繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)在電廠中的應(yīng)用

王智濤

(華能技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院，北京市，100023)

0 引言

為了適應(yīng)目前國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和日益增長(zhǎng)的電力需求，國(guó)內(nèi)各大發(fā)電企業(yè)都加快了對(duì)電廠的建設(shè)與擴(kuò)容，全國(guó)的裝機(jī)容量得到了快速增加;根據(jù)國(guó)務(wù)院“上大壓小”的政策精神，電力企業(yè)向著大容量、大機(jī)組、大電源點(diǎn)的方向發(fā)展;為了滿足節(jié)能環(huán)保的要求，發(fā)電企業(yè)普遍加大了對(duì)脫硫、脫硝等節(jié)能環(huán)保技術(shù)手段的關(guān)注，大量的節(jié)能環(huán)保設(shè)備被應(yīng)用到了電廠;隨著發(fā)電企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，對(duì)發(fā)電成本的控制和要求更加嚴(yán)格，也使得各種節(jié)能降耗設(shè)備與技術(shù)得以應(yīng)用。

由于以上這些原因，電力設(shè)備大量增加，電廠自動(dòng)化水平進(jìn)一步提高，各類微機(jī)保護(hù)、自動(dòng)裝置、故障錄波器以及綜合自動(dòng)化設(shè)備被普遍采用，保護(hù)設(shè)備數(shù)量和類型都相應(yīng)增加，而對(duì)這些保護(hù)設(shè)備的要求卻更高、管理更加復(fù)雜。因此，設(shè)計(jì)與搭建集繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、故障錄波器等設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、計(jì)算分析、維護(hù)管理于一體的繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)是非常必要的［1］。

本文研究了繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)在電廠中的應(yīng)用。針對(duì)電廠繼電保護(hù)設(shè)備的特點(diǎn)，基于上海許繼的智能型繼電保護(hù)及故障信息處理系統(tǒng)(IPOFAS)［2］，開發(fā)與設(shè)計(jì)了一套適應(yīng)于電廠的繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)的運(yùn)行不僅大大節(jié)省了人力成本，而且提高了電力設(shè)備的穩(wěn)定性與電廠系統(tǒng)的安全性。

1 故障信息管理系統(tǒng)

繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)主要對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的各種保護(hù)裝置進(jìn)行監(jiān)視、控制和管理，提供為保護(hù)裝置服務(wù)的計(jì)算、分析等功能，并對(duì)保護(hù)裝置提供的信息進(jìn)行綜合分析與利用。該系統(tǒng)的搭建將從整體上提升電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的信息化、智能化水平，使保護(hù)裝置運(yùn)行、管理的各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)“可控”與“在控”，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)專業(yè)的管理現(xiàn)代化，如圖1所示［3-4］。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Configuration of relay protection and fault information management system

但是，目前所搭建的繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)都是圍繞電網(wǎng)系統(tǒng)的保護(hù)裝置進(jìn)行開發(fā)。主要研究的方向也是針對(duì)變電站、電網(wǎng)輸電等系統(tǒng)的各種繼電保護(hù)設(shè)備，鮮有針對(duì)電廠設(shè)計(jì)的繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)［3-5］。

然而，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)在電廠的廣泛應(yīng)用，電廠的自動(dòng)化水平和信息化水平大為提高。為了確保電廠系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定，電廠內(nèi)各類繼電保護(hù)裝置的信息采集、分析與管理變得越來越重要和緊迫。

2 電廠繼電保護(hù)特點(diǎn)

電廠繼電保護(hù)與電網(wǎng)繼電保護(hù)的特點(diǎn)和側(cè)重點(diǎn)有一定的區(qū)別［6］。電廠內(nèi)繼電保護(hù)除了線路保護(hù)部分，還包括發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)、變頻器等主設(shè)備保護(hù)，保護(hù)種類與類型復(fù)雜。大量新型微機(jī)保護(hù)、錄波器等設(shè)備被應(yīng)用到電廠，智能化水平進(jìn)一步提高，同時(shí)也要加強(qiáng)對(duì)這些設(shè)備技術(shù)圖紙、安裝說明、保護(hù)定值等的學(xué)習(xí)與管理。任何設(shè)備的保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)都將引起系統(tǒng)的振蕩，保持繼電保護(hù)裝置運(yùn)行正常、加強(qiáng)巡檢力度必不可少。每年機(jī)組大小修期間，各種設(shè)備的保護(hù)校驗(yàn)工作十分重要而艱巨。由于會(huì)出現(xiàn)機(jī)組非停、調(diào)停、檢修等情況，電廠的運(yùn)行方式和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)經(jīng)常發(fā)生變化。設(shè)備的定值整定計(jì)算方法和思路與電網(wǎng)相差較大。

