繼電保護運行與故障信息自動化管理系統(tǒng)

中國南方電網(wǎng)有限責任公司超高壓輸電公司廣州局 李天達

網(wǎng)絡信息技術應用在電力系統(tǒng)中已經(jīng)成為了必要趨勢，為了更為有效的提升通信水平，計算機技術與電力系統(tǒng)的融合是必要條件，主要針對的就是解決故障信息帶來的工作干擾。而計算機技術與通信系統(tǒng)的結(jié)合可以進行實時監(jiān)測，當電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，其故障信息會傳到終端服務器，方便工作人員對故障信息進行分析與數(shù)據(jù)記錄，及時找到故障原因或故障位置，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行不會受到干擾。在這一過程中，自動化系統(tǒng)的管理主要針對于調(diào)度層的問題反饋，目前這一技術已經(jīng)廣泛應用于電力系統(tǒng)領域，可以稱為是重點的研究項目。

繼電保護運行故障信號自動系統(tǒng)在電網(wǎng)工作中起到了不能忽略的功能，現(xiàn)已成為了電網(wǎng)系統(tǒng)不可或缺的一部分。自動化功能是該系統(tǒng)重要的特點，對電網(wǎng)進行自動化監(jiān)視，為繼電保護人員提供準確的信息，保證監(jiān)測電網(wǎng)信息的準確性，并對各類信息做出準確的判斷，發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)運行中可能出現(xiàn)的故障，并及時的進行預防處理，確保電網(wǎng)系統(tǒng)運行的安全，減少工作人員的工作量，提高電網(wǎng)系統(tǒng)運行監(jiān)測效率。

1 繼電保護運行和故障信息自動化的管理系統(tǒng)

1.1 繼電保護運行和故障信息自動化的主要任務

智能化管理工作在整個供電系統(tǒng)中涵蓋了控制系統(tǒng)許多重要方面，如對所有的一次性電氣設備、二次設備等都有涉獵。智能化管理工作不僅需對在繼電保護管理工作流程中形成的圖表和數(shù)據(jù)信號等信息予以錄入，而且也可確定其輸入信號的準確性，而對于錄入丟失的數(shù)據(jù)則適時予以清除、調(diào)整等管理工作。與此同時，智能化管理設備部門還需要對一次設備、二次設備的日常工作狀況和有關技術參數(shù)等實施統(tǒng)一管理。此管理工作所需承擔的管理工作內(nèi)容復雜，層次較多且結(jié)構復雜，在業(yè)務管理層面上存在著相當困難[1]。

1.2 基礎層

基礎層應用的設備主要是故障記錄儀及繼電保護裝置，通過線路進行連接，兩者間就能實現(xiàn)串聯(lián)以及數(shù)據(jù)共享，利用網(wǎng)卡聯(lián)系將數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端中，整個過程屬于一種設備管理信息的整合，具有相當高的準確性，尤其是對于二次設備的運行狀態(tài)信息記錄，例如當二次設備的壓力板出現(xiàn)問題后終端無法搜集到退出信息，即為判斷故障。為了加強信息的準確性，在這個過程中同時還會配備傳感器提升信息處理的效率，確保設備運行狀態(tài)下的動作信息能及時通過終端集成獲取并分析。

1.3 變電站的管理層

電力系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以通過管理層進行收集，管理層是全面收集信息的重要層級，并且具有處理故障信息的能力。在這一層級中配合計算機技術虛擬桌面的使用，終端可以更為全面的反饋出電力系統(tǒng)的運行信息，技術人員可以直接了解到信息內(nèi)容并且及時做出調(diào)節(jié)。管理層在對電力系統(tǒng)實時監(jiān)控的同時也可以自動處理限制范圍內(nèi)的故障問題，這個方面不僅僅包括對電氣設備的信息收集與處理，同時也是對電網(wǎng)調(diào)控的一個功能環(huán)節(jié)。針對于電網(wǎng)的復雜程度進行異常情況的整合，從而在終端上生成數(shù)據(jù)分析處理的報告。

1.4 通信層

傳統(tǒng)的通信層應用主要是通過線路連接分布變電站進行數(shù)據(jù)的傳輸與接受，然后在進行調(diào)度端的分析，但是這個過程因為大面積的采用線路，存在有物理因素的磨損，所以對于企業(yè)的長期發(fā)展而言十分不利，且線路破損后會嚴重影響到數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴５峭ㄟ^無線網(wǎng)絡進行管理的自動化系統(tǒng)，可以構建起更為科學合理的通信網(wǎng)絡，這有助于提升電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，有效保障電網(wǎng)在運行過程中的數(shù)據(jù)傳輸效率，例如采用以太網(wǎng)來進行實時數(shù)據(jù)傳輸，電力系統(tǒng)的動力操作也能得到一定支持。

