概述电力系统继电保护常见典型故障及保护措施

摘要：近年来各种微机保护系统、自动化装置和故障录波器在我国得到了大力的推广和应用，由于电力系统中的微机继电保护装置和故障录波器都是单个产品，不同厂家间的设备难以顺利地进行信息和数据的交流与互换，并且不同厂家的软件和通讯方式各不相同，这使得在厂站的扩建中会造成硬件设备的重复建设和数据管理的不便。[1]在这种背景下，构建一个完善的电力系统继电保护及故障信息系统对不同厂家和不同类型的微机保护装置与故障录波装置进行统一管理，提高数据的处理速度和故障的分析能力，就显得尤为重要。

关键词：电力系统 继电保护 故障 设计

中图分类号：F470.61 文献标识码：A 文章编号：

正文：

一、电力系统继电保护及故障信息系统的研究现状

目前国外已有很多继电保护及故障信息系统投入到实际应用中，并且取得了较好的效果，但我国对电力系统继电保护及故障信息系统的研究还处于起步阶段，虽然具备较完善的理论知识，但是实践经验却比较少。[2]现阶段电力系统继电保护及故障信息系统建设的迫切任务是为系统的功能定位、规划和实施确定一种合理的框架，同时确定数字式保护和故障录波器的数据处理方式、所支持的数据交换协议，以及对各种信息的定义和动作时间的描述方式。[3]

二、电力系统继电保护及故障信息系统的设计

1.电力系统继电保护及故障信息系统的结构分析

电力系统继电保护及故障信息系统的结构见图1，整个系统由主站层、通信层、子站层和设备层构成，其中主站层由调度管理系统、调度工作站、数据服务器和打印机等设备构成，主要功能是分析和处理上传信息，并与其他系统进行数据交换和共享；[4]通信层的功能是将子站收集和预先处理过的信息上传到主站层，便于工作人员进行查看和管理；子站层的功能是对设备层采集到的各种信息进行简单的预处理，然后经通信层传递给主站层；设备层由微机保护、故障录波器和GPS等设备构成，主要功能是对现场故障信息进行采集。

2.电力系统继电保护及故障信息系统的设计原则

（1）开放性和兼容性。系统设计时，除了要考虑到对原有软、硬件设施的兼容，还要考虑到未来各种应用系统的互操作性，确保用户能够保持原有的操作习惯，同时保证系统在未来有良好的可扩展性。（2）可维护性。系统尽量要在可视的前提下进行各种功能的维护，同时各种功能的维护都可以通过可视化窗口和元件来操作。（3）可靠性。系统的自我恢复和容错能力要强，具备较强的可靠性和安全性，从而确保整个电力系统能够正常稳定地运行。

3.电力系统继电保护及故障信息系统硬件环境的开发

（1）主站系统结构的开发。系统将采用主站分布式结构，这样各主站系统会以专线或者是通信网络的方式连接到各自所管辖的子站上，对子站的数据信息进行分别存储和处理，并和其他主站间进行数据的共享。[5]利用专门的通信前置机，主站系统和所管辖的子站系统之间能够顺利地进行数据交换与通信。利用Web服务器，某个主站系统可以向其他主站系统提供Web数据服务。通过在Web服务器和其他SCADA/EMS、MIS网络间安装系统防火墙，能够防止未授权用户对系统进行访问，从而极大地提高系统的安全性。通过在不同的工作站中安放不同的功能同时可以配置一些如整定计算和专业工作站，来满足不同用户的需求。

（2）主站系统结构的开发。电力系统继电保护及故障信息系统中的设备的种类和数量繁多，子站系统需要解决的问题是如何将这些设备连接到系统中，同时还要能对这些设备进行管理和远程维护，因此系统的设计必须解决装置的通信接口问题。本系统通过采用光电隔离器和多串口的通信设备相连，来解决RS-422、RS-485和RS-232的串口问题。一般设备通过集线器或交换机接入到工控机上，LONWORK设备通过专门的LON卡连接到工控机上，采用CAN总线接口的设备通过专门的转换装置连接到相应子站的工控机上。通过子站系统，设备层所采集到的信息能够传输给子站的后台设备和各级主站，子站后台需要拥有初级的数据处理和人机界面功能。除了特殊情况，一般是不提倡建立子站后台的，因为会增加系统的维护和运行成本。

4.电力系统继电保护及故障信息系统软件环境的开发

（1）软件环境的结构开发。图2为软件系统的结构开发图。本文所涉及的电力系统继电保护及故障信息系统以分布式系统和CORBA技术为基础，整个系统由多个分布式系统组成，多个分布式系统又分别由多个位于不同位置的独立对象组件构成，这样可以确保网络上的任意一台计算机都能够实现即插即用，从而实现系统的可维护性、可扩展性和开放性。

