電力系統(tǒng)繼電保護(hù)故障信息采集及處理系統(tǒng)

韓黎黎

摘 要：電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行保障了國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，提高了人民的生活質(zhì)量，在社會生活中起著重要作用。本文對電網(wǎng)中繼電保護(hù)的基本要求、作用，以及在電力設(shè)備出現(xiàn)故障時采集技術(shù)進(jìn)行表述、分析，以使故障信息采集及處理系統(tǒng)能更好的為電力系統(tǒng)可靠、安全供電提供幫助。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；故障信息采集；處理系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)，通訊技術(shù)的進(jìn)步，繼電保護(hù)向著計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化，保護(hù)、測量、控制、數(shù)據(jù)通信一體化和人工智能化方向進(jìn)一步快速發(fā)展。與此同時越來越多的新技術(shù)、新理論將應(yīng)用于繼電保護(hù)領(lǐng)域，這要求我們繼電保護(hù)工作者不斷求學(xué)、探索和進(jìn)取，達(dá)到提高供電可靠性的目的，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 繼電保護(hù)裝置在電網(wǎng)中的作用及要求

1.1 繼電保護(hù)的作用

（1）保障電力系統(tǒng)的安全性。當(dāng)被保護(hù)的電力系統(tǒng)元件發(fā)生故障時，應(yīng)該由該元件的繼電保護(hù)裝置迅速準(zhǔn)確地給脫離故障元件最近的斷路器發(fā)出跳閘命令，使故障元件及時從電力系統(tǒng)中斷開，以最大限度地減少對電力系統(tǒng)元件本身的損壞，降低對電力系統(tǒng)安全供電的影響。

（2）對電力系統(tǒng)的不正常工作進(jìn)行提示。反應(yīng)電氣設(shè)備的不正常工作情況，并根據(jù)不正常工作情況和設(shè)備運(yùn)行維護(hù)條件的不同發(fā)出信號，以便值班人員進(jìn)行處理，或由裝置自動地進(jìn)行調(diào)整。

（3）對電力系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控。繼電保護(hù)不僅僅是一個事故處理與反應(yīng)裝置，同時也是監(jiān)控電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的裝置。

1.2 對繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中的要求

繼電保護(hù)必須在技術(shù)上滿足選擇性、速動性、靈敏性、可靠性四個基本要求：

（1）選擇性：當(dāng)電力系統(tǒng)中的設(shè)備或線路發(fā)生短路時，繼電保護(hù)僅將故障設(shè)備或線路從電路系統(tǒng)中切除。

（2）速動性：指繼電保護(hù)裝置應(yīng)能盡快地切除故障，減少設(shè)備和用戶在大電流、低電壓下的運(yùn)行時間，降低設(shè)備損壞程度、提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

（3）靈敏性：指電氣設(shè)備或線路在被保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障和不正常工作狀態(tài)時，保護(hù)裝置的反應(yīng)能力。

（4）可靠性：要求繼電保護(hù)在不需要動作時可靠不動作，即不發(fā)生誤動，而在繼電保護(hù)規(guī)定的范圍內(nèi)發(fā)生了應(yīng)該動作的故障時可靠動作，即不拒動。簡而言之，該動就就動，不改動就不動。

以上四個要求是設(shè)計(jì)、配置和維護(hù)繼電保護(hù)系統(tǒng)的依據(jù)，相互聯(lián)系，往往又存在矛盾。因此在實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和用戶的性質(zhì)，辯證的統(tǒng)一。

2 故障的信息采集系統(tǒng)的概述

繼電保護(hù)主要利用電力系統(tǒng)中元件發(fā)生短路或異常情況時的電氣量（電流、電壓、功率、頻率等）的變化，構(gòu)成繼電保護(hù)動作的原理，也有其他的物理量，如變壓器油箱內(nèi)故障時伴隨產(chǎn)生的大量瓦斯和油流速度的增大或油壓強(qiáng)度的增高。大多數(shù)情況下，不管反應(yīng)哪種物理量，繼電保護(hù)裝置將包括測量部分（和定值調(diào)整部分）、邏輯部分、執(zhí)行輸出部分。

電網(wǎng)繼電保護(hù)故障信息處理系統(tǒng)由主站系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)和子站系統(tǒng)3部分組成。

3 繼電保護(hù)故障信息處理系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)

什么是故障信息處理系統(tǒng)，它包括主站系統(tǒng)以及子站部分，形成一個完整的分層、分布式系統(tǒng)。也就是說故障信息處理系統(tǒng)是由子站系統(tǒng)、主站系統(tǒng)和連接二者的通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。

主站系統(tǒng)合理的處理采集來的信息，并根據(jù)其適用范圍，交付給不同的功能模塊處理。子站能自我收集需要的數(shù)據(jù)，在不同的通訊接口處實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)在運(yùn)行時，并不影響保護(hù)、自動類裝置、故障錄波器等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。利用GPS還可以對子站的保護(hù)、自動裝置、故障錄波等進(jìn)行對時。

3.1 子站系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)

子站系統(tǒng)主要任務(wù)是負(fù)責(zé)采集變電站內(nèi)微機(jī)保護(hù)裝置、故障錄波器及各種智能設(shè)備的信息，并負(fù)責(zé)把這些信息規(guī)范化后上傳至主站系統(tǒng)。子站系統(tǒng)安裝在廠站現(xiàn)場，采用分布式結(jié)構(gòu)，一般包含多個子站，每個子站一般由一臺保護(hù)管理機(jī)或集控中心來完成站內(nèi)裝置信息的采集和通信。

