电网继电保护与故障信息系统的研究与设计

摘要：电网继电保护及故障信息处理系统由子站系统、主站（分站）系统和通信网络几部分组成。该文提出了继电保护故障信息系统的设计指导思想，分析了其系统组成，并重点分析了主站系统的功能设计。

关键词：继电保护；故障信息系统；故障分析；子站系统；主站系统

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）20-4729-03

电力系统规模不断扩大、各类结构日益复杂，如果对继电保护信息监控、保护动作行为分析、系统故障诊断的自动化发展水平相对滞后，一旦出现故障发生、保护误动拒动、信道干扰等诸多不确定因素时，将极大地影响继电保护运行管理的效率，尤其是“调控一体化”的新型运行体系建设，电网故障时大量的故障信息将在短时间内涌入调度中心，超过了调度主站和运行人员的处理能力，更容易使调度员误判、漏判。因而，建立具有统一通行规约接口、统一数据结构、统一保护信息及故障智能分析的继电保护故障信息系统对于电力系统故障快速、准确识别，事故状态下输电网的科学调度具有重要的决策参考作用。

1 设计指导思想

系统的设计目标，是符合国家电力公司的相关要求，充分利用网络与信息技术，建设统一规划、统一规范、统一信息平台的电网继电保护信息采集分析处理系统。完成的功能有：

1）对全网保护设备和录波设备等二次装置的实时监测和控制；

2）提示对运行异常（有缺陷）设备的检修；

3）自动分析电网故障，能准确、快速地诊断出故障区域、故障点及故障性质；

4）自动分析继电保护动作行为；

5）继电保护专业管理的网络化及工作方式的标准化和规范化。

继电保护与故障信息系统一般由调度子站系统、分站系统及主站系统三部分通过电力数据网络连接组成。子站系统布置于厂站端现场。分站系统属于地市网调级，一般管理220kV厂站。主站系统属于省网调级，一般管理重要的220kV厂站和500kV厂站。考虑到与调度系统开放互联、数据共享的需要，以及系统自身特性，设计原则如下：

1）管理模式采用主站、分站独立的三级管理模式，子站对主站和分站具备数据远传口，将采集的继保信息数据，依据配置，通过电力数据通信网选择向主站、分站传送，主站与分站之间不发生继保信息数据交互；

2）遵照IEC 61850、IEC 61970国际规范标准，通讯规约设计配置为103规约，网络通讯协议采用TCP/IP协议，图形图纸资料交换采用矢量图形SVG格式，支持任意缩放，配置信息交换采用扩展标记语言XML格式；

3）软件框架采用模块化的结构，便于进行功能扩展，数据存储采用分散式存储、异地同步备份机制，可实现在本系统受到重大破坏时，提供容灾恢复机制。

2 子站系统设计

子站系统完成采集二次系统继电保护设备、故障录波器的数据和波形文件，进行记录、检出、分类，按照通信规约协议封装，并根据权限和优先级设置向主站系统、分站系统远传所需的数据和波形记录文件。根据各厂站已有调度自动化监控配置，子站系统设计的核心是接入故障录波器、继电保护设备与调度自动化监控的匹配连接方式。

2.1 故障录波器接入

故障录波器基于IEC61850标准，传输故障COMTRADE格式录波文件、录波简报、SGCB定值组控制信息、录波启动信号及远方启动录波和复归录波告警信号。通过以太网实现数据接入和共享、资源共享。对于串口方式的录波器，可增加串口/网口 协议转换器实现以太网接入。

2.2 继保设备接入

如果为新建子站的情形，可考虑从保护管理机接入，将保护装置全部接入保护管理机，再由保护管理机提供独立的通信口，分别与保护和监控通信。此情形下，保护装置由管理机单独管理，与厂站监控系统相对独立，互相干扰少。

如果为已运行厂站自动化监控系统再追加继电保护信息系统的情形，可考虑从监控系统接入，将所有测控装置和保护装置均挂在一个管理机上，再由管理机通过串口或网络把数据传送到继电保护系统。

3 主站（分站）系统设计

主站系统与分站系统在功能及构成上基本相同，只是分站系统接入的子站比主站系统少。主站系统定位于电网正常运行时对二次设备的实时监视、管理和控制，以及电网发生故障后，实时故障通知，故障判断、分析、决策和处理。其核心功能是监视子站采集、分类远传来的各类设备状态信息，进行汇总和分析，对继电保护故障进行知识推理，实现电网整定值核算、故障点测距定位、动作行为分析、常见故障诊断及日常运行状态监控等操作，主要组成如图2。

3.1 日常运行管理模块

日常运行管理模块主要实现：1）继电保护设备基本信息台账（名称、型号规格、生产厂、隶属厂站、安装位置、电压等级、所保护的一次设备等）、运行状态的统一管理及历史运行信息查询，编辑和设备台帐的打印，及运行指标、定期校验报告、调度月报等报表的输出；2）可以通过厂站主接线图、保护配置图等图形方式搜索到保护装置，进行管理和维护电网原始参数；3）对调度范围内系统的实时数据，进行短路电流整定计算，完成整定值校核，生成的定值单按照定制的确认流程经授权确认后，可远程向子站下发定值修改命令。

3.2 报警提示模块

报警提示模块主要实现：主站系统收到子站上传的实时故障信息后，按照信息的优先权和到达主站的时间先后，立即在电网地理接线图或站内主接线图的相关故障设备上闪烁报警，以列表方式弹出故障简要信息，并伴有声光提示。同时，进行信息报文预判识别，剔除掉可能的误传信息或虚警。

3.3 故障分析判断模块

故障分析判断模块主要实现：1）显示各通道录取的数据波形，并可根据需要进行相量图、序分量、谐波、功率以及开关信号、高频信号等分析；2）可选多种单端和双端测距算法，定位线路故障点；3）通过分析保护的动作原理并用实际测量值验算动作方程来分析保护动作的行为，找到引起保护误动/拒动行为的原因；4）利用经验知识专家库辅助诊断故障设备定位。

3.4 信息整理模块

信息整理模块主要实现：主站系统完成故障分析后，将故障信息归档入库，生成规范完整的故障报告和检修报告，并可以通过Web故障信息，提供录波数据文件下载。

3.5 图形生成模块

图形生成模块主要实现：1）能绘制点、直线段、多边形、弧线、曲线及文字等组合形成线路、母线、变压器等各类保护设备图元，并支持对各种图元进行删除、剪切、拷贝、移动等多种方式的操作，输入输出SVG格式图形文件；2）可识别和同时打开多个COMTRADE波形文件，实时图形展示设备状态及当前各种故障信息。

3.6 系统维护配置

系统维护配置模块主要实现：用户角色权限管理、通讯规约配置、通讯端口配置、继电保护装置规格参数配置、故障录波器参数配置、设备定义、GPS时钟报文格式定义、历史库维护等功能，并通过XML和其他系统进行数据交换。

4 安全防护的考虑

继电保护及故障信息管理系统作为二次系统的一部分，需要与其他各系统互连。应按照国家经贸委《电网和电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护的规定》、国家电力监管委员会《全国电力二次系统安全防护总体方案》的要求制定具体安全防护具体措施，保障电力数据网络的安全性、可靠性和实时性。

5 结束语

本文对电网继电保护及故障信息系统的组成进行了全面论述，重点分析了主站系统的功能的设计。继电保护故障信息系统规模庞大，结构复杂，实现了继电保护运行、管理的网络化、自动化。它的发展和完善.也是二次系统自动化的要求和发展方向。

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