（2）操作系统平台和对象持久化接口服务器的开发。为了确保操作系统平台无关性的实现，整个系统必须支持多用操作系统平台，其中客户端系统必须支持Windows的一系列操作系统；服务器端系统必须支持LINUX、Windows和UNIX系统等。作为一种独立设计的通用接口服务器，对象持久化接口服务器分布在数据库服务器和上层应用间，在系统所采取的关系型数据库和面向对象的应用程序间建立连接，从而完成各种故障信息的转换和匹配。

（3）可扩充的应用系统结构。作为基本的人机界面框架，可扩充的应用系统结构具有通用图形，可以操作数据。通常情况下，可扩充的应用系统结构应包含以下功能：具有面向的方式，能够操作地理连线形和系统图；具有以对象组织关系为基础的窗口操作功能；具有良好的人机界面，运行工作人员对系统进行操作和管理。

（4）事件通知服务。当电力系统发生故障时，继电保护及故障信息系统的子站要能够及时采集和处理故障信息，并将处理后的信息上传给相应的主站系统。系统的子站事件处理程序将采集IED设备所产生的事件信息，并将这些信息转化为一种预先定义的事件信息结构，然后通过公关请求结构中的“事件通知服务”，采用标准的接口调用主站系统的事件通知服务器接口，将事件信息传递给主站系统，让主站进行进一步的分析。本系统必须具备对事件进行预先过滤的功能，因此系统中的事件格式是结构化的。

（5）数据采集器和二次设备对象组件集合的介绍。作为一种独立的对象组件程序，数据采集器的构建基础是对象持久化接口服务器，其功能是收集和存储各种数据信息。数据采集器任务的展开需要事件服务器为其提供一定的事件通道，然后选择一定的数据传输方式。数据库会对数据采集器收集的数据信息进行存储，并与相关的设备进行关联，从而形成针对性的事件日志。本系统需要通过分布式公共请求结构，与现场的所有二次设备（如继电保护装置和故障录波器等）进行连接，同时与一个公共请求结构服务器对象组建进行连接，从而为用户提供各种特殊的应用程序。

（6）设备对象的网关设置。设备对象调用服务可以将每一个硬件设备变成相应的功能对象，设备功能对象的访问会引起硬件设备的访问。对设备对象的引用会存储到数据库中，并与相应设备在数据库中的记录进行关联。使用对象发行机制利用设备号进行查询，能够从设备的完整对象中获取该设备的功能对象，同时也能够从设备的功能对象中间接得到该设备的完整对象。因此，利用设备的完整对象可以直接访问设备的当前状态和设备的静态属性，同时无论设备的功能对象是否存在，设备的各项操作都能被调用。

（7）主站数据库的设计。主站数据库对采集的信息进行分析和处理，然后将处理过的数据进行存储，并与其他主站间进行数据的交换和共享，同时采用关系型数据库来作为与其他系统进行数据交流的平台。关系型数据库由表、表之间的索引、表具有的字段等三个部分构成，通过表之间的索引来描述设备间的关系。由于关系型数据库中表与表间不能建立一对多的索引，因此必须在CIM中选择合适的关联方向来与关系型数据建立映射关系，从而描述关系表。

（8）数据的分类、访问和存储。继电保护及故障信息系统所采集和提供给管理者的信息是复杂多样的，包括时间信息、故障信息、系统自检信息和开关量信息等。虽然故障数据间有一定的关联性，但是系统的保护装置和故障录波器在传输数据时不能保证一并传输所有相关联的数据，因此需要子站系统对采集到的数据信息进行分析和过滤，从而确保将有用的信息传递给主站和管理者。子站系统对采集到的信息进行分析时，会根据数据的重要程度和使用者进行过滤，过滤后的信息会分为等待访问的数据和主动上传的数据，其中主动上传的数据会及时传输给主站，确保管理人员能对系统故障进行及时的了解和判断。

三、结语

本文所开发的继电保护及故障信息系统能够自动监测和采集现场设备的运行数据，对现场设备的数据进行分析和处理后提供给管理人员，对子站上传的各种信息进行存储，并且能够确保系统的良好通信，为电网系统的安全和可靠运行提供了良好的保障。当然本系统仍然存在一些不足，如保护设备的更新、对各种故障信息还需进一步分类和储存、二次设备所传输的数据在内容和格式上尚需进一步规范等，这需要日后进行更深入的研究。

参考文献：

[1] 贾旭东 . 继电保护故障信息系统的应用研究 [D]. 北京 : 华北电力大学 ,2011.

[2] 赵有诚 , 赵曼勇 , 贺春 . 继电保护故障信息系统建设经验谈 [J].继电器 ,2006,34(6).

[3] 何鸣, 王皓,黄礼文. 继电保护故障信息子站建立的调试方法和应用 [J]. 电力系统保护与控制 ,2009,(10).

[4] 夏国明 . 继电保护故障信息系统的研究 [J]. 煤炭技术 ,2011,(5).

[5]汪源生.基于Web的继电保护信息管理系统的开发与应用[J].电力系统自动化 ,2001,25(5).