一種新型電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)方法研究

徐強超 劉 洋 鄺國安 勞志烜 李 敏

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一種新型電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)方法研究

徐強超1劉 洋2鄺國安1勞志烜1李 敏3

（1. 廣州供電局有限公司，廣州 510000； 2. 廣東電網(wǎng)有限責任公司電力調(diào)度控制中心，廣州 510000； 3. 武漢中元華電科技股份有限公司，武漢 430223）

隨著電網(wǎng)之間的聯(lián)系日益增強，電網(wǎng)局部故障波及更大范圍并引起大停電事故的可能性也隨之增強。故障錄波數(shù)據(jù)遠傳的應用，解決了傳統(tǒng)的錄波數(shù)據(jù)需到變電站調(diào)取。針對事故分析相對滯后的問題，本文以工程實際為依托，提出了一種新型電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)方法，該方法相對于傳統(tǒng)方案具有更加簡潔，可靠等優(yōu)勢。

故障監(jiān)視；組網(wǎng)方式；故障錄波；保信子站

隨著電網(wǎng)之間的聯(lián)系日益增強，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)也發(fā)展的越來越合理，電網(wǎng)的輸送電能力不斷提高[1]。但也正是因為電網(wǎng)的耦合越來越緊密，電網(wǎng)的局部故障波及更大的范圍并引起大停電事故的可能性也隨之增強[2]。

保護信息和故障錄波是電力系統(tǒng)故障的直觀反映。保護信息記錄故障發(fā)生后繼電保護裝置的動作情況，而通過故障錄波可以記錄因短路故障、系統(tǒng)震蕩、電壓崩潰等大擾動引起的系統(tǒng)電流、電壓以及系統(tǒng)頻率的全過程變化現(xiàn)象。通過對保護信息和故障錄波數(shù)據(jù)進行綜合分析，能有效識別電網(wǎng)故障性質(zhì)、故障原因，評價繼電保護動作行為，為故障處理提供可靠依據(jù)[3]。

目前全國絕大部分網(wǎng)省公司均已建設繼電保護故障信息管理系統(tǒng)（以下簡稱“保信系統(tǒng)”），在廠站端設置保信子站，接入所有的保護裝置及故障錄波裝置，同時在調(diào)度端設置主站，電網(wǎng)故障時保信系統(tǒng)能通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)及時把變電站的保護裝置和錄波器的詳細信息傳送到調(diào)度室，為調(diào)度員安全，準確、迅速處理電網(wǎng)事故提供信息支持與決策依據(jù)；為繼保人員對保護、安全自動裝置及故障錄波器的動作行為分析和現(xiàn)代化運行管理提供必要支持。

隨著電力系統(tǒng)越來越復雜，對故障信息監(jiān)測要求越來越高，電網(wǎng)在故障期間需要監(jiān)測的信息量也相對于過去的電網(wǎng)大大增加，現(xiàn)代化大電網(wǎng)的安全運行也越來越依賴于對各種信息的有效分析和處 理[4]。目前的故障信息監(jiān)測系統(tǒng)在實時性及可靠性上已無法滿足故障分析需求，主要存在以下問題。

1）錄波器的錄波文件需要通過保信子站存儲、轉(zhuǎn)發(fā)，導致保信子站符合比較重，不利于故障信息的實時傳輸。

2）為提高故障分析的精確性及多樣性，故障錄波急需獨立組網(wǎng)與分析，但開設新的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通道會增加建設成本及運維壓力。

3）站級的子站系統(tǒng)不具備一定的分析能力，所有的故障分析工作均由主站完成，會影響故障分析的快速性和可靠性。

本文以工程實際為依托，提出了一種新型電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)方法，將錄波文件通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)現(xiàn)有的保信非實時通道上傳，不再經(jīng)過保信子站存儲、轉(zhuǎn)發(fā)，既減小了保信子站的運行負載，同時錄波獨立組網(wǎng)分析的方式有效提高了故障分析精確性。保信子站在原有基礎上增加了一定的分析功能，使故障分析可靠性及實時性進一步增強。該方法相對于傳統(tǒng)方案具有更加簡潔，精確、可靠等優(yōu)勢，有效提高了故障監(jiān)視可靠性。

