電力系統繼電保護故障信息采集及處理系統

韓黎黎

摘 要：電力系統的可靠運行保障了國民經濟的快速發展，提高了人民的生活質量，在社會生活中起著重要作用。本文對電網中繼電保護的基本要求、作用，以及在電力設備出現故障時采集技術進行表述、分析，以使故障信息采集及處理系統能更好的為電力系統可靠、安全供電提供幫助。

關鍵詞：繼電保護；故障信息采集；處理系統；系統設計

引言

隨著電力系統的高速發展和計算機技術，通訊技術的進步，繼電保護向著計算機化、網絡化，保護、測量、控制、數據通信一體化和人工智能化方向進一步快速發展。與此同時越來越多的新技術、新理論將應用于繼電保護領域，這要求我們繼電保護工作者不斷求學、探索和進取，達到提高供電可靠性的目的，保障電網安全穩定運行。

1 繼電保護裝置在電網中的作用及要求

1.1 繼電保護的作用

（1）保障電力系統的安全性。當被保護的電力系統元件發生故障時，應該由該元件的繼電保護裝置迅速準確地給脫離故障元件最近的斷路器發出跳閘命令，使故障元件及時從電力系統中斷開，以最大限度地減少對電力系統元件本身的損壞，降低對電力系統安全供電的影響。

（2）對電力系統的不正常工作進行提示。反應電氣設備的不正常工作情況，并根據不正常工作情況和設備運行維護條件的不同發出信號，以便值班人員進行處理，或由裝置自動地進行調整。

（3）對電力系統的運行進行監控。繼電保護不僅僅是一個事故處理與反應裝置，同時也是監控電力系統正常運行的裝置。

1.2 對繼電保護在電力系統中的要求

繼電保護必須在技術上滿足選擇性、速動性、靈敏性、可靠性四個基本要求：

（1）選擇性：當電力系統中的設備或線路發生短路時，繼電保護僅將故障設備或線路從電路系統中切除。

（2）速動性：指繼電保護裝置應能盡快地切除故障，減少設備和用戶在大電流、低電壓下的運行時間，降低設備損壞程度、提高系統運行穩定性。

（3）靈敏性：指電氣設備或線路在被保護范圍內發生故障和不正常工作狀態時，保護裝置的反應能力。

（4）可靠性：要求繼電保護在不需要動作時可靠不動作，即不發生誤動，而在繼電保護規定的范圍內發生了應該動作的故障時可靠動作，即不拒動。簡而言之，該動就就動，不改動就不動。

以上四個要求是設計、配置和維護繼電保護系統的依據，相互聯系，往往又存在矛盾。因此在實際應用中，要根據電網的結構和用戶的性質，辯證的統一。

2 故障的信息采集系統的概述

繼電保護主要利用電力系統中元件發生短路或異常情況時的電氣量（電流、電壓、功率、頻率等）的變化，構成繼電保護動作的原理，也有其他的物理量，如變壓器油箱內故障時伴隨產生的大量瓦斯和油流速度的增大或油壓強度的增高。大多數情況下，不管反應哪種物理量，繼電保護裝置將包括測量部分（和定值調整部分）、邏輯部分、執行輸出部分。

電網繼電保護故障信息處理系統由主站系統、通信網絡和子站系統3部分組成。

3 繼電保護故障信息處理系統原理及結構

什么是故障信息處理系統，它包括主站系統以及子站部分，形成一個完整的分層、分布式系統。也就是說故障信息處理系統是由子站系統、主站系統和連接二者的通信網絡構成。

主站系統合理的處理采集來的信息，并根據其適用范圍，交付給不同的功能模塊處理。子站能自我收集需要的數據，在不同的通訊接口處實現協議轉換。系統在運行時，并不影響保護、自動類裝置、故障錄波器等設備的運行狀態。利用GPS還可以對子站的保護、自動裝置、故障錄波等進行對時。

3.1 子站系統的功能和結構

子站系統主要任務是負責采集變電站內微機保護裝置、故障錄波器及各種智能設備的信息，并負責把這些信息規范化后上傳至主站系統。子站系統安裝在廠站現場，采用分布式結構，一般包含多個子站，每個子站一般由一臺保護管理機或集控中心來完成站內裝置信息的采集和通信。

