和可靠性。

本文以工程實(shí)際為依托，提出了一種新型電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)方法，將錄波文件通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)現(xiàn)有的保信非實(shí)時(shí)通道上傳，不再經(jīng)過(guò)保信子站存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)，既減小了保信子站的運(yùn)行負(fù)載，同時(shí)錄波獨(dú)立組網(wǎng)分析的方式有效提高了故障分析精確性。保信子站在原有基礎(chǔ)上增加了一定的分析功能，使故障分析可靠性及實(shí)時(shí)性進(jìn)一步增強(qiáng)。該方法相對(duì)于傳統(tǒng)方案具有更加簡(jiǎn)潔，精確、可靠等優(yōu)勢(shì)，有效提高了故障監(jiān)視可靠性。

1 現(xiàn)有電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)分析

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)方案如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)方案

由圖1可以看出，在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)方案中，所有變電站運(yùn)行中所產(chǎn)生的錄波文件均統(tǒng)一通過(guò)保信子站上送到主站中去。這種實(shí)現(xiàn)方式存在一定的弊端。所有需要經(jīng)過(guò)保信子站上傳的錄波文件均需要在保信子站上進(jìn)行存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)，導(dǎo)致保信子站的運(yùn)行負(fù)載非常大。同時(shí)，需要進(jìn)行錄波文件的傳輸，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)。

為解決現(xiàn)有方案的問(wèn)題，本文首先以廣州供電局為工程實(shí)踐依托，提出現(xiàn)有的電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)方案，如圖2所示。

圖2 現(xiàn)有電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)方案

由圖2可以看到，現(xiàn)有的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)方案在傳統(tǒng)的方案基礎(chǔ)上，增加了錄波遠(yuǎn)傳系統(tǒng)，錄波文件可以通過(guò)錄波遠(yuǎn)傳系統(tǒng)上傳到錄波主站。相應(yīng)地，站內(nèi)需另配置錄波信息傳輸?shù)姆阑饓Γ洸ㄖ髡痉謩e設(shè)置在廣州供電局的變電一、二所。

但是采用現(xiàn)有的改進(jìn)方案，需要構(gòu)建獨(dú)立的錄波上傳網(wǎng)絡(luò)，不僅增加了建設(shè)成本，還增加了運(yùn)維的壓力。為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化保信系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)，提供電力系統(tǒng)故障分析的效率，本文提出了新型的電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)方案。

2 新型的電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)方案設(shè)計(jì)原則

根據(jù)保信系統(tǒng)、錄波遠(yuǎn)傳系統(tǒng)現(xiàn)狀，本著簡(jiǎn)潔、可靠的原則，重新梳理了保信及錄波遠(yuǎn)傳的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，220kV及以上電壓等級(jí)變電站的保信及錄波遠(yuǎn)傳系統(tǒng)按以下技術(shù)原則實(shí)施。

2.1 故障記錄、分析功能就地化

保護(hù)裝置支持通過(guò)格式化的故障簡(jiǎn)報(bào)文件記錄故障信息，支持遠(yuǎn)程調(diào)閱故障簡(jiǎn)報(bào)文件。若站內(nèi)配置智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)，還可在智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)上實(shí)現(xiàn)故障輔助分析功能，則生成站級(jí)故障簡(jiǎn)報(bào)文件。主站可直接通過(guò)保信子站（或集成于智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)）以文件傳輸方式讀取保護(hù)裝置或智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)生成的故障簡(jiǎn)報(bào)，用于故障分析。

2.2 減輕保信子站的運(yùn)行負(fù)載

錄波器的錄波文件通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)現(xiàn)有的保信非實(shí)時(shí)通道上傳，不再經(jīng)過(guò)保信子站存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)，減小保信子站的運(yùn)行負(fù)載，同時(shí)減少錄波文件的傳輸環(huán)節(jié)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。考慮目前錄波主站的軟硬件配置現(xiàn)狀及后續(xù)的應(yīng)用需求，在調(diào)控中心集中建設(shè)新錄波主站。調(diào)控中心的錄波主站獨(dú)立于保信主站，保信主站可通過(guò)接口訪問(wèn)錄波主站的錄波數(shù)據(jù)。

由于在調(diào)控中心集中建設(shè)了錄波主站，因此，在廣州局的變電一、二所布置錄波主站工作站。工作站用于錄波器的接入、系統(tǒng)維護(hù)、查閱數(shù)據(jù)等，通過(guò)專線通道與主站服務(wù)器通信，調(diào)度、巡檢中心可以通過(guò)Web瀏覽錄波數(shù)據(jù)。Ⅲ區(qū)Web服務(wù)需實(shí)現(xiàn)錄波文件等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的全數(shù)據(jù)同步。

2.3 簡(jiǎn)化保信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

保信子站對(duì)下（站內(nèi)）通過(guò)保信C網(wǎng)接入保護(hù)裝置，保信子站對(duì)上通過(guò)保信實(shí)時(shí)通道通信進(jìn)行信息傳輸。錄波器錄波文件可以獨(dú)立傳輸，取消了保信子站的非實(shí)時(shí)通道通信，因此，需要改變保信子站的通信連接方式和二次安防策略。

參考保護(hù)雙重化的思路，雙機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，主站同時(shí)接收雙機(jī)信息，但不采用一主一備模式，避免切換機(jī)制不完善引起的運(yùn)行不穩(wěn)定。不過(guò)，部分廠家的保信子站不支持主—備狀態(tài)的自動(dòng)切換。

