基于繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)的智能調(diào)度優(yōu)化研究

李志清

(國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司廈門供電公司，福建廈門 361004）

基于繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)的智能調(diào)度優(yōu)化研究

李志清

(國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司廈門供電公司，福建廈門 361004）

優(yōu)化改造繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)對(duì)于滿足智能調(diào)度的業(yè)務(wù)需求有著至關(guān)重要的作用，現(xiàn)從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、故障診斷、信息格式和通信規(guī)約等方面較為詳細(xì)地探討了優(yōu)化改造方案。實(shí)際運(yùn)行表明，系統(tǒng)整體運(yùn)行水平得到了有效提升。

繼電保護(hù)；故障信息系統(tǒng)；智能調(diào)度；優(yōu)化；改造

0 引言

為了滿足我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高速發(fā)展的電能需求，國(guó)家電網(wǎng)公司開始推進(jìn)智能堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)的建設(shè)。其中，基于繼電保護(hù)系統(tǒng)的智能調(diào)度優(yōu)化是建設(shè)智能堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)的重要工作之一。我國(guó)過(guò)去所使用的繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)，主要通過(guò)通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)變電站故障信息和運(yùn)行信息的實(shí)時(shí)收集，為電網(wǎng)故障信息及繼電保護(hù)信息的分析和處理提供所需的數(shù)據(jù)支撐。綜合分析所獲得的數(shù)據(jù)，便于企業(yè)調(diào)度管理部門及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握故障情況，開展故障定位和事故分析工作，但該系統(tǒng)存在著報(bào)文混亂、上報(bào)信息不完整等許多亟待改進(jìn)的地方。

基于基本數(shù)據(jù)集和系統(tǒng)整體架構(gòu)，筆者較為深入地研究了其存在的主要問(wèn)題，設(shè)計(jì)了全新的、基于分布式體系結(jié)構(gòu)的、組件化和面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)等系統(tǒng)的互聯(lián)互通和即插即用等，擁有定值整定、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視和二次設(shè)備管理等相關(guān)功能，并能綜合分析二次設(shè)備所記錄的故障信息和異常信息。

1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

基于現(xiàn)有系統(tǒng)所擁有的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，為滿足智能調(diào)度的業(yè)務(wù)需求，對(duì)原有故障信息系統(tǒng)進(jìn)行完善、改造和優(yōu)化。首先，重新優(yōu)化設(shè)計(jì)了繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)的架構(gòu)。通過(guò)多通道、多路徑進(jìn)行信息采集，基于多套輔助系統(tǒng)來(lái)收集和獲取與繼電保護(hù)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，以便為日后的故障診斷分析提供可靠、實(shí)時(shí)和智能的數(shù)據(jù)。結(jié)合企業(yè)所在區(qū)域的實(shí)際情況，主要采取如下典型應(yīng)用模式來(lái)進(jìn)行繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)的優(yōu)化和改造:

1.1 智能變電站

基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，智能變電站把保護(hù)信息上傳到站控層，實(shí)現(xiàn)故障錄波、保護(hù)裝置、開關(guān)變位動(dòng)作信息等數(shù)據(jù)的集成收集，能夠提供故障信息綜合決策分析的功能。站控層和站內(nèi)保護(hù)裝置均基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)度端平臺(tái)D5000采用M編碼和TCP協(xié)議進(jìn)行通信。

錄波主站和故障錄波器通信采取的是IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，錄波主站接入調(diào)度端平臺(tái)D5000時(shí)，采取的是國(guó)網(wǎng)103規(guī)約，站控層和站內(nèi)故障錄波器通信采取的是IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，從而提供故障定位和分析功能。

1.2 基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)通信的主站

模式為監(jiān)控、保護(hù)分別組網(wǎng)。站內(nèi)保護(hù)裝置和保護(hù)信息子站之間的通信采用的是IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，在優(yōu)化改造保護(hù)信息子站之后，實(shí)現(xiàn)測(cè)距信息和保護(hù)信息的傳送，調(diào)度端平臺(tái)D5000采用M編碼和TCP協(xié)議進(jìn)行通信。

錄波主站和故障錄波器通信采取的是IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，錄波主站接入調(diào)度端平臺(tái)D5000時(shí)，采取的是國(guó)網(wǎng)103規(guī)約，站控層和站內(nèi)故障錄波器通信采取的是IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，從而提供故障定位和分析功能。