子站的功能：子站系統對數據的采集和轉換格式，可以靠各種通信的接口技術和規約來完成。根據信息不同的優先級和存在的有效程度，合理選擇，對需要上送主站的信息按照優先等級的不同，將信息由高到低的發送主站。有以下功能：數據采集、數據處理、運行管理、自恢復。

子站系統是通過保護管理機去接入各個廠家的設備，如果此設備沒有聯網功能，接入子站可以采用硬節點方式。子站能夠向多個主站同時傳送數據。

3.2 主站系統的功能和構成

（1）主站系統功能：主站的工作是統一管理所有下屬變電站，其任務是基于子站上傳的信息進行故障告警、故障分析、故障處理、信息的歸檔和統計等。一方面實時顯示子站上傳信息，并將這些信息進行分析處理，方便調度員進行事故處理；另一方面能夠遠程控制子站，幫助子站完成數字式繼電保護設備的控制管理。通信網絡負責信息的遠程傳輸。從整個系統來看，子站系統側重于信息的采集和通信，而主站系統側重于信息的分析、處理和管理。

（2）主站系統結構：主站系統的設計結構是分布式模塊化的，充分考慮到主站系統的開放性，采用了廣泛兼容性的軟硬件。主站系統遵從現代計算機系統分布處理的設計發放，在平臺級和應用級上進行開放設計，得到一個擴展性很強的系統。由多臺PC機和服務器組成，如果系統規模比較小的話，一臺PC機就可以包含整個系統。

4 處理系統應用功能劃分

對于主站系統的應用功能劃分主要分為以下時段：

電網正常時，主站系統允許用戶將定值庫中定值與主站召喚得到的現場保護裝置的實際運行定制進行核對；允許用戶對廠站內裝置的歷史信息和運行信息進行檢查和統計，還可以通過采用特定算法來分析、比較個套保護的模擬量、測量值和監視裝置的自檢信息、錄波器的運行狀態等，達到監視電網二次設備運行狀態的目的。endprint

故障時，主站系統實時收到子站自動上傳的故障信息后立即告警。有圖形告警、列表告警、多媒體告警等方式。圖形告警會在主接線圖的相關故障設備上閃爍告警；列表告警會以列表方式突出提示故障簡要信息。在告警的同時，還進行信息預處理、包括信息過濾配置、信息規范化、對信息加以分類從而識別和剔除誤傳信息等，以方便后續的故障診斷和故障分析基于有效信息進行。

故障發生后，主站系統必須提供各種完整分析模塊、最大化地利用所有的信息幫助用戶全面分析故障。波形分析模塊可進行諧波、相量圖、序分量、功率以及高頻信號、開關信號等的分析。故障診斷專家系統模塊幫助用戶定位故障元件，并分析哪些保護誤動、拒動或是正確動作。故障測距模塊提供多種單端或雙端測距算法，精確定位線路故障點。動作行為分析模塊通過分析保護的動作原理并用實際測量值驗算動作方程來分析保護動作的行為，可以幫用戶找到保護誤動、拒動是否是整定值不適合引起，或者是保護本身原理的缺陷所引起。

故障開始后子站系統按照信息的優先權來分批傳送各類故障信息。主站系統對故障的處理過程是按照信息到達主站的時間先后進行逐級分析，并最終形成完整的故障分析報告。整個處理過程是分時間、分層次的，這樣處理將方便調度分析人員逐步認清故障的性質和原因，分析故障的過程兼顧快速判斷和全面分析的要求。

故障分析結束后，主站系統應該提供故障信息歸檔入庫、生成完整故障報告、生成檢修報告等，并可通過Web發布故障信息、提供錄波數據文件供下載。

5 結論

在繼電保護及故障信息管理系統建設規模不斷擴大的同時，對于系統的要求也在不斷地完善。在電力系統功能日益標準化、開放程度日益提高的情況下，盡快達到通信規約的標準化與通用化，以及結構的網絡化，使得系統日益呈現出向微機化，網絡化，智能化，保護、控制、測量和數據通信一體化發展的趨勢。

參考文獻

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