繼電保護運行與故障信息自動化管理系統

中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司廣州局 李天達

網絡信息技術應用在電力系統中已經成為了必要趨勢，為了更為有效的提升通信水平，計算機技術與電力系統的融合是必要條件，主要針對的就是解決故障信息帶來的工作干擾。而計算機技術與通信系統的結合可以進行實時監測，當電力系統出現故障的情況下，其故障信息會傳到終端服務器，方便工作人員對故障信息進行分析與數據記錄，及時找到故障原因或故障位置，確保電力系統的穩定運行不會受到干擾。在這一過程中，自動化系統的管理主要針對于調度層的問題反饋，目前這一技術已經廣泛應用于電力系統領域，可以稱為是重點的研究項目。

繼電保護運行故障信號自動系統在電網工作中起到了不能忽略的功能，現已成為了電網系統不可或缺的一部分。自動化功能是該系統重要的特點，對電網進行自動化監視，為繼電保護人員提供準確的信息，保證監測電網信息的準確性，并對各類信息做出準確的判斷，發現電網運行中可能出現的故障，并及時的進行預防處理，確保電網系統運行的安全，減少工作人員的工作量，提高電網系統運行監測效率。

1 繼電保護運行和故障信息自動化的管理系統

1.1 繼電保護運行和故障信息自動化的主要任務

智能化管理工作在整個供電系統中涵蓋了控制系統許多重要方面，如對所有的一次性電氣設備、二次設備等都有涉獵。智能化管理工作不僅需對在繼電保護管理工作流程中形成的圖表和數據信號等信息予以錄入，而且也可確定其輸入信號的準確性，而對于錄入丟失的數據則適時予以清除、調整等管理工作。與此同時，智能化管理設備部門還需要對一次設備、二次設備的日常工作狀況和有關技術參數等實施統一管理。此管理工作所需承擔的管理工作內容復雜，層次較多且結構復雜，在業務管理層面上存在著相當困難[1]。

1.2 基礎層

基礎層應用的設備主要是故障記錄儀及繼電保護裝置，通過線路進行連接，兩者間就能實現串聯以及數據共享，利用網卡聯系將數據傳輸到終端中，整個過程屬于一種設備管理信息的整合，具有相當高的準確性，尤其是對于二次設備的運行狀態信息記錄，例如當二次設備的壓力板出現問題后終端無法搜集到退出信息，即為判斷故障。為了加強信息的準確性，在這個過程中同時還會配備傳感器提升信息處理的效率，確保設備運行狀態下的動作信息能及時通過終端集成獲取并分析。

1.3 變電站的管理層

電力系統運行過程中產生的數據可以通過管理層進行收集，管理層是全面收集信息的重要層級，并且具有處理故障信息的能力。在這一層級中配合計算機技術虛擬桌面的使用，終端可以更為全面的反饋出電力系統的運行信息，技術人員可以直接了解到信息內容并且及時做出調節。管理層在對電力系統實時監控的同時也可以自動處理限制范圍內的故障問題，這個方面不僅僅包括對電氣設備的信息收集與處理，同時也是對電網調控的一個功能環節。針對于電網的復雜程度進行異常情況的整合，從而在終端上生成數據分析處理的報告。

1.4 通信層

傳統的通信層應用主要是通過線路連接分布變電站進行數據的傳輸與接受，然后在進行調度端的分析，但是這個過程因為大面積的采用線路，存在有物理因素的磨損，所以對于企業的長期發展而言十分不利，且線路破損后會嚴重影響到數據傳輸的可靠性。但是通過無線網絡進行管理的自動化系統，可以構建起更為科學合理的通信網絡，這有助于提升電力系統的運行穩定性，有效保障電網在運行過程中的數據傳輸效率，例如采用以太網來進行實時數據傳輸，電力系統的動力操作也能得到一定支持。