1.3 常規(guī)變電站

錄波主站和故障錄波器仍沿用過(guò)去采用的通信方式。其中，故障錄波器采用的是單獨(dú)組網(wǎng)的方式，基于國(guó)網(wǎng)103規(guī)約，實(shí)現(xiàn)調(diào)度錄波主站接入平臺(tái)D5000，從而提供故障分析和定位功能。

2 現(xiàn)狀分析

2.1 通信現(xiàn)狀分析

現(xiàn)階段，在大規(guī)模應(yīng)用故障錄波器和繼電保護(hù)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之后，表現(xiàn)出愈發(fā)突出的接口規(guī)范化問(wèn)題。因?yàn)楣收箱洸ㄆ鲾?shù)據(jù)文件格式和廠家保護(hù)規(guī)約的差異，增加了子站設(shè)備維護(hù)、信息接入工作的困難，子站主要基于不同電表的解釋來(lái)進(jìn)行信息的處理，使得主站轉(zhuǎn)出、轉(zhuǎn)入規(guī)約的設(shè)計(jì)工作較為復(fù)雜，且不便于調(diào)試。另外，通過(guò)子站共同轉(zhuǎn)出繼電保護(hù)信息和錄波器數(shù)據(jù)，使得子站始終處于較低運(yùn)行效率的工作狀態(tài)下，在故障狀態(tài)下，容易出現(xiàn)信息堵塞的情況，從而使得主站無(wú)法獲得所需的數(shù)據(jù)。

在參閱大量相關(guān)學(xué)術(shù)文獻(xiàn)，并結(jié)合實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，筆者認(rèn)為繼電保護(hù)和錄波器獨(dú)立組網(wǎng)分別接入主站是現(xiàn)階段的最優(yōu)選擇，以便實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)信息和錄波器數(shù)據(jù)的分流，即使在故障情況下，也能夠獲得更多向主站上傳故障信息的機(jī)會(huì)。

2.2 錄波器數(shù)據(jù)的通信接入

信息量大是錄波器數(shù)據(jù)的主要特點(diǎn)，為了方便記錄和分析數(shù)據(jù)，各生產(chǎn)廠家都對(duì)文件儲(chǔ)存方式進(jìn)行了相應(yīng)的定義。在錄波器數(shù)據(jù)向主站發(fā)送過(guò)程中，廠家通常都會(huì)選擇以TCP/IP協(xié)議為基礎(chǔ)的私有文件傳輸協(xié)議，從而要求將通信轉(zhuǎn)換模塊設(shè)置在調(diào)度主站中，并采用COMTRADE暫態(tài)數(shù)據(jù)通用格式來(lái)儲(chǔ)存錄波器數(shù)據(jù)，達(dá)到錄波數(shù)據(jù)共享及交互的目的。

2.3 繼電保護(hù)數(shù)據(jù)的通信接入

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)變電站主子站都存在著相應(yīng)的103擴(kuò)展規(guī)約，保護(hù)裝置也主要采用了103規(guī)約來(lái)作為通信子站接入的標(biāo)準(zhǔn)，可以較為簡(jiǎn)便地傳輸開關(guān)動(dòng)作信息、保護(hù)動(dòng)作信號(hào)及其運(yùn)行保護(hù)定值、保障報(bào)告和運(yùn)行異常信號(hào)，能夠按照用戶的實(shí)際需求進(jìn)行數(shù)據(jù)的設(shè)定，同時(shí)實(shí)現(xiàn)主站調(diào)用故障信息數(shù)據(jù)的相關(guān)功能。需要注意的是，該規(guī)約只能通過(guò)子站進(jìn)行歷史報(bào)告的檢索，還無(wú)法實(shí)現(xiàn)基于保護(hù)裝置來(lái)檢索歷史動(dòng)作報(bào)告數(shù)據(jù)。對(duì)于子站來(lái)說(shuō)，需對(duì)保護(hù)裝置發(fā)送的保護(hù)時(shí)間信息進(jìn)行采集和合并，并在完成歸類后予以發(fā)送和儲(chǔ)存。

