保護設備CIM擴展模型研究及在智能故障分析系統(tǒng)中的應用

蔣連鈿 黃超 劉斌 毛建維

省級調度中心建設各大應用系統(tǒng)，因建設時間不同步，各系統(tǒng)間缺乏數據共享的溝通機制。IEC61970標準作為電力系統(tǒng)的國際統(tǒng)一標準，對保護CIM模型描述不夠詳盡。本文針對IEC61970-301標準中保護CIM模型進行研究，擴展出一種“保護裝置層、保護裝置模型層、通用保護模型層”的三層次保護CIM模型，對各層次模型包含的類及層次模型之間的關聯關系進行詳細描述，闡述線路保護利用CIM擴展模型建模方法.保護設備CIM擴展模型在智能故障分析系統(tǒng)中故障電力設備定位及測距、保護設備動作行為評價、線路強送電輔助決策等方面得以應用。

IEC61970;保護設備CIM擴展模型;智能故障分析系統(tǒng)

本文提出一種保護設備的CIM擴展模型，該擴展模型綜合省級調度中心各系統(tǒng)優(yōu)勢，最終在智能故障分析系統(tǒng)中闡述其實際應用。

保護裝置層是CIM標準保護模型所在層次，在原有三大類的基礎上進行了重新定義，如圖1所示。

重新定義的保護類別包含“保護跳閘出口類”、“保護裝置定值類”、“保護動作信號類”、“保護裝置狀態(tài)信號類”、“保護裝置開入開出類”、“保護裝置壓板類”、“跳閘開關類”7類，它們從裝置自身狀態(tài)到裝置邏輯功能等方面對保護裝置進行全面描述，前6類形成與保護裝置n：1的邏輯關系，而“保護跳閘出口類”用于描述包含裝置的保護跳閘出口，保護跳閘出口可能對應一個或多個開關，因此它與“跳閘開關類”建立1：n的關聯關系，后者用于描述保護跳閘出口后實際動作跳閘的開關，“跳閘開關類”與一次設備的開關類建立1：1的單向引用關系。保護裝置模型層引用關聯保護裝置層的相關數據，并擴展出對應的類模型關系。

保護裝置模型層是描述了所有實際使用的保護裝置的靜態(tài)特性，保護裝置模型與保護裝置之間建立1：n的關聯關系，每一個保護裝置模型對象對應多個保護裝置實例。

保護裝置模型（如圖3所示）從保護邏輯功能及保護裝置狀態(tài)兩方面共8個類進行描述，其中保護邏輯功能分別是“保護跳閘出口模型類”、“保護跳閘控制字模型類”、“保護定值模型類”，保護裝置狀態(tài)分別是“保護裝置動作信號模型類”、“保護裝置狀態(tài)信號模型類”、“保護裝置開入開出模型類”、“保護裝置壓板模型類”以及“保護裝置故障信息模型類”，各類分別與保護裝置模型建立1：n的關聯關系;“保護跳閘控制字模型類”與“保護跳閘出口模型類”建立1：0..1的引用關系。

通用保護模型層從保護的原理出發(fā)，屏蔽各保護設備廠家的差異，建立了通用保護裝置模型和通用保護單元模型。通用保護裝置模型和通用保護單元模型均從通用保護模型繼承。

通用保護裝置模型的描述包含“通用保護裝置狀態(tài)信號類”、“通用保護裝置開入開出類”、“通用保護裝置壓板類”、“通用保護裝置故障信息”等4類，分別與通用保護裝置模型建立1：n的關聯關系;通用保護單元模型包含“通用保護動作信號類”以及“通用保護定值類”，分別與通用保護模型建立m：n的關聯關系，這主要考慮到保護動作信號和保護定值可能關聯保護單元也可能關聯保護裝置本身。

通用保護模型中的類與保護裝置模型中的類進行引用關聯，實現保護裝置到通用保護之間的信息互通。

線路保護是繼電保護重要組成部分，本文以220kV甲線RCS-931A保護裝置為例進行簡單建模說明。

220kV甲線RCS-931A從220kV甲線采集狀態(tài)信息，并根據故障狀態(tài)情況驅動跳閘開關類出口接點使甲線開關跳閘。保護裝置模型層已建立管轄區(qū)域內保護的保護裝置模型，根據甲線保護為RCS-931A查找保護裝置模型層中的RCS-931A模型，建立起保護裝置層與保護裝置模型層之間的關聯。

在RCS-931A模型中，保護定值項含有電流差動保護、接地距離I段、補償系數等多項定值，而對于使用通用保護模型的應用系統(tǒng)，通用 保護定值中含縱聯距離保護、電流差動保護、過流I段、接地距離I段等，從而通用保護保護定值可根據自身需要建立與保護裝置模型層的電流差動保護、接地距離I段之間的關聯，而屏蔽掉補償系數這樣的差異性保護定值。

2?