3 新型的電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)實(shí)施方案

根據(jù)上述電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)方案設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)如圖3所示的新型的電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)實(shí)施方案。與現(xiàn)有方案相比，主要有以下幾點(diǎn)改進(jìn)：

1）保信子站對(duì)上通過(guò)保信實(shí)時(shí)通道通信進(jìn)行信息傳輸，不需要再經(jīng)過(guò)防火墻與調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行通信，錄波器的錄波數(shù)據(jù)不再經(jīng)保信子站轉(zhuǎn)發(fā)，經(jīng)（新增）交換機(jī)獨(dú)立組網(wǎng)，通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)非實(shí)時(shí)通道接入錄波主站，重新分配IP地址，調(diào)整安防策略。

2）站內(nèi)錄波器通過(guò)獨(dú)立的以太網(wǎng)口，經(jīng)交換機(jī)匯聚，接入非實(shí)時(shí)通道交換機(jī)端口，無(wú)需再進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換以及構(gòu)建獨(dú)立的錄波專用通道，可以直接通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

3）調(diào)控中心集中部署錄波主站，變電一、二所配置工作站，錄波主站在Ⅲ區(qū)提供Web訪問(wèn)功能，其他地點(diǎn)通過(guò)Web訪問(wèn)錄波數(shù)據(jù)。

圖3 新型的電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)實(shí)施方案

此外，500kV變電站保留經(jīng)“保信子站—非實(shí)時(shí)通道”上送錄波文件至總調(diào)、廣東中調(diào)主站的功能，因此需保留接入保信C網(wǎng)、保信子站。

4 工程實(shí)施情況

本文提出的新型電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)實(shí)施方案在廣州供電局進(jìn)行工程應(yīng)用，具體工程實(shí)施情況如下：

1）針對(duì)于“錄波器經(jīng)由交換機(jī)匯聚后接入站內(nèi)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)非實(shí)時(shí)通道交換機(jī)，經(jīng)非實(shí)時(shí)通道接入新建的錄波主站”

（1）220kV變電站通常配置8臺(tái)錄波器，而非實(shí)時(shí)通道交換機(jī)用于匯聚站內(nèi)多種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，不宜每臺(tái)間隔層設(shè)備均占用非實(shí)時(shí)通道交換機(jī)的一個(gè)端口。為了避免每臺(tái)錄波器均占用非實(shí)時(shí)通道交換機(jī)的一個(gè)端口，不考慮錄波器直接接入非實(shí)時(shí)通道交換機(jī)。

（2）原錄波組網(wǎng)用的普通交換機(jī)（8口、交流供電、非資產(chǎn)及設(shè)備）穩(wěn)定性差、故障率高，結(jié)合本方案改造統(tǒng)一更換為站控層用交換機(jī)。新增交換機(jī)安裝在二次安防交換機(jī)屏內(nèi)。

2）系統(tǒng)實(shí)施及運(yùn)行情況

目前，廣州供電局對(duì)220kV及以上變電站陸續(xù)進(jìn)行了改造，在集控中心建立錄波主站，通過(guò)保信非實(shí)時(shí)通道采集站內(nèi)錄波。新的故障監(jiān)視及組網(wǎng)系統(tǒng)投入使用后，有效減輕了保護(hù)信息子站負(fù)載，同時(shí)新的錄波主站投入運(yùn)行有效提高了故障分析精確度，提高了電網(wǎng)公司故障處理能力。

3）本方案的推廣范圍

本方案將在廣州供電局內(nèi)部廣泛推廣，新建220kV、500kV變電站需滿足本方案的要求，對(duì)于建設(shè)中但未投運(yùn)的220kV、500kV變電站，應(yīng)通過(guò)設(shè)計(jì)變更滿足本方案的要求。

5 結(jié)論

本文秉著故障記錄、分析功能就地化，減輕保信子站的運(yùn)行負(fù)載以及簡(jiǎn)化保信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為實(shí)施原則，以工程實(shí)際為依托，提出了一種新型電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)方法，并在廣州供電局范圍內(nèi)進(jìn)行工程應(yīng)用和推廣。該方法相對(duì)于傳統(tǒng)方案具有更加簡(jiǎn)潔、可靠等優(yōu)勢(shì)。

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Research on a New Fault Monitoring and Networking Method for Power System

Xu Qiangchao1Liu Yang2Kuang Guoan1Lao Zhixuan1Li Min3

(1. Power Dispatching Control Center of Guangdong Power Grid Co., Ltd, Guangzhou 510000; 2. Guangzhou Power Supply Bureau Co., Ltd, Guangzhou 510000; 3. Wuhan Zhongyuan Huadian Polytron Technologies Inc, Wuhan 430223)

At present, the increasing connection between the power grids, the local failure of the power grid to spread to a greater range and the possibility of causing blackouts also increased. The application of remote fault recording data solves the problem that the traditional recording data needs to be transferred to the substation and the analysis of the accident is lagging behind. In this paper, a new power system fault monitoring and networking method is proposed based on engineering practice. Compared with the traditional scheme, this method has advantages such as being more concise and reliable.

fault monitoring; network scheme; fault recording; protection information slave station

南方電網(wǎng)科技項(xiàng)目（K-GZM2014-120）

徐強(qiáng)超（1982-），碩士，高級(jí)工程師，研究方向：變電站繼電保護(hù)及其自動(dòng)化。