保護(hù)設(shè)備CIM擴(kuò)展模型研究及在智能故障分析系統(tǒng)中的應(yīng)用

蔣連鈿 黃超 劉斌 毛建維

省級(jí)調(diào)度中心建設(shè)各大應(yīng)用系統(tǒng)，因建設(shè)時(shí)間不同步，各系統(tǒng)間缺乏數(shù)據(jù)共享的溝通機(jī)制。IEC61970標(biāo)準(zhǔn)作為電力系統(tǒng)的國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)保護(hù)CIM模型描述不夠詳盡。本文針對(duì)IEC61970-301標(biāo)準(zhǔn)中保護(hù)CIM模型進(jìn)行研究，擴(kuò)展出一種“保護(hù)裝置層、保護(hù)裝置模型層、通用保護(hù)模型層”的三層次保護(hù)CIM模型，對(duì)各層次模型包含的類及層次模型之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)描述，闡述線路保護(hù)利用CIM擴(kuò)展模型建模方法.保護(hù)設(shè)備CIM擴(kuò)展模型在智能故障分析系統(tǒng)中故障電力設(shè)備定位及測(cè)距、保護(hù)設(shè)備動(dòng)作行為評(píng)價(jià)、線路強(qiáng)送電輔助決策等方面得以應(yīng)用。

IEC61970;保護(hù)設(shè)備CIM擴(kuò)展模型;智能故障分析系統(tǒng)

本文提出一種保護(hù)設(shè)備的CIM擴(kuò)展模型，該擴(kuò)展模型綜合省級(jí)調(diào)度中心各系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，最終在智能故障分析系統(tǒng)中闡述其實(shí)際應(yīng)用。

保護(hù)裝置層是CIM標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)模型所在層次，在原有三大類的基礎(chǔ)上進(jìn)行了重新定義，如圖1所示。

重新定義的保護(hù)類別包含“保護(hù)跳閘出口類”、“保護(hù)裝置定值類”、“保護(hù)動(dòng)作信號(hào)類”、“保護(hù)裝置狀態(tài)信號(hào)類”、“保護(hù)裝置開入開出類”、“保護(hù)裝置壓板類”、“跳閘開關(guān)類”7類，它們從裝置自身狀態(tài)到裝置邏輯功能等方面對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行全面描述，前6類形成與保護(hù)裝置n：1的邏輯關(guān)系，而“保護(hù)跳閘出口類”用于描述包含裝置的保護(hù)跳閘出口，保護(hù)跳閘出口可能對(duì)應(yīng)一個(gè)或多個(gè)開關(guān)，因此它與“跳閘開關(guān)類”建立1：n的關(guān)聯(lián)關(guān)系，后者用于描述保護(hù)跳閘出口后實(shí)際動(dòng)作跳閘的開關(guān)，“跳閘開關(guān)類”與一次設(shè)備的開關(guān)類建立1：1的單向引用關(guān)系。保護(hù)裝置模型層引用關(guān)聯(lián)保護(hù)裝置層的相關(guān)數(shù)據(jù)，并擴(kuò)展出對(duì)應(yīng)的類模型關(guān)系。

保護(hù)裝置模型層是描述了所有實(shí)際使用的保護(hù)裝置的靜態(tài)特性，保護(hù)裝置模型與保護(hù)裝置之間建立1：n的關(guān)聯(lián)關(guān)系，每一個(gè)保護(hù)裝置模型對(duì)象對(duì)應(yīng)多個(gè)保護(hù)裝置實(shí)例。

保護(hù)裝置模型（如圖3所示）從保護(hù)邏輯功能及保護(hù)裝置狀態(tài)兩方面共8個(gè)類進(jìn)行描述，其中保護(hù)邏輯功能分別是“保護(hù)跳閘出口模型類”、“保護(hù)跳閘控制字模型類”、“保護(hù)定值模型類”，保護(hù)裝置狀態(tài)分別是“保護(hù)裝置動(dòng)作信號(hào)模型類”、“保護(hù)裝置狀態(tài)信號(hào)模型類”、“保護(hù)裝置開入開出模型類”、“保護(hù)裝置壓板模型類”以及“保護(hù)裝置故障信息模型類”，各類分別與保護(hù)裝置模型建立1：n的關(guān)聯(lián)關(guān)系;“保護(hù)跳閘控制字模型類”與“保護(hù)跳閘出口模型類”建立1：0..1的引用關(guān)系。

通用保護(hù)模型層從保護(hù)的原理出發(fā)，屏蔽各保護(hù)設(shè)備廠家的差異，建立了通用保護(hù)裝置模型和通用保護(hù)單元模型。通用保護(hù)裝置模型和通用保護(hù)單元模型均從通用保護(hù)模型繼承。

通用保護(hù)裝置模型的描述包含“通用保護(hù)裝置狀態(tài)信號(hào)類”、“通用保護(hù)裝置開入開出類”、“通用保護(hù)裝置壓板類”、“通用保護(hù)裝置故障信息”等4類，分別與通用保護(hù)裝置模型建立1：n的關(guān)聯(lián)關(guān)系;通用保護(hù)單元模型包含“通用保護(hù)動(dòng)作信號(hào)類”以及“通用保護(hù)定值類”，分別與通用保護(hù)模型建立m：n的關(guān)聯(lián)關(guān)系，這主要考慮到保護(hù)動(dòng)作信號(hào)和保護(hù)定值可能關(guān)聯(lián)保護(hù)單元也可能關(guān)聯(lián)保護(hù)裝置本身。

通用保護(hù)模型中的類與保護(hù)裝置模型中的類進(jìn)行引用關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置到通用保護(hù)之間的信息互通。