子站的功能：子站系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換格式，可以靠各種通信的接口技術(shù)和規(guī)約來完成。根據(jù)信息不同的優(yōu)先級和存在的有效程度，合理選擇，對需要上送主站的信息按照優(yōu)先等級的不同，將信息由高到低的發(fā)送主站。有以下功能：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、運(yùn)行管理、自恢復(fù)。

子站系統(tǒng)是通過保護(hù)管理機(jī)去接入各個廠家的設(shè)備，如果此設(shè)備沒有聯(lián)網(wǎng)功能，接入子站可以采用硬節(jié)點(diǎn)方式。子站能夠向多個主站同時傳送數(shù)據(jù)。

3.2 主站系統(tǒng)的功能和構(gòu)成

（1）主站系統(tǒng)功能：主站的工作是統(tǒng)一管理所有下屬變電站，其任務(wù)是基于子站上傳的信息進(jìn)行故障告警、故障分析、故障處理、信息的歸檔和統(tǒng)計(jì)等。一方面實(shí)時顯示子站上傳信息，并將這些信息進(jìn)行分析處理，方便調(diào)度員進(jìn)行事故處理；另一方面能夠遠(yuǎn)程控制子站，幫助子站完成數(shù)字式繼電保護(hù)設(shè)備的控制管理。通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)信息的遠(yuǎn)程傳輸。從整個系統(tǒng)來看，子站系統(tǒng)側(cè)重于信息的采集和通信，而主站系統(tǒng)側(cè)重于信息的分析、處理和管理。

（2）主站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：主站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是分布式模塊化的，充分考慮到主站系統(tǒng)的開放性，采用了廣泛兼容性的軟硬件。主站系統(tǒng)遵從現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分布處理的設(shè)計(jì)發(fā)放，在平臺級和應(yīng)用級上進(jìn)行開放設(shè)計(jì)，得到一個擴(kuò)展性很強(qiáng)的系統(tǒng)。由多臺PC機(jī)和服務(wù)器組成，如果系統(tǒng)規(guī)模比較小的話，一臺PC機(jī)就可以包含整個系統(tǒng)。

4 處理系統(tǒng)應(yīng)用功能劃分

對于主站系統(tǒng)的應(yīng)用功能劃分主要分為以下時段：

電網(wǎng)正常時，主站系統(tǒng)允許用戶將定值庫中定值與主站召喚得到的現(xiàn)場保護(hù)裝置的實(shí)際運(yùn)行定制進(jìn)行核對；允許用戶對廠站內(nèi)裝置的歷史信息和運(yùn)行信息進(jìn)行檢查和統(tǒng)計(jì)，還可以通過采用特定算法來分析、比較個套保護(hù)的模擬量、測量值和監(jiān)視裝置的自檢信息、錄波器的運(yùn)行狀態(tài)等，達(dá)到監(jiān)視電網(wǎng)二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的目的。endprint

故障時，主站系統(tǒng)實(shí)時收到子站自動上傳的故障信息后立即告警。有圖形告警、列表告警、多媒體告警等方式。圖形告警會在主接線圖的相關(guān)故障設(shè)備上閃爍告警；列表告警會以列表方式突出提示故障簡要信息。在告警的同時，還進(jìn)行信息預(yù)處理、包括信息過濾配置、信息規(guī)范化、對信息加以分類從而識別和剔除誤傳信息等，以方便后續(xù)的故障診斷和故障分析基于有效信息進(jìn)行。

故障發(fā)生后，主站系統(tǒng)必須提供各種完整分析模塊、最大化地利用所有的信息幫助用戶全面分析故障。波形分析模塊可進(jìn)行諧波、相量圖、序分量、功率以及高頻信號、開關(guān)信號等的分析。故障診斷專家系統(tǒng)模塊幫助用戶定位故障元件，并分析哪些保護(hù)誤動、拒動或是正確動作。故障測距模塊提供多種單端或雙端測距算法，精確定位線路故障點(diǎn)。動作行為分析模塊通過分析保護(hù)的動作原理并用實(shí)際測量值驗(yàn)算動作方程來分析保護(hù)動作的行為，可以幫用戶找到保護(hù)誤動、拒動是否是整定值不適合引起，或者是保護(hù)本身原理的缺陷所引起。

故障開始后子站系統(tǒng)按照信息的優(yōu)先權(quán)來分批傳送各類故障信息。主站系統(tǒng)對故障的處理過程是按照信息到達(dá)主站的時間先后進(jìn)行逐級分析，并最終形成完整的故障分析報(bào)告。整個處理過程是分時間、分層次的，這樣處理將方便調(diào)度分析人員逐步認(rèn)清故障的性質(zhì)和原因，分析故障的過程兼顧快速判斷和全面分析的要求。

故障分析結(jié)束后，主站系統(tǒng)應(yīng)該提供故障信息歸檔入庫、生成完整故障報(bào)告、生成檢修報(bào)告等，并可通過Web發(fā)布故障信息、提供錄波數(shù)據(jù)文件供下載。

5 結(jié)論

在繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大的同時，對于系統(tǒng)的要求也在不斷地完善。在電力系統(tǒng)功能日益標(biāo)準(zhǔn)化、開放程度日益提高的情況下，盡快達(dá)到通信規(guī)約的標(biāo)準(zhǔn)化與通用化，以及結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)化，使得系統(tǒng)日益呈現(xiàn)出向微機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，保護(hù)、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展的趨勢。

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