1 現(xiàn)有電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)分析

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)方案如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)方案

由圖1可以看出，在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)方案中，所有變電站運行中所產(chǎn)生的錄波文件均統(tǒng)一通過保信子站上送到主站中去。這種實現(xiàn)方式存在一定的弊端。所有需要經(jīng)過保信子站上傳的錄波文件均需要在保信子站上進行存儲、轉(zhuǎn)發(fā)，導致保信子站的運行負載非常大。同時，需要進行錄波文件的傳輸，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性風險。

為解決現(xiàn)有方案的問題，本文首先以廣州供電局為工程實踐依托，提出現(xiàn)有的電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)方案，如圖2所示。

圖2 現(xiàn)有電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)方案

由圖2可以看到，現(xiàn)有的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)方案在傳統(tǒng)的方案基礎上，增加了錄波遠傳系統(tǒng)，錄波文件可以通過錄波遠傳系統(tǒng)上傳到錄波主站。相應地，站內(nèi)需另配置錄波信息傳輸?shù)姆阑饓?，錄波主站分別設置在廣州供電局的變電一、二所。

但是采用現(xiàn)有的改進方案，需要構(gòu)建獨立的錄波上傳網(wǎng)絡，不僅增加了建設成本，還增加了運維的壓力。為了進一步簡化保信系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)，提供電力系統(tǒng)故障分析的效率，本文提出了新型的電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)方案。

2 新型的電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)方案設計原則

根據(jù)保信系統(tǒng)、錄波遠傳系統(tǒng)現(xiàn)狀，本著簡潔、可靠的原則，重新梳理了保信及錄波遠傳的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，220kV及以上電壓等級變電站的保信及錄波遠傳系統(tǒng)按以下技術(shù)原則實施。

2.1 故障記錄、分析功能就地化

保護裝置支持通過格式化的故障簡報文件記錄故障信息，支持遠程調(diào)閱故障簡報文件。若站內(nèi)配置智能遠動機，還可在智能遠動機上實現(xiàn)故障輔助分析功能，則生成站級故障簡報文件。主站可直接通過保信子站（或集成于智能遠動機）以文件傳輸方式讀取保護裝置或智能遠動機生成的故障簡報，用于故障分析。

2.2 減輕保信子站的運行負載

錄波器的錄波文件通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)現(xiàn)有的保信非實時通道上傳，不再經(jīng)過保信子站存儲、轉(zhuǎn)發(fā)，減小保信子站的運行負載，同時減少錄波文件的傳輸環(huán)節(jié)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性?？紤]目前錄波主站的軟硬件配置現(xiàn)狀及后續(xù)的應用需求，在調(diào)控中心集中建設新錄波主站。調(diào)控中心的錄波主站獨立于保信主站，保信主站可通過接口訪問錄波主站的錄波數(shù)據(jù)。

由于在調(diào)控中心集中建設了錄波主站，因此，在廣州局的變電一、二所布置錄波主站工作站。工作站用于錄波器的接入、系統(tǒng)維護、查閱數(shù)據(jù)等，通過專線通道與主站服務器通信，調(diào)度、巡檢中心可以通過Web瀏覽錄波數(shù)據(jù)。Ⅲ區(qū)Web服務需實現(xiàn)錄波文件等關鍵數(shù)據(jù)的全數(shù)據(jù)同步。

2.3 簡化保信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

保信子站對下（站內(nèi)）通過保信C網(wǎng)接入保護裝置，保信子站對上通過保信實時通道通信進行信息傳輸。錄波器錄波文件可以獨立傳輸，取消了保信子站的非實時通道通信，因此，需要改變保信子站的通信連接方式和二次安防策略。

參考保護雙重化的思路，雙機獨立運行，主站同時接收雙機信息，但不采用一主一備模式，避免切換機制不完善引起的運行不穩(wěn)定。不過，部分廠家的保信子站不支持主—備狀態(tài)的自動切換。

3 新型的電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)實施方案

根據(jù)上述電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)方案設計原則，設計如圖3所示的新型的電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)實施方案。與現(xiàn)有方案相比，主要有以下幾點改進：