1.5 調(diào)度層

這個級別需要強大的數(shù)據(jù)處理功能，而且在數(shù)據(jù)采集方面也比較突出，分析數(shù)據(jù)信息的能力也應該比較強，從而實時監(jiān)控二次設備運行狀態(tài)，并且及時診斷電網(wǎng)運行過程故障分析中發(fā)生的事故類型可能導致故障的原因和類型。將這些監(jiān)控信息上傳到通用端口可以為調(diào)度員提供最準確的電網(wǎng)故障信息和端口，并且可以盡快恢復電網(wǎng)運行到正常供電狀態(tài)，也可以使電網(wǎng)運行更加安全。

1.6 專業(yè)管理層

專業(yè)管理主要體現(xiàn)專業(yè)繼電保護人員的日常操作，主要是通過選擇常用模塊進行快速功能設置，方便員工的日常操作。針對實際情況，接力人員通過專業(yè)管理人員與變電站管理層聯(lián)系，實現(xiàn)電力系統(tǒng)故障信息的同步，并且可以方便地在調(diào)度員進行二次設備測試、設置、調(diào)用和修改保護設備的設置。當故障區(qū)域沒有發(fā)現(xiàn)明顯故障時，接力人員應注意確認管理系統(tǒng)是否存在故障并引起誤報，并嚴格記錄虛警事件的具體情況，以提供糾正信息反饋管理系統(tǒng)的日常運行情況，保證系統(tǒng)運行具有較高的實用價值。

2 信息自動化管理模式

主站/分站/子站三級管理模式。該管理模式在實現(xiàn)繼電保護與運行故障信息自動管理時實現(xiàn)了多層架構的相互配合，分層實施管理模式，不過它也相對地比較復雜，因此管理難度也很大。對于500kV變壓器，500kV部分主要由主站進行負責管理，而對220kV甚至更低的電壓則主要由系統(tǒng)各個分臺進行負責管理，而系統(tǒng)主站也可加以協(xié)助管理。若是使用分站管理系統(tǒng)，則主站通過對應的分臺對所需要信號加以提供。

主站/分站獨立的三層管理模式。該模式與上述模式有著較大的區(qū)別，其不同之處在于系統(tǒng)主站與分臺間不需要聯(lián)絡和溝通，子站將獲得相應信息的接口分別上送至系統(tǒng)主站與各個分站，由主站和各個分站按照實際需求對所需信息選擇性的提取。該管理模式雖然對于主臺站及其對應的分臺在管理上有著一些區(qū)別，但是所具有的功能也基本一致。使用該模式開展信息管理工作，其主臺站、各分臺及其對應的子臺站之間信息流動都較為簡單，操作起來也沒有特別困難，較上述模式更加簡單。

主站/子站二級管理模式。該模式一般是由電力調(diào)度主站和變壓器子站所組成，構建兩級管網(wǎng)而不是另外的分臺。該模型由于其架構的大量精簡，使得系統(tǒng)所要傳遞管理的信息量及其相應連接管理工作任務量都會隨之降低，對正處在發(fā)展研究階段但還未能建立大型發(fā)變壓器的系統(tǒng)，甚至是在大型發(fā)變壓器的建立初期都更為適用。當大規(guī)模發(fā)變壓器逐漸建立以后，通常都采用三級模式，以完成對大規(guī)模系統(tǒng)的集中管理和監(jiān)控。

3 繼電保護運行與故障信息自動化管理系統(tǒng)的實現(xiàn)應用

3.1 系統(tǒng)分析

根據(jù)電站內(nèi)一次主機接線圖與各臺機二次接線圖的特點，繼電保護與故障信息管理系統(tǒng)建設的基本宗旨，是把電站內(nèi)各種微機安全保護器、故障錄波儀、智能電度計、電力PLC裝置等先進儀器全面融入到信息系統(tǒng)中，并在此基礎上對所收集而來的各種信息加以深入、全面的總結(jié)分析，從而對電廠電氣系統(tǒng)，特別是繼電保護專業(yè)的技術管理監(jiān)控工作，提供了強大的信息技術保障，把電廠電氣專業(yè)的管理能力提升至一個全新的更高層次?；谥饕娜蝿蘸吐毮苌系牟煌约癏POFAS系統(tǒng)的架構設計特點，該網(wǎng)絡系統(tǒng)主要由主站和子站二部門組成，在主站、子站與網(wǎng)絡安全保護器中間通過以太網(wǎng)組網(wǎng)，并實施了一定的安全保護措施。

主網(wǎng)站信息系統(tǒng)。主要由維護與錄波故障狀態(tài)信息系統(tǒng)和維護與錄波裝置管理運行信息系統(tǒng)構成，除收集各類故障狀態(tài)錄波器錄波信息系統(tǒng)和微機維護信息系統(tǒng)等設備的有關信息內(nèi)容之外，還用作繼電維護與故障狀態(tài)信息系統(tǒng)信息發(fā)布網(wǎng)絡平臺，對所有的維護信息系統(tǒng)進行了查閱和檢索等功能。

因為該系統(tǒng)所收集的防護裝置數(shù)量比較多，而且數(shù)據(jù)流量也很大，所以如果全部都是直接集中在系統(tǒng)主站上，恐怕會干擾主站上的正常工作速度，所以子站體系一般包括了第一級子站和第二級子站。兩級子站的主要功能，是利用信號收集設備將保護器與錄波裝置上的信號向第一級子站傳輸；而第一級子站不但收集部分安全保護器的信號外，還需要同時收到第二級子站上傳的信號，最后再將所有信號整理后傳送到保護主站。

