基于錄波裝置聯(lián)網(wǎng)的故障信息集中采集與處理在超（特）高壓電網(wǎng)中的應(yīng)用

任 超，李 燁，楊大哲

（1.國網(wǎng)山西省電力公司檢修公司，山西 太原 030032；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

基于錄波裝置聯(lián)網(wǎng)的故障信息集中采集與處理在超（特）高壓電網(wǎng)中的應(yīng)用

任 超1，李 燁1，楊大哲2

（1.國網(wǎng)山西省電力公司檢修公司，山西 太原 030032；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

為盡快掌握電網(wǎng)發(fā)生的故障情況，縮短電網(wǎng)事故處理時(shí)間，需及時(shí)收集、分析、管理關(guān)鍵的故障錄波數(shù)據(jù)，因此，建立一個(gè)穩(wěn)定、高效的故障錄波管理及分析系統(tǒng)是很有其必要性的。重點(diǎn)分析了基于錄波裝置聯(lián)網(wǎng)的故障信息集中采集與處理系統(tǒng)的組網(wǎng)方式、功能應(yīng)用和錄波裝置聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)特色，并根據(jù)故障實(shí)例，對錄波聯(lián)網(wǎng)功能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了具體展現(xiàn)。

故障錄波器；故障錄波數(shù)據(jù)；采集與處理；聯(lián)網(wǎng)；超(特）高壓電網(wǎng)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各行業(yè)對電力的需求大大提高，電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行對確保經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著極其重要的意義。作為在當(dāng)前電網(wǎng)起著骨干作用的500 kV變電站目前均配置了故障錄波器，記錄電網(wǎng)故障數(shù)據(jù)，對保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮了重大作用。

通過對變電站故障錄波裝置進(jìn)行組網(wǎng)，可以對各個(gè)故障錄波裝置進(jìn)行在線檢測和監(jiān)視，不僅能夠?yàn)檎{(diào)度端以及繼電保護(hù)專業(yè)人員快速做出事故的處理方案，提供準(zhǔn)確的故障定位信息，也能為故障錄波信息的實(shí)施調(diào)取提供一個(gè)可靠的平臺。變電光纖化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)和通訊規(guī)約轉(zhuǎn)換技術(shù)的發(fā)展，為故障錄波組網(wǎng)所需的統(tǒng)一通訊模式和專用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)奠定了深厚的基礎(chǔ)。目前，多數(shù)電網(wǎng)公司已經(jīng)開始建立故障錄波信息系統(tǒng)，在辦公信息內(nèi)網(wǎng)當(dāng)中，把所采集到的信息以web的形式進(jìn)行發(fā)送[1]。

1 故障錄波系統(tǒng)組網(wǎng)方式

基于錄波裝置聯(lián)網(wǎng)的故障信息集中采集與處理系統(tǒng)是1套基于錄波信息實(shí)時(shí)采集、處理、存儲和發(fā)布功能完備的分布式系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)的配置、部署變得十分方便，歸功于其模塊化的設(shè)計(jì)和基于傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議（TCP/IP）的通信方式；用戶無需關(guān)心裝置的具體型號，即可在統(tǒng)一的操作界面下對裝置的各類信息進(jìn)行配置、管理、檢索以及查看；系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀況，用戶可以通過故障錄波系統(tǒng)的圖形畫面功能來了解和獲得[2-3]，見圖1。

2 故障錄波組網(wǎng)功能應(yīng)用

2.1 通信功能

2.1.1 支持自動(dòng)定時(shí)獲取錄波文件

系統(tǒng)采用周期問訊的方式查詢是否有新的動(dòng)作記錄，自動(dòng)接收采集站故障錄波器的各類數(shù)據(jù)，并及時(shí)、完整地把該記錄調(diào)傳過來，且問訊周期可由用戶自由設(shè)定。其過程無需人工干預(yù)，自動(dòng)判斷是否有新故障錄波數(shù)據(jù)，并自動(dòng)完成采集、存儲過程，在最新事件中滾動(dòng)顯示，見圖2、圖3。

圖1 錄波組網(wǎng)總體結(jié)構(gòu)圖

圖2 錄波組網(wǎng)軟件結(jié)構(gòu)圖

圖3 錄波組網(wǎng)數(shù)據(jù)流圖

2.1.2 支持對錄波器遠(yuǎn)程操作

對錄波裝置的遠(yuǎn)程操作，可以通過向通信管理服務(wù)程序提交相應(yīng)請求的形式來完成，如：裝置錄波文件的手動(dòng)召喚，裝置定值的手動(dòng)召喚和遠(yuǎn)程啟動(dòng)錄波等等。