線路保護(hù)是繼電保護(hù)重要組成部分，本文以220kV甲線RCS-931A保護(hù)裝置為例進(jìn)行簡(jiǎn)單建模說明。

220kV甲線RCS-931A從220kV甲線采集狀態(tài)信息，并根據(jù)故障狀態(tài)情況驅(qū)動(dòng)跳閘開關(guān)類出口接點(diǎn)使甲線開關(guān)跳閘。保護(hù)裝置模型層已建立管轄區(qū)域內(nèi)保護(hù)的保護(hù)裝置模型，根據(jù)甲線保護(hù)為RCS-931A查找保護(hù)裝置模型層中的RCS-931A模型，建立起保護(hù)裝置層與保護(hù)裝置模型層之間的關(guān)聯(lián)。

在RCS-931A模型中，保護(hù)定值項(xiàng)含有電流差動(dòng)保護(hù)、接地距離I段、補(bǔ)償系數(shù)等多項(xiàng)定值，而對(duì)于使用通用保護(hù)模型的應(yīng)用系統(tǒng)，通用 保護(hù)定值中含縱聯(lián)距離保護(hù)、電流差動(dòng)保護(hù)、過流I段、接地距離I段等，從而通用保護(hù)保護(hù)定值可根據(jù)自身需要建立與保護(hù)裝置模型層的電流差動(dòng)保護(hù)、接地距離I段之間的關(guān)聯(lián)，而屏蔽掉補(bǔ)償系數(shù)這樣的差異性保護(hù)定值。

2?

智能故障分析系統(tǒng)如圖5所示，是部署在生產(chǎn)控制大區(qū)的控制區(qū)，與能源管理系統(tǒng)（EMS）、保護(hù)及故障錄波系統(tǒng)、保護(hù)信息管理主站系統(tǒng)、定值單系統(tǒng)等多系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)的一套應(yīng)用系統(tǒng)。本文從電力設(shè)備故障發(fā)生，?保護(hù)動(dòng)作后，智能故障分析系統(tǒng)的簡(jiǎn)單分析過程進(jìn)行闡述。

利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)果和開關(guān)跳閘信息，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜烷_關(guān)跳閘信息的故障定位。由EMS系統(tǒng)采用保護(hù)CIM擴(kuò)展模型快速而可靠地從現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)裝置獲取開關(guān)跳閘信息，因而能快速定位發(fā)生簡(jiǎn)單故障的電力設(shè)備，智能故障分析系統(tǒng)與EMS系統(tǒng)利用CIM擴(kuò)展模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，立即可定位故障電力設(shè)備。

保信系統(tǒng)從現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)裝置提取實(shí)際裝載的保護(hù)定值，智能故障分析系統(tǒng)根據(jù)保護(hù)CIM擴(kuò)展模型中提取到的保護(hù)裝置設(shè)備信息（如甲站220kV甲線RCS-931A），對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)定值單系統(tǒng)中該裝置的保護(hù)定值，通過對(duì)比確定現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)裝置定值整定有無錯(cuò)誤。

智能故障分析系統(tǒng)從保護(hù)及故障錄波系統(tǒng)提取保護(hù)動(dòng)作項(xiàng)、動(dòng)作值、動(dòng)作時(shí)間，從保信系統(tǒng)提取保護(hù)動(dòng)作項(xiàng)對(duì)應(yīng)的整定值，通過對(duì)比確認(rèn)保護(hù)裝置跳閘動(dòng)作是否正確。

智能故障分析系統(tǒng)綜合各系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)建立了線路強(qiáng)送規(guī)則庫，當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，根據(jù)規(guī)則庫進(jìn)行強(qiáng)送的判斷，展示給調(diào)度員線路不能強(qiáng)送電的原因。

系統(tǒng)通過EMS系統(tǒng)提供的線路類型即可判斷故障線路為全電纜線路，不再強(qiáng)送。

系統(tǒng)通過保護(hù)定值單系統(tǒng)及保信系統(tǒng)的定值單可判斷故障線路無可快速切除故障的主保護(hù)，不再強(qiáng)送。

系統(tǒng)通過自身判斷得出保護(hù)設(shè)備動(dòng)作行為評(píng)價(jià)，認(rèn)定保護(hù)動(dòng)作行為不正確，不再強(qiáng)送。

系統(tǒng)根據(jù)EMS系統(tǒng)提供的保護(hù)檢修票認(rèn)定線路有帶電作業(yè)工作，不再強(qiáng)送。

本文針對(duì)IEC61970-301標(biāo)準(zhǔn)中保護(hù)CIM模型進(jìn)行研究，擴(kuò)展出一種“保護(hù)裝置層、保護(hù)裝置模型層、通用保護(hù)模型層”的三層次保護(hù)CIM模型，對(duì)各層次模型包含的類及層次模型之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)描述，闡述線路保護(hù)利用CIM擴(kuò)展模型建模方法，最后保護(hù)設(shè)備CIM擴(kuò)展模型，在智能故障分析系統(tǒng)中故障電力設(shè)備定位及測(cè)距、保護(hù)設(shè)備動(dòng)作行為評(píng)價(jià)、線路強(qiáng)送電輔助決策等方面得以應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

蔣連鈿（1988），男，廣西全州人，工程師，工學(xué)碩士，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)運(yùn)行維護(hù)管理工作。

黃 ?超（1987），男，湖北荊門人，高級(jí)工程師，工學(xué)碩士，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)整定計(jì)算與定值優(yōu)化工作。

劉 ?斌（1986），男，湖北仙桃人，高級(jí)工程師，本科，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)管理工作。

毛建維（1983），男，甘肅環(huán)縣人，工程師，工學(xué)碩士，主要從事調(diào)度配網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用軟件研發(fā)。