1）保信子站對上通過保信實時通道通信進行信息傳輸，不需要再經(jīng)過防火墻與調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)進行通信，錄波器的錄波數(shù)據(jù)不再經(jīng)保信子站轉(zhuǎn)發(fā)，經(jīng)（新增）交換機獨立組網(wǎng)，通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)非實時通道接入錄波主站，重新分配IP地址，調(diào)整安防策略。

2）站內(nèi)錄波器通過獨立的以太網(wǎng)口，經(jīng)交換機匯聚，接入非實時通道交換機端口，無需再進行規(guī)約轉(zhuǎn)換以及構(gòu)建獨立的錄波專用通道，可以直接通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸。

3）調(diào)控中心集中部署錄波主站，變電一、二所配置工作站，錄波主站在Ⅲ區(qū)提供Web訪問功能，其他地點通過Web訪問錄波數(shù)據(jù)。

圖3 新型的電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)實施方案

此外，500kV變電站保留經(jīng)“保信子站—非實時通道”上送錄波文件至總調(diào)、廣東中調(diào)主站的功能，因此需保留接入保信C網(wǎng)、保信子站。

4 工程實施情況

本文提出的新型電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)實施方案在廣州供電局進行工程應用，具體工程實施情況如下：

1）針對于“錄波器經(jīng)由交換機匯聚后接入站內(nèi)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)非實時通道交換機，經(jīng)非實時通道接入新建的錄波主站”

（1）220kV變電站通常配置8臺錄波器，而非實時通道交換機用于匯聚站內(nèi)多種業(yè)務數(shù)據(jù)，不宜每臺間隔層設備均占用非實時通道交換機的一個端口。為了避免每臺錄波器均占用非實時通道交換機的一個端口，不考慮錄波器直接接入非實時通道交換機。

（2）原錄波組網(wǎng)用的普通交換機（8口、交流供電、非資產(chǎn)及設備）穩(wěn)定性差、故障率高，結(jié)合本方案改造統(tǒng)一更換為站控層用交換機。新增交換機安裝在二次安防交換機屏內(nèi)。

2）系統(tǒng)實施及運行情況

目前，廣州供電局對220kV及以上變電站陸續(xù)進行了改造，在集控中心建立錄波主站，通過保信非實時通道采集站內(nèi)錄波。新的故障監(jiān)視及組網(wǎng)系統(tǒng)投入使用后，有效減輕了保護信息子站負載，同時新的錄波主站投入運行有效提高了故障分析精確度，提高了電網(wǎng)公司故障處理能力。

3）本方案的推廣范圍

本方案將在廣州供電局內(nèi)部廣泛推廣，新建220kV、500kV變電站需滿足本方案的要求，對于建設中但未投運的220kV、500kV變電站，應通過設計變更滿足本方案的要求。

5 結(jié)論

本文秉著故障記錄、分析功能就地化，減輕保信子站的運行負載以及簡化保信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為實施原則，以工程實際為依托，提出了一種新型電力系統(tǒng)故障監(jiān)視及組網(wǎng)方法，并在廣州供電局范圍內(nèi)進行工程應用和推廣。該方法相對于傳統(tǒng)方案具有更加簡潔、可靠等優(yōu)勢。

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Research on a New Fault Monitoring and Networking Method for Power System

Xu Qiangchao1Liu Yang2Kuang Guoan1Lao Zhixuan1Li Min3

(1. Power Dispatching Control Center of Guangdong Power Grid Co., Ltd, Guangzhou 510000; 2. Guangzhou Power Supply Bureau Co., Ltd, Guangzhou 510000; 3. Wuhan Zhongyuan Huadian Polytron Technologies Inc, Wuhan 430223)

At present, the increasing connection between the power grids, the local failure of the power grid to spread to a greater range and the possibility of causing blackouts also increased. The application of remote fault recording data solves the problem that the traditional recording data needs to be transferred to the substation and the analysis of the accident is lagging behind. In this paper, a new power system fault monitoring and networking method is proposed based on engineering practice. Compared with the traditional scheme, this method has advantages such as being more concise and reliable.

fault monitoring; network scheme; fault recording; protection information slave station

南方電網(wǎng)科技項目（K-GZM2014-120）

徐強超（1982-），碩士，高級工程師，研究方向：變電站繼電保護及其自動化。