2.1.3 支持通信故障檢測

系統(tǒng)具備鏈路狀態(tài)定時(shí)巡檢功能，若發(fā)現(xiàn)鏈路故障，就會立即發(fā)出告警信號，并判斷信道故障原因；同時(shí)，系統(tǒng)還能夠記錄鏈路狀態(tài)變更的事件信息，用戶查詢和診斷起來十分便捷。

2.2 支持各種波型分析功能

2.2.1 故障波形顯示

a）將任意選定區(qū)域波形拷貝至系統(tǒng)剪貼板等操作，可實(shí)時(shí)顯示光標(biāo)所處采樣點(diǎn)的電氣量數(shù)值，并同時(shí)標(biāo)注各模擬電氣量的有效值、相角和峰值。

b)如橫向、縱向任意縮放、修改通道顏色或波形視圖的背景色、調(diào)整通道排列次序或同軸疊加、隱藏或顯示指定通道等操作，均可在生成的波形圖上進(jìn)行執(zhí)行。

2.2.2 通道分析

用戶可以隨意選取其所需的單個(gè)通道或通道組合來執(zhí)行常用的分析功能，例如諧波頻譜、非周期分量、諧波、相量、序量、阻抗、母線差動(dòng)等。

2.2.3 元件分析

a)故障測距。為判斷故障點(diǎn)，一般可以采用基于分布線路參數(shù)的單端測距算法，并根據(jù)實(shí)際故障點(diǎn)自動(dòng)修正計(jì)算偏差，提高計(jì)算精度。單端故障測距，測距精度優(yōu)于2%（金屬性故障）。雙端測距，測距精度優(yōu)于1.5%，不受故障類型影響。

b)輸電線路故障分析?？梢詫⒐收暇€路、相對時(shí)間和絕對時(shí)間、故障開始時(shí)間、故障相別、故障距離、故障前一周波相關(guān)模擬量信息、故障時(shí)相關(guān)模擬量信息、故障后一周波相關(guān)模擬量信息、開關(guān)量變位信息等，進(jìn)行自動(dòng)分析。

c)變壓器故障分析。變壓器短路時(shí)的短路沖擊電流值、沖擊持續(xù)時(shí)間，過負(fù)荷時(shí)電流值和持續(xù)時(shí)間，過電壓倍數(shù)及時(shí)間，輕瓦斯發(fā)信過程，重瓦斯動(dòng)作全過程，保護(hù)動(dòng)作全過程及開關(guān)量變位全過程，均可進(jìn)行自動(dòng)分析。

2.2.4 支持輔助工具

利用公式編輯器用戶可自由定義高級分析功能，分析結(jié)果將以衍生虛通道的形式顯示輸出，衍生出來的虛通道可以像實(shí)際物理采樣通道一樣參與各種分析計(jì)算。

2.3 數(shù)據(jù)管理功能

2.3.1 故障歷史數(shù)據(jù)查詢

查詢各個(gè)廠站、裝置、時(shí)間段的歷史數(shù)據(jù)，可以通過歷史數(shù)據(jù)查詢功能，同時(shí)提供歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能。

2.3.2 故障信息檢索

用戶可方便檢索各種類型的故障和故障數(shù)據(jù)，用戶可根據(jù)時(shí)間、故障或事件類型、裝置關(guān)鍵字、一次設(shè)備檢索故障信息。

2.3.3 統(tǒng)計(jì)報(bào)表

統(tǒng)計(jì)報(bào)表功能可以進(jìn)行分類整理歸檔，動(dòng)作統(tǒng)計(jì)分析，分別按照時(shí)間、區(qū)域、設(shè)備、故障類型及錄波器動(dòng)作情況來劃分，同時(shí)歷史數(shù)據(jù)記錄信息也可以自動(dòng)產(chǎn)生，還可根據(jù)事件信息或數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)查詢結(jié)果靈活定制各種輸出報(bào)表，包括設(shè)備臺賬統(tǒng)計(jì)、最新故障統(tǒng)計(jì)、通信異常統(tǒng)計(jì)、錄波啟動(dòng)統(tǒng)計(jì)等。