目前，國(guó)內(nèi)繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)基本上都是針對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)的，缺少針對(duì)電廠開發(fā)該系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)。本文設(shè)計(jì)的針對(duì)電廠搭建的繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)基于I-POFAS的框架，結(jié)合電廠運(yùn)行人員、檢修人員實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，真正實(shí)現(xiàn)了需求與功能同步、理論與實(shí)踐最優(yōu)結(jié)合。

3 電廠故障信息管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)分析

基于電廠一次主接線圖和各臺(tái)機(jī)組二次接線圖的結(jié)構(gòu)，繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則是將電廠內(nèi)所有微機(jī)保護(hù)裝置、故障錄波器、智能電度表、電氣PLC裝置等設(shè)備全部納入到系統(tǒng)中，并在此基礎(chǔ)上對(duì)采集上來的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行深入、充分的整理分析，進(jìn)而為電廠電氣系統(tǒng)，尤其是繼電保護(hù)專業(yè)的技術(shù)管理監(jiān)督工作提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，使電廠電氣專業(yè)技術(shù)管理水平提高到一個(gè)新的高度。

根據(jù)主要的職責(zé)與功能的不同和I-POFAS系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)要求，該系統(tǒng)由主站和子站2部分構(gòu)成，主站、子站和保護(hù)裝置之間采用以太網(wǎng)組網(wǎng)，并采取必要的網(wǎng)絡(luò)安全措施。

主站系統(tǒng)由保護(hù)及錄波故障信息系統(tǒng)和保護(hù)及錄波設(shè)備管理運(yùn)行系統(tǒng)組成，除了采集各故障錄波器錄波信息及微機(jī)保護(hù)等設(shè)備的相關(guān)信息外，還作為繼電保護(hù)及故障信息系統(tǒng)信息發(fā)布平臺(tái)對(duì)各種保護(hù)信息提供瀏覽與查詢功能。

由于該系統(tǒng)采集的保護(hù)裝置數(shù)量較多，數(shù)據(jù)流量較大，若全部直接匯集于主站，可能會(huì)影響主站的運(yùn)行速度，因此子站系統(tǒng)分為一級(jí)子站和二級(jí)子站。二級(jí)子站主要功能是通過信息采集裝置將保護(hù)和錄波裝置的信息向一級(jí)子站傳送;一級(jí)子站不僅采集部分保護(hù)裝置的信息，還同時(shí)接收二級(jí)子站上傳的信息，最終將所有信息匯總后傳輸?shù)奖Ｗo(hù)主站。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電廠繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)的主站結(jié)構(gòu)如圖2所示。

繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)主站是一個(gè)對(duì)電氣系統(tǒng)故障信息進(jìn)行采集、傳輸、處理、分析的分布式、準(zhǔn)實(shí)時(shí)系統(tǒng);對(duì)所有采集到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、開發(fā)，并且維護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。主站系統(tǒng)具備子站系統(tǒng)接入、公共數(shù)據(jù)服務(wù)接口等基本能力，在此基礎(chǔ)上，建立繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)的應(yīng)用功能。無論該系統(tǒng)出現(xiàn)何種情況，絕對(duì)不會(huì)影響繼電保護(hù)、故障錄波器以及其他系統(tǒng)的安全、可靠及獨(dú)立運(yùn)行。

圖2 主站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.2 Configuration of master system

一級(jí)子站采用PC機(jī)管理子站內(nèi)所有采集上來的保護(hù)及故障錄波裝置信息，并通過遠(yuǎn)方通信功能將整理后的信息傳送到主站系統(tǒng)。子站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

一級(jí)子站能夠完成與子站內(nèi)微機(jī)保護(hù)裝置、故障錄波器、智能電度表、PLC裝置的通信，包括與各種裝置間通信規(guī)約的轉(zhuǎn)換，并且與現(xiàn)有設(shè)備之間可以采用原有裝置支持的通信規(guī)約;能通過GPS對(duì)時(shí)卡接收全廠GPS系統(tǒng)的對(duì)時(shí)信號(hào)校時(shí)，并對(duì)二級(jí)子站所帶的保護(hù)設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)方式進(jìn)行校時(shí);具有良好的可維護(hù)性，各部件都具有自檢和聯(lián)機(jī)診斷校對(duì)能力。子站所有功能的實(shí)現(xiàn)都不會(huì)影響保護(hù)設(shè)備的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。

