數字化繼電保護信息系統的研發

哈爾濱電氣集團阿城繼電器有限責任公司 白彥鋒

電網故障信息處理系統由調度端的主站和設在各變電站的子站通過電力信息傳輸網絡組成，從保護信息自動化管理系統上看，其功能總體上可以分為兩個層次：繼電保護運行管理和電網故障分析。繼電保護運行管理主要包括設備管理、保護信息管理、定值管理等，針對的是保護的日常工作。電網故障分析在保護信息管理系統中屬于高級應用，它主要涵蓋網絡拓撲、濾波分析、故障定位、短路電流計算、網絡等值、保護整定、定值校核等。。隨著計算機技術和網絡通信技術的迅速發展，出現了許多新的開發技術和標準，如可擴展標記語言XML、統一建模語言UML、中間件技術等，以及最新的IEC 61850和61970標準，這都為故障信息系統提供了先進、有效的解決方案和技術支持。IEC61850保護信息管理系統作為智能電網建設的數據支持系統，為后續的故障分群、在線監測、可視化展現、精確測距等智能高級應用提供了完善的必要的數據信息以及分析手段。

1.系統方案

系統由基于IEC61850規范的主站、分站、子站構成，錄波器和保護裝置采用分網接入，接收繼電保護、錄波器等智能裝置的實時/非實時的運行、配置和故障信息，進而實現對其運行狀態監視、配置信息管理和動作行為分析。

2.系統通信架構

全系統通訊基于IEC61850規范進行通信。子站與站內裝置間和主站與子站的通訊方式遵循IEC61850 8-1部分，即映射到MMS規約上的特殊通信服務，具體通訊架構如圖1所示。

子站是站內裝置與主站通訊的“橋梁”，子站既需要向上級主站提供服務，同時需要與下級的裝置進行數據交互。子站變電站內的裝置來說是客戶端，使用SCD文件模型實時交互；對信息主站來說是服務器，應用代理模型實時交互。

主站采用SCD模型和代理節點的方式與站內裝置交互，SCD模型與子站Client使用的SCD模型是完全一致的，代理節點則是用于子站向主站說明站內各個裝置的通訊狀態等信息。

圖1 通訊架構圖

3.系統特色

（1）模型規范，架構開放

一次模型遵循IEC 61970標準，采用CIM模型進行一次設備建模，與其他系統間采用CIM模型交互的方式進行。二次模型遵循IEC61850標準，采用標準的SCD模型進行二次建模，系統兼容IEC61850和IEC61970建模標準，為IEC61850等規范升級提供兼容和擴展空間。

（2）實現了源端維護

通過配置工具可在變電站端實現源端維護，根據提供的配置參量對變電站進行建模和配置，同時生成變電站的統一的相關配置文件（主接線圖和變電站描述文件等）。主站端通過文件服務獲得相關配置文件，以用于系統模型的重新加載。

（3）智能化故障診斷

系統通過接收到的實時變電站的事件數據信息，和保護裝置動作信息中反映的動作時間、發生故障的變電站信息；整合發生故障的線路間隔（或主變間隔）內相關多套保護動作信息，以及變電站一次模型與二次模型的關聯關系，建立相應故障診斷知識庫，通過故障樹模型方式對系統進行推理判斷并結合數據挖掘等信息分析技術，形成具有參考價值的故障診斷報告。

（4）基于站內裝置拓撲判斷的故障告警智能識別技術應用

根據站內一次模型和二次裝置的關聯關系以及拓撲信息，建立邏輯判斷矩陣，將子站系統上送的事件信息映射到矩陣中，通過矩陣中預設置的前提條件進行計算，判斷信息的真實性。如果未滿足矩陣設置的前提條件，則該事件會被認為是檢修事件，否則為真正的故障事件。