2.4 系統(tǒng)管理功能

2.4.1 用戶管理

只有管理員，在用戶權(quán)限按人機(jī)界面操作功能項(xiàng)分類定義后，可以添加、修改和刪除用戶的權(quán)限。新用戶可根據(jù)授予其的權(quán)限選擇開放的功能組或功能項(xiàng)，登陸密碼可自行修改并加密存儲。

2.4.2 裝置管理

廠站以及裝置的添加、修改和刪除，裝置各類通信參數(shù)的設(shè)置，用戶均可通過裝置配置管理工具來完成。

2.4.3 數(shù)據(jù)信息管理

將錄波數(shù)據(jù)以標(biāo)準(zhǔn)格式存儲，即可按照以下條件進(jìn)行檢索。錄波數(shù)據(jù)的檢索條件分類：時(shí)間、廠站、裝置、故障類型、元件以及錄波器動(dòng)作情況。對滿足條件的錄波數(shù)據(jù)可執(zhí)行如下操作：查看、分析和打印故障錄波數(shù)據(jù)、從庫中將錄波數(shù)據(jù)導(dǎo)出到指定位置、刪除錄波數(shù)據(jù)等。

2.4.4 系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視

系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)視本地服務(wù)程序各模塊的運(yùn)行狀態(tài)，包括采集模塊、錄波分析模塊、存儲管理模塊等模塊的狀態(tài)，方便運(yùn)維人員實(shí)時(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀況。

2.5 與D5000交互功能

2.5.1 與二次在線監(jiān)測系統(tǒng)的交互

a)提供指定廠站內(nèi)錄波裝置的配置信息。二次在線監(jiān)測系統(tǒng)在向錄波主站查詢某廠站內(nèi)錄波裝置數(shù)據(jù)時(shí)，采用動(dòng)態(tài)獲取配置的方式，保證所有裝置的配置信息是最新的。

b)提供即時(shí)故障錄波報(bào)告。錄波主站在分析某個(gè)文件發(fā)現(xiàn)故障時(shí)，即向二次在線監(jiān)測系統(tǒng)提供故障報(bào)告。二次在線監(jiān)測系統(tǒng)通過模型庫可以獲取到故障發(fā)生的廠站和一次設(shè)備信息，并進(jìn)行圖形告警。

c)提供歷史錄波列表查詢。操作員可以通過二次在線監(jiān)測系統(tǒng)用戶界面，向錄波主站查詢某錄波裝置的歷史錄波文件列表。

d)提供歷史錄波文件召喚。操作員可以通過二次在線監(jiān)測系統(tǒng)用戶界面，向錄波主站請求錄波文件。

2.5.2 與綜合智能告警交互

a）提供即時(shí)故障錄波報(bào)告。區(qū)別于二次在線監(jiān)測系統(tǒng)，綜合智能告警平臺僅關(guān)注一次設(shè)備，只需要知道是哪個(gè)一次設(shè)備故障，發(fā)生的什么故障，并不關(guān)心是哪臺錄波裝置記錄的。錄波主站為綜合智能告警平臺僅提供故障廠站ID和一次設(shè)備ID，并不提供二次設(shè)備信息。

b)提供指定一次設(shè)備的錄波查詢。當(dāng)綜合智能告警平臺收到來自其他應(yīng)用的故障報(bào)告，而未收到錄波主站的故障報(bào)告時(shí)，可以向錄波主站發(fā)起查詢，請求記錄了指定一次設(shè)備電氣量的所有錄波文件。錄波主站通過一次設(shè)備映射表可以知道哪些錄波裝置監(jiān)視該一次設(shè)備，然后將所有這些錄波裝置最近10 min內(nèi)產(chǎn)生的錄波文件提供給綜合智能告警平臺。

3 錄波裝置聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)特色

3.1 負(fù)載均衡（采集服務(wù)器）

在正常情況下處于負(fù)載均衡模式，每臺服務(wù)器平均分?jǐn)備洸ㄆ鞯臄?shù)據(jù)采集任務(wù)。當(dāng)其中1臺采集服務(wù)器故障時(shí)，其所承擔(dān)的數(shù)據(jù)采集任務(wù)將在剩余服務(wù)器里平均分派。當(dāng)出故障的服務(wù)器恢復(fù)之后，活動(dòng)機(jī)將自動(dòng)歸還其采集權(quán)，系統(tǒng)恢復(fù)至故障前的工作模式。