3 故障信息整合

3.1 交互策略

為滿足智能調(diào)度的技術(shù)要求，必須高度關(guān)注源端數(shù)據(jù)的維護(hù)和采集，實(shí)現(xiàn)故障信息采集、處理等環(huán)節(jié)工作的簡(jiǎn)化，以便有效增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率，重點(diǎn)針對(duì)主站對(duì)故障性質(zhì)分析、故障定位、數(shù)據(jù)屬性甄別等應(yīng)用進(jìn)行服務(wù)。通過(guò)系統(tǒng)子站架構(gòu)的簡(jiǎn)化，大幅度增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行效率。其中，源端數(shù)據(jù)的信息整合是工作的重點(diǎn)。

筆者建議采取文件形式來(lái)進(jìn)行故障報(bào)告的儲(chǔ)存和上報(bào)，以便從保護(hù)裝置來(lái)進(jìn)行故障信息的歷史查詢，并形成較為全面的區(qū)域事故報(bào)文。最為重要的是，不容易丟失故障信息。

在采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行繼電保護(hù)設(shè)備接入的情況下，歷史報(bào)告通過(guò)日志功能完成儲(chǔ)存，從而實(shí)現(xiàn)子站設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化，并無(wú)須對(duì)保護(hù)動(dòng)作信息進(jìn)行特殊合成處理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)保護(hù)裝置內(nèi)歷史故障信息的直接提取功能。

3.2 基于HDR格式的故障報(bào)告

必須遵循XML 1.0規(guī)范來(lái)制定故障報(bào)告的書寫格式，采取UTF-8編碼，并儲(chǔ)存和上報(bào)HDR子文件。故障報(bào)告由多種公共信息體和Setting Value、DigitalEvent、DigitalStatus、Faultinfo、Tripinfo、Deviceinfo等主要信息體構(gòu)成。故障概括及動(dòng)作過(guò)程能夠通過(guò)報(bào)告內(nèi)容予以清晰地顯示和反映。

各信息體所表述的內(nèi)容如下:(1）SettingValue為可選。實(shí)現(xiàn)故障情況下裝置實(shí)際定值的部分記錄。(2）DigitalEvent實(shí)現(xiàn)按動(dòng)作時(shí)間對(duì)開關(guān)量進(jìn)行排序，并完成返回時(shí)間和動(dòng)作時(shí)間的記錄；同時(shí)記錄裝置開入自檢信號(hào)的變化事件等。(3）DigitalStatus完成故障狀態(tài)之前裝置開入自檢信號(hào)的部分記錄。(4）Faultinfo完成故障狀態(tài)下故障距離、故障相、故障電壓和故障電流的部分記錄。(5）Tripinfo完成故障狀態(tài)下保護(hù)動(dòng)作的部分記錄。(6）Deviceinfo完成記錄裝置信息的部分記錄。

4 智能故障判斷模式

4.1 故障診斷模式

在出現(xiàn)故障時(shí)，主站會(huì)接收到大量的數(shù)據(jù)報(bào)文。主站在完成信息接收之后，無(wú)法快速地判斷、直觀地閱讀故障的性質(zhì)和事件的發(fā)展過(guò)程，故采取基于動(dòng)作信息的方式來(lái)進(jìn)行故障的判斷:基于動(dòng)作出口跳閘、故障錄波信息和繼電保護(hù)信息來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的判斷。這樣一來(lái)，只需要完成和繼電保護(hù)故障錄波系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)接口的開發(fā)和調(diào)試。

4.2 故障信息模板內(nèi)容

故障信息模板應(yīng)當(dāng)具有以下內(nèi)容:最大短路電流、故障測(cè)距信息、重合情況、選相、開關(guān)變位信息和設(shè)備故障名稱等相關(guān)信息。

5 結(jié)語(yǔ)

在完成優(yōu)化改造之后，方案運(yùn)行穩(wěn)定，極大地提高了工作效率，且明顯改善了系統(tǒng)內(nèi)部信息交換的效率，增強(qiáng)了智能調(diào)度管理工作的現(xiàn)代化水平，提升了繼電保護(hù)的可靠性，獲得了極為顯著的效益。

[1]高湛軍，陳青，程婷婷，等.應(yīng)用于電網(wǎng)故障診斷的統(tǒng)一信息模型[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010(9）

2014-10-16

李志清(1981—），男，福建泉州人，工程師，研究方向:電力調(diào)度。