二級(jí)子站的主要任務(wù)是采集、處理各保護(hù)裝置的內(nèi)部數(shù)據(jù)并上傳到一級(jí)子站，功能相對(duì)簡(jiǎn)單，這里不再贅述。

綜上所述，繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)不僅能滿足故障情況下對(duì)故障信息的快速采集、傳送和分析應(yīng)用，而且能夠?qū)崿F(xiàn)日常運(yùn)行中對(duì)微機(jī)繼電保護(hù)和故障錄波器的監(jiān)測(cè)功能。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)同時(shí)考慮運(yùn)行值班人員、繼電保護(hù)人員、保護(hù)管理人員的需求，真正提升了電廠工作中的科學(xué)引導(dǎo)、全面分析和安全可靠等能力。

4 故障信息管理系統(tǒng)評(píng)價(jià)

電廠搭建的繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)經(jīng)過了一段時(shí)間的實(shí)際運(yùn)行和檢驗(yàn)，一切運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠。該系統(tǒng)既滿足了故障情況下對(duì)故障信息的快速采集、傳送和分析應(yīng)用，又實(shí)現(xiàn)了日常運(yùn)行中對(duì)微機(jī)繼電保護(hù)裝置和故障錄波器的檢測(cè)功能。

系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面:

具有良好的人機(jī)交互界面，實(shí)時(shí)顯示電廠一次系統(tǒng)主接線圖中主設(shè)備的狀態(tài)。

智能化的數(shù)據(jù)采集、整理和歸類管理能力，大大減輕運(yùn)行人員實(shí)地抄表工作。

圖3 子站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.3 Configuration of substation system

能及時(shí)得到保護(hù)動(dòng)作信息，接收并顯示事件詳細(xì)信息和故障簡(jiǎn)報(bào)，為運(yùn)行人員的決策提供有力的依據(jù)。

故障保護(hù)事件實(shí)時(shí)通知，使檢修人員第一時(shí)間到達(dá)事故現(xiàn)場(chǎng)，節(jié)約搶修時(shí)間。

通過保護(hù)對(duì)時(shí)，可以將故障時(shí)刻下的各臺(tái)發(fā)電機(jī)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器等主設(shè)備的數(shù)據(jù)提供給檢修人員，便于故障分析與定位。

信號(hào)復(fù)歸、定值召喚等功能為繼電保護(hù)設(shè)備的大、小修后的恢復(fù)提供了便利與安全保障。

同時(shí)系統(tǒng)可以在以下幾個(gè)方面進(jìn)行完善研究:

缺乏針對(duì)電廠設(shè)計(jì)繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，照搬電網(wǎng)繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)思路具有很大的局限性。

對(duì)于電廠主要設(shè)備，如發(fā)電機(jī)，應(yīng)該建立基本的故障診斷專家系統(tǒng)。

應(yīng)該建立良好的擴(kuò)展功能，具備便捷的接入接口，如設(shè)備的更新?lián)Q代、系統(tǒng)的擴(kuò)展等。

電廠與電網(wǎng)的故障信息管理系統(tǒng)相互結(jié)合，使得電力系統(tǒng)故障定位更加準(zhǔn)確、分析更加科學(xué)。

5 結(jié)語

基于I-POFAS的思路與框架，本文針對(duì)電廠繼電保護(hù)系統(tǒng)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)出了一套繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)方案。該方案不僅緊扣發(fā)電企業(yè)特點(diǎn)、節(jié)約人力成本、大大減少了設(shè)備故障發(fā)生幾率和故障恢復(fù)時(shí)間，而且該系統(tǒng)的運(yùn)行有效的提高了電廠系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，并對(duì)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式有一定的指導(dǎo)作用。

［1］劉清瑞.繼電保護(hù)與故障信息管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及其實(shí)現(xiàn)［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2004(4):93-96.

［2］上海許繼I-POFAS保護(hù)及故障信息處理系統(tǒng)［J］.繼電器，2005(23):1-4.

［3］燕京，陳政.電網(wǎng)繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2006(12):85-89.

［4］高湛軍，潘貞存，卞鵬等.繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建［J］.繼電器，2005(2):50-53.

［5］段慧明，宿昌，齊歡等.電網(wǎng)故障信息處理及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004，28(1):94-96.

［6］王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用［M］.中國(guó)電力出版社，2001:70-71.