3.2 雙機(jī)熱備（數(shù)據(jù)服務(wù)器）

數(shù)據(jù)服務(wù)器支持采用2臺高性能服務(wù)器，采用雙機(jī)熱備工作模式 (主—備方式)，共享存儲設(shè)備 (磁盤陣列)，利用業(yè)界技術(shù)領(lǐng)先、且被廣泛應(yīng)用的雙機(jī)熱備軟件，軟件流程會對任何導(dǎo)致活動(dòng)服務(wù)器系統(tǒng)宕機(jī)或服務(wù)中斷的故障，進(jìn)行錯(cuò)誤判定、同時(shí)隔離故障，并及時(shí)將被中斷的服務(wù)切換到備份服務(wù)器來執(zhí)行，進(jìn)而將錄波主站系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)的可用性進(jìn)行提高，見圖4。

圖4 雙機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)

在短時(shí)間內(nèi)，整個(gè)過程會自動(dòng)完成服務(wù)接管。為了避免網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障而引起整個(gè)系統(tǒng)無法工作，本系統(tǒng)支持采用雙網(wǎng)冗余策略。系統(tǒng)配置2 臺1 000 M交換機(jī)，所有服務(wù)器分別接入2臺交換機(jī)，當(dāng)A網(wǎng)某主機(jī)網(wǎng)卡故障或者A網(wǎng)交換機(jī)故障，服務(wù)器將無法從A網(wǎng)連接應(yīng)用服務(wù)，錄波主站系統(tǒng)軟件將自動(dòng)選擇連接B網(wǎng)相應(yīng)主機(jī)的服務(wù)，以確保在網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)系統(tǒng)正夠正常工作。

4 錄波裝置聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)

錄波裝置聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，具體見表1。

表1 錄波裝置聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)

5 專項(xiàng)治理

為適應(yīng)大運(yùn)行體系建設(shè)要求，提高山西電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)信息化應(yīng)用水平，加強(qiáng)繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)和故障錄波器組網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)范化管理，應(yīng)該從以下幾個(gè)方面著手，對220 kV及以上系統(tǒng)和故障錄波器組網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行專項(xiàng)治理活動(dòng)。

5.1 繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)的運(yùn)行巡視和缺陷處理

加強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行巡視和缺陷處理力度，要求每周進(jìn)行一次對所轄全部設(shè)備與子站、主站通信狀況的檢查工作，檢查內(nèi)容包括：查看通信狀態(tài)、調(diào)取定值、調(diào)取歷史事件、告警信息和波形報(bào)告。發(fā)現(xiàn)子站與分站或主站通信中斷后，應(yīng)在24 h內(nèi)形成檢查結(jié)論，制定處理措施，7 d內(nèi)處理完畢；發(fā)現(xiàn)保護(hù)裝置與子站通訊中斷時(shí)，應(yīng)到現(xiàn)場進(jìn)行檢查，分析故障原因，如屬于保護(hù)裝置原因，應(yīng)列入檢修計(jì)劃處理。

5.2 故障錄波器接入量命名規(guī)范

完成故障錄波器接入量命名規(guī)范工作，按照附件《山西電網(wǎng)故障錄波器接入量命名規(guī)范》要求，對所轄系統(tǒng)所有錄波器接入的信息量進(jìn)行規(guī)范化命名。

5.3 故障錄波器錄波信息量規(guī)范

對照檢查所轄系統(tǒng)所有錄波器接入的信息量，對《山西電網(wǎng)故障錄波器錄波信息規(guī)范》要求接入，而目前未接入的信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并制定整改計(jì)劃，結(jié)合今后的錄波器更換和相關(guān)設(shè)備改造工作逐步完善。對于今后投產(chǎn)的設(shè)備，積極聯(lián)系設(shè)計(jì)部門，加強(qiáng)投產(chǎn)驗(yàn)收。