3.2 結(jié)構設計

繼電保護管理系統(tǒng)與故障信息管理系統(tǒng)的主站，是一種對電氣系統(tǒng)中故障信號進行收集、傳遞、管理、分析的分布式、高標準實時管理系統(tǒng)；對所收集到數(shù)據(jù)庫服務器中的數(shù)據(jù)進行管理、開發(fā)，以及保障系統(tǒng)的正常工作。主站系統(tǒng)具有與子站系統(tǒng)接口、公開的數(shù)據(jù)服務接口等基礎能力，并在此基礎上形成了繼電保護故障信息系統(tǒng)的主要應用功能。不管該信息系統(tǒng)發(fā)生了什么狀況，都絕對不能影響繼電保護控制系統(tǒng)、故障錄波器和其他信息系統(tǒng)的安全、可靠性和獨立工作。

一級子站系統(tǒng)通過PC機管理子站內(nèi)所收集上來的系統(tǒng)和故障錄波設備信號，同時利用遠方通訊系統(tǒng)把收集后的信號傳輸?shù)街髡鞠到y(tǒng)。一級子站還可以實現(xiàn)與子站內(nèi)微機安全保護器、故障錄波儀、智能實際應用、PLC裝置的通訊，以及與各種設備間通信規(guī)約的傳遞，以及與各種裝置之間也能夠通過原始設備實現(xiàn)的通訊規(guī)約；還可以利用GPS對時卡接受全廠GPS系統(tǒng)的對時信息校時，以及對兩級子站內(nèi)所設的保護裝置，采用網(wǎng)絡方法實現(xiàn)校時；擁有完善的可維修功能，各部分均具備自檢和聯(lián)機診斷校對能力。分臺任何功能的實現(xiàn)均不能干擾保護裝置的安全與平穩(wěn)工作[2]。

第二級子站的任務就是收集、管理各安全保護器的內(nèi)部數(shù)據(jù)信息并上傳給下第一級子站，功能比較簡單，此處將不再贅述。

綜上，繼電保護與故障信息管理系統(tǒng)不但可以實現(xiàn)在故障狀況下，對故障信號的快速收集、傳輸與分類應用，同時還可以完成在日常工作中對微機繼電保護控制系統(tǒng)與故障錄波器的監(jiān)控功能?？刂葡到y(tǒng)的設計，同時兼顧了運行中值班人員、繼電保護技術人員、環(huán)境保護工作人員等的需要，從而真正增強了發(fā)電廠工作中的科學指導、全面分析和安全可靠等能力。

3.3 繼電保護管理和故障信息監(jiān)控管理系統(tǒng)發(fā)展趨勢與展望

通信方式統(tǒng)一規(guī)范，信息傳送速度加快。自動化管理系統(tǒng)的通信方式主要是指主站與子站之間、子站與子站之間進行的通信連接，由于通信產(chǎn)品的生產(chǎn)商不同，通信接口方式各異，缺乏統(tǒng)一的規(guī)范要求，導致信息傳送出現(xiàn)一些阻礙，傳送速度自然不快，因而制定統(tǒng)一的通信規(guī)范迫在眉睫。當前我國電網(wǎng)調(diào)度部門正著手制定統(tǒng)一的通信規(guī)范，優(yōu)化配置通信形式，以期清除阻礙、提升信息傳輸速度。

系統(tǒng)安全性能逐步加強。黑客、病毒等原因的出現(xiàn)導致了安全問題尤為凸顯，在這以前因為應用能力的欠缺和經(jīng)驗不足，所以信息安全始終是令人為難的問題，由于一些信息安全防護體系還沒有真正使用在現(xiàn)實生活中，所以安全防范工作還需要一點時日。

信息共享程度越來越高?，F(xiàn)在的中國國內(nèi)，超高壓技術變電站的出現(xiàn)使監(jiān)控專業(yè)人員與繼電保護工作有了更深入的交流，并且該專業(yè)技術自身也相對開放，能較好地向故障信息系統(tǒng)進行服務，并且通常采用分層分布式方式進行運行。

信息傳送越來越可靠。通信層在自動化管理系統(tǒng)中處于核心地位，信息傳送的可靠性是自動化管理系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的必要條件，其重要性不言而喻。在現(xiàn)實工作中，管理人員越來越重視提升信息傳送的安全性和可靠性，不斷地研究又快又安全的信息傳輸通道，逐步改進傳統(tǒng)的傳輸方法，不斷完善數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，確保其暢通無阻、安全可靠。

綜上，借助自動化系統(tǒng)，可以幫助繼電保護人員開展日常的保護工作，實現(xiàn)功能快捷達到各種管理目的、優(yōu)化管理方式，促進電網(wǎng)穩(wěn)定發(fā)展。還可以與專業(yè)人員及時溝通，實現(xiàn)信息同步，方便保護人員及時開展設備測試來進行后續(xù)操作。