4.總體功能

（1）定值功能

主站具備對裝置的定值召喚功能。主站可以召喚當前定值區的定值，也可以對不同編輯區的定值進行召喚；主站還可以查看當前裝置運行的定值區號；主站對召喚過的定值數據可以做入庫處理以備后續分析使用。同時，為了方便定值歷史核對，系統也了提供定值的校核功能。

（2）錄波功能

主站不但提供實時錄波接收功能，同時，主站可以對裝置產生的錄波文件列表進行時間段查詢，主站可以選擇不同的召喚源，即主站可以選擇從子站庫中召喚相應的錄波文件列表，或者是從裝置本地召喚相應的錄波文件列表。

主站對錄波文件列表中的文件可以進行即時召喚，同時對召喚上來的錄波文件提供錄波簡報和波形分析功能。

（3）實時故障信息處理

主站實時采集繼電保護裝置和故障錄波器的運行狀態、通訊狀態、正常運行參數。當電網發生故障時，主站能將收到的各子站上傳的故障信息，并實時地在監視畫面上顯示。主站系統能將故障時的單臺保護的事件信息與錄波文件信息進行關聯整合，形成單裝置級的動作報告，動作報告包括以下內容：保護名稱、故障絕對時間、故障相別、測距信息、動作事件和保護的錄波波形等相關信息。

（4）故障信息歸檔

主站接收各子站主動上送的保護事件信息及錄波器主動上送的故障簡報信息，實時保存到數據庫，作為歷史數據供查詢。主站系統提供站級、間隔級以及到裝置級的歷史信息查詢。

（5）廠站故障報告

主站系統可以根據采集到的裝置事件信息、錄波文件以及根據一次模型關聯等，可以形成初步的廠站級故障報告。廠站故障報告以站內的一次設備為核心，根據與該一次設備相關聯的二次設備信息形成報告，報告內容包括：故障名、故障設備、故障時間、相關廠站、涉及的二次設備以及二次設備事件信息和相關的錄波文件。同時，形成的報告入庫保存以備查詢。主站系統提供故障報告的編輯工具，對形成的電網級故障報告進行編輯以滿足不同的需求。

（6）圖形配置功能

主站系統具備完善的圖形管理與參數維護功能，即圖模一體化功能。系統不但提供常用的電力系統元件庫，包括線路、母線、斷路器、變壓器、發電機、電抗器等電力系統元件，同時還提供了對特殊圖元的定制編輯功能。為了日常維護，系統可以編輯電網地理接線圖和各廠站電氣主接線圖，方便地增加和修改子站信息。

（7）波形分析功能

主站系統能夠讀取、轉換、分析各種兼容格式的COMTRADE文件，支持同時多文件通道錄波信息的抽取讀入，具有波形同步，矢量分析，諧波分析，阻抗軌跡顯示，視在功率、有功功率、無功功率計算，公式編輯等功能。

5.結論

不僅能準確、全面地實時采集、記錄和存儲了各接入信息子站站內微機保護的運行信息，同時能彌補子站的不足和遺漏之處。通過一年多時間的使用和驗證，證明該系統實時性強，界面友好，自動化程度高，顯著提高了電網繼電保護專業智能化水平，為保證電網安全、穩定運行發揮了重要的作用。

該系統為電力系統調度、運方人員快速獲得故障數據提供了必備系統支持和重要技術手段；為智能電網的發展以及數字化全景數據平臺的建設奠定了堅實的技術基礎。

[1]袁宇波,丁俊健,陸于平,等.基于Internet/Intranet的電網繼電保護及故障信息管理系統[J].電力系統及其自動化,2001,25(17):39-42.

[2]李陽春.電力系統故障綜合信息處理系統的研制[D].浙江大學碩士學位論文,2001.

[3]Draft IEC 61970:Energy Management System Application Program Interface(EMS-API)Part 301.

[4]IEC61850.變電站通訊網絡和系統系列標準.全國電力系統控制及其通訊標準化技術委員會,2002.