1.5 調度層

這個級別需要強大的數據處理功能，而且在數據采集方面也比較突出，分析數據信息的能力也應該比較強，從而實時監控二次設備運行狀態，并且及時診斷電網運行過程故障分析中發生的事故類型可能導致故障的原因和類型。將這些監控信息上傳到通用端口可以為調度員提供最準確的電網故障信息和端口，并且可以盡快恢復電網運行到正常供電狀態，也可以使電網運行更加安全。

1.6 專業管理層

專業管理主要體現專業繼電保護人員的日常操作，主要是通過選擇常用模塊進行快速功能設置，方便員工的日常操作。針對實際情況，接力人員通過專業管理人員與變電站管理層聯系，實現電力系統故障信息的同步，并且可以方便地在調度員進行二次設備測試、設置、調用和修改保護設備的設置。當故障區域沒有發現明顯故障時，接力人員應注意確認管理系統是否存在故障并引起誤報，并嚴格記錄虛警事件的具體情況，以提供糾正信息反饋管理系統的日常運行情況，保證系統運行具有較高的實用價值。

2 信息自動化管理模式

主站/分站/子站三級管理模式。該管理模式在實現繼電保護與運行故障信息自動管理時實現了多層架構的相互配合，分層實施管理模式，不過它也相對地比較復雜，因此管理難度也很大。對于500kV變壓器，500kV部分主要由主站進行負責管理，而對220kV甚至更低的電壓則主要由系統各個分臺進行負責管理，而系統主站也可加以協助管理。若是使用分站管理系統，則主站通過對應的分臺對所需要信號加以提供。

主站/分站獨立的三層管理模式。該模式與上述模式有著較大的區別，其不同之處在于系統主站與分臺間不需要聯絡和溝通，子站將獲得相應信息的接口分別上送至系統主站與各個分站，由主站和各個分站按照實際需求對所需信息選擇性的提取。該管理模式雖然對于主臺站及其對應的分臺在管理上有著一些區別，但是所具有的功能也基本一致。使用該模式開展信息管理工作，其主臺站、各分臺及其對應的子臺站之間信息流動都較為簡單，操作起來也沒有特別困難，較上述模式更加簡單。

主站/子站二級管理模式。該模式一般是由電力調度主站和變壓器子站所組成，構建兩級管網而不是另外的分臺。該模型由于其架構的大量精簡，使得系統所要傳遞管理的信息量及其相應連接管理工作任務量都會隨之降低，對正處在發展研究階段但還未能建立大型發變壓器的系統，甚至是在大型發變壓器的建立初期都更為適用。當大規模發變壓器逐漸建立以后，通常都采用三級模式，以完成對大規模系統的集中管理和監控。

3 繼電保護運行與故障信息自動化管理系統的實現應用

3.1 系統分析

根據電站內一次主機接線圖與各臺機二次接線圖的特點，繼電保護與故障信息管理系統建設的基本宗旨，是把電站內各種微機安全保護器、故障錄波儀、智能電度計、電力PLC裝置等先進儀器全面融入到信息系統中，并在此基礎上對所收集而來的各種信息加以深入、全面的總結分析，從而對電廠電氣系統，特別是繼電保護專業的技術管理監控工作，提供了強大的信息技術保障，把電廠電氣專業的管理能力提升至一個全新的更高層次。基于主要的任務和職能上的不同，以及HPOFAS系統的架構設計特點，該網絡系統主要由主站和子站二部門組成，在主站、子站與網絡安全保護器中間通過以太網組網，并實施了一定的安全保護措施。

主網站信息系統。主要由維護與錄波故障狀態信息系統和維護與錄波裝置管理運行信息系統構成，除收集各類故障狀態錄波器錄波信息系統和微機維護信息系統等設備的有關信息內容之外，還用作繼電維護與故障狀態信息系統信息發布網絡平臺，對所有的維護信息系統進行了查閱和檢索等功能。