智能故障分析系統(tǒng)如圖5所示，是部署在生產控制大區(qū)的控制區(qū)，與能源管理系統(tǒng)（EMS）、保護及故障錄波系統(tǒng)、保護信息管理主站系統(tǒng)、定值單系統(tǒng)等多系統(tǒng)共享數據的一套應用系統(tǒng)。本文從電力設備故障發(fā)生，?保護動作后，智能故障分析系統(tǒng)的簡單分析過程進行闡述。

利用網絡拓撲結果和開關跳閘信息，對電網進行基于網絡拓撲和開關跳閘信息的故障定位。由EMS系統(tǒng)采用保護CIM擴展模型快速而可靠地從現場保護裝置獲取開關跳閘信息，因而能快速定位發(fā)生簡單故障的電力設備，智能故障分析系統(tǒng)與EMS系統(tǒng)利用CIM擴展模型進行關聯，立即可定位故障電力設備。

保信系統(tǒng)從現場保護裝置提取實際裝載的保護定值，智能故障分析系統(tǒng)根據保護CIM擴展模型中提取到的保護裝置設備信息（如甲站220kV甲線RCS-931A），對應關聯定值單系統(tǒng)中該裝置的保護定值，通過對比確定現場保護裝置定值整定有無錯誤。

智能故障分析系統(tǒng)從保護及故障錄波系統(tǒng)提取保護動作項、動作值、動作時間，從保信系統(tǒng)提取保護動作項對應的整定值，通過對比確認保護裝置跳閘動作是否正確。

智能故障分析系統(tǒng)綜合各系統(tǒng)的優(yōu)勢建立了線路強送規(guī)則庫，當線路發(fā)生故障時，根據規(guī)則庫進行強送的判斷，展示給調度員線路不能強送電的原因。

系統(tǒng)通過EMS系統(tǒng)提供的線路類型即可判斷故障線路為全電纜線路，不再強送。

系統(tǒng)通過保護定值單系統(tǒng)及保信系統(tǒng)的定值單可判斷故障線路無可快速切除故障的主保護，不再強送。

系統(tǒng)通過自身判斷得出保護設備動作行為評價，認定保護動作行為不正確，不再強送。

系統(tǒng)根據EMS系統(tǒng)提供的保護檢修票認定線路有帶電作業(yè)工作，不再強送。

本文針對IEC61970-301標準中保護CIM模型進行研究，擴展出一種“保護裝置層、保護裝置模型層、通用保護模型層”的三層次保護CIM模型，對各層次模型包含的類及層次模型之間的關聯關系進行詳細描述，闡述線路保護利用CIM擴展模型建模方法，最后保護設備CIM擴展模型，在智能故障分析系統(tǒng)中故障電力設備定位及測距、保護設備動作行為評價、線路強送電輔助決策等方面得以應用。

參考文獻：

[1]毛鵬，魏晉雁，茹鋒.基于 IEC61970 的電力系統(tǒng)二次設備 CIM 建模初探[J].繼電器，2007，35（11）：65-68，78.

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[3]曹寧，袁嘉博.基于 IEC61970 的電容器保護 CIM 模型研究[J].電子設計工程.2014，23（15）：184-186.

作者簡介：

蔣連鈿（1988），男，廣西全州人，工程師，工學碩士，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護運行維護管理工作。

黃 ?超（1987），男，湖北荊門人，高級工程師，工學碩士，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護整定計算與定值優(yōu)化工作。

劉 ?斌（1986），男，湖北仙桃人，高級工程師，本科，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護技術管理工作。

毛建維（1983），男，甘肅環(huán)縣人，工程師，工學碩士，主要從事調度配網系統(tǒng)應用軟件研發(fā)。