5.4 保護(hù)和安全自動(dòng)裝置時(shí)鐘統(tǒng)一工作

結(jié)合故障錄波器接入量命名規(guī)范工作，對所轄系統(tǒng)所有保護(hù)和安全自動(dòng)裝置的時(shí)鐘進(jìn)行檢查和修正，對于接入GPS對時(shí)系統(tǒng)的裝置，采用B碼對時(shí)的，要求時(shí)鐘精確到s；采用秒脈沖對時(shí)的，要求時(shí)鐘相差小于5 s；對于未接入GPS對時(shí)系統(tǒng)的裝置，要求制定詳細(xì)的整改計(jì)劃并結(jié)合相關(guān)的缺陷處理、技改和大修工作進(jìn)行實(shí)施，在接入GPS對時(shí)系統(tǒng)前定期人工檢查和修正保護(hù)和安自裝置時(shí)間，要求時(shí)鐘相差小于5 s。今后凡發(fā)生保護(hù)動(dòng)作，保護(hù)和安自裝置時(shí)鐘不滿足要求的,要按照錄波信息不完善進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和考核。

6 典型案例分析

2016年04月24日14時(shí)52分59秒752陽泉500 kV變電站220kV泉溫Ⅰ線（線路全長21.677km）發(fā)生L3接地故障，陽泉變電站泉溫Ⅰ線雙主保護(hù)均快速動(dòng)作跳開2604斷路器L3相，線路保護(hù)重合于故障，2604斷路器671 ms三相跳開切除故障。

2016年04月24日14時(shí)52分59秒500 kV陽泉變電站220 kV泉溫Ⅰ線發(fā)生L3接地故障后，線路保護(hù)的電流差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作最快于10 ms動(dòng)作C相跳閘出口，67 ms切除故障；線路保護(hù)RCS-931AM重合閘 560 ms動(dòng)作出口，線路保護(hù)PSL602GC重合閘572 ms動(dòng)作出口，2604斷路器671 ms三相跳開切除故障。

線路故障過程中，500 kV陽泉變電站220 kV泉溫Ⅰ線雙套線路主保護(hù)、后備保護(hù)均能快速正確動(dòng)作，故障錄波器泉溫Ⅰ線間隔錄波正確。

7 結(jié)論

故障錄波組網(wǎng)已經(jīng)較好地應(yīng)用于電網(wǎng)故障的處理，能夠及時(shí)提供給保護(hù)及調(diào)度人員可靠有效的動(dòng)作信息；同時(shí)，還可根據(jù)錄波器的通信狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)工作異常的錄波裝置，大大提高事故處理效率及管理水平，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。除此之外，該系統(tǒng)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)故障信息與D5000平臺的應(yīng)用互動(dòng)。

[1]魏豐，徐鵬華，孫揚(yáng)聲，等.基于PCI總線的發(fā)變組故障錄波采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [J].繼電器，2006(17)：47-50.

[2]邱革非，束洪春，董俊，等.基于DSP的故障錄波測距裝置的底層開發(fā) [J].繼電器，2005(13)：73-76.

[3]顧雪平，盛四清.電力系統(tǒng)故障診斷神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的一種實(shí)現(xiàn)方式 [J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1995，19(9)：26-29．

The App lication of Fault-recording-networking-based Fault Information Collection and Processing System on E(U)HV Grid

REN Chao1,LIYe1,YANG Dazhe2

（1.State Grid ShanxiM aintenance Com pany of SEPC,Taiyuan,Shanxi 030032,China; 2.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC,Taiyuan,Shanxi 030001,China）

In order to grasp the powergrid faultconditionsassoon as possible and shorten the processing timewhen accidents occur, it is necessary to timely collect,analyze and manage the key recording data.Therefore,it is quite necessary to establish a stable and efficient fault recording management and analysis system.This paper introduced the networking mode,functions and the technique characteristics of the fault recording data collection and processing system with emphasis.Meanwhile,the network functions of the recordingsystem ispresented on a real faultaccident.

fault recorder;fault recording data;collection and processing;networking;ultra(ultra)high voltage powergrid

TM866

A

1671-0320（2016）06-0021-05

2016-07-25，

2016-09-29

任 超(1984)，男，山西孝義人，2006年畢業(yè)于太原理工大學(xué)通信工程專業(yè)，工程師，從事通信系統(tǒng)、調(diào)度自動(dòng)化及信息網(wǎng)絡(luò)專業(yè)方面的相關(guān)工作；

李 燁(1986)，女，山西定襄人，2009年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，助理工程師，從事繼電保護(hù)故障錄波及故障信息系統(tǒng)的運(yùn)維工作；

楊大哲（1983），男，河南南陽人，2009年畢業(yè)于山東大學(xué)熱能工程專業(yè)，碩士，工程師，從事電力信息安全工作。