因為該系統所收集的防護裝置數量比較多，而且數據流量也很大，所以如果全部都是直接集中在系統主站上，恐怕會干擾主站上的正常工作速度，所以子站體系一般包括了第一級子站和第二級子站。兩級子站的主要功能，是利用信號收集設備將保護器與錄波裝置上的信號向第一級子站傳輸；而第一級子站不但收集部分安全保護器的信號外，還需要同時收到第二級子站上傳的信號，最后再將所有信號整理后傳送到保護主站。

3.2 結構設計

繼電保護管理系統與故障信息管理系統的主站，是一種對電氣系統中故障信號進行收集、傳遞、管理、分析的分布式、高標準實時管理系統；對所收集到數據庫服務器中的數據進行管理、開發，以及保障系統的正常工作。主站系統具有與子站系統接口、公開的數據服務接口等基礎能力，并在此基礎上形成了繼電保護故障信息系統的主要應用功能。不管該信息系統發生了什么狀況，都絕對不能影響繼電保護控制系統、故障錄波器和其他信息系統的安全、可靠性和獨立工作。

一級子站系統通過PC機管理子站內所收集上來的系統和故障錄波設備信號，同時利用遠方通訊系統把收集后的信號傳輸到主站系統。一級子站還可以實現與子站內微機安全保護器、故障錄波儀、智能實際應用、PLC裝置的通訊，以及與各種設備間通信規約的傳遞，以及與各種裝置之間也能夠通過原始設備實現的通訊規約；還可以利用GPS對時卡接受全廠GPS系統的對時信息校時，以及對兩級子站內所設的保護裝置，采用網絡方法實現校時；擁有完善的可維修功能，各部分均具備自檢和聯機診斷校對能力。分臺任何功能的實現均不能干擾保護裝置的安全與平穩工作[2]。

第二級子站的任務就是收集、管理各安全保護器的內部數據信息并上傳給下第一級子站，功能比較簡單，此處將不再贅述。

綜上，繼電保護與故障信息管理系統不但可以實現在故障狀況下，對故障信號的快速收集、傳輸與分類應用，同時還可以完成在日常工作中對微機繼電保護控制系統與故障錄波器的監控功能。控制系統的設計，同時兼顧了運行中值班人員、繼電保護技術人員、環境保護工作人員等的需要，從而真正增強了發電廠工作中的科學指導、全面分析和安全可靠等能力。

3.3 繼電保護管理和故障信息監控管理系統發展趨勢與展望

通信方式統一規范，信息傳送速度加快。自動化管理系統的通信方式主要是指主站與子站之間、子站與子站之間進行的通信連接，由于通信產品的生產商不同，通信接口方式各異，缺乏統一的規范要求，導致信息傳送出現一些阻礙，傳送速度自然不快，因而制定統一的通信規范迫在眉睫。當前我國電網調度部門正著手制定統一的通信規范，優化配置通信形式，以期清除阻礙、提升信息傳輸速度。

系統安全性能逐步加強。黑客、病毒等原因的出現導致了安全問題尤為凸顯，在這以前因為應用能力的欠缺和經驗不足，所以信息安全始終是令人為難的問題，由于一些信息安全防護體系還沒有真正使用在現實生活中，所以安全防范工作還需要一點時日。

信息共享程度越來越高。現在的中國國內，超高壓技術變電站的出現使監控專業人員與繼電保護工作有了更深入的交流，并且該專業技術自身也相對開放，能較好地向故障信息系統進行服務，并且通常采用分層分布式方式進行運行。

信息傳送越來越可靠。通信層在自動化管理系統中處于核心地位，信息傳送的可靠性是自動化管理系統正常運轉的必要條件，其重要性不言而喻。在現實工作中，管理人員越來越重視提升信息傳送的安全性和可靠性，不斷地研究又快又安全的信息傳輸通道，逐步改進傳統的傳輸方法，不斷完善數據傳輸網絡，確保其暢通無阻、安全可靠。

綜上，借助自動化系統，可以幫助繼電保護人員開展日常的保護工作，實現功能快捷達到各種管理目的、優化管理方式，促進電網穩定發展。還可以與專業人員及時溝通，實現信息同步，方便保護人員及時開展設備測試來進行后續操作。