电力系统继电保护故障信息采集及处理系统的研究

i.装订线 .山 东 农 业 大 学毕 业 论 文电力系统继电保护故障信息采集及处理系统的研究院 部 机械与电子工程学院 专业班级 电气工程及其自动化班 届 次 学生姓名 学 号 指导教师 年月日i目 录摘要 .IAbstract.II引言 .11 研究内容 .21.1 故障信息分析处理系统研究的意义 .21.2 故障信息采集及对处理系统的构想 .31.3 国内外研究现状 .31.4 本论文主要工作 .42 故障信息采集 .62.1 采集方式 .62.2 监测采集 .62.3 系统管理采集 .63 故障信息处理系统 .83.1 系统总体结构 .83.2 子站系统功能与结构 .93.2.1 子站的功能 .93.2.2 子站系统结构 .93.3 主站系统的功能和构成 .103.3.1 主站系统功能 .103.3.2 主站系统结构 .113.3.3 继电保护出现故障时的处理系统 .124 基于粗糙集理论及故障信息网故障诊断 .144.1 粗糙集理论 .144.2 信息系统和决策表 .144.2.1 不可辨别关系 .154.3 故障信息网的信息分析处理 .165 基于 Matlab 状态流和故障信息网的保护动作行为分析 .185.1 Matlab 仿真 .185.2 保护装置在 Matlab 下的仿真建模 .185.3 距离保护装置的动作行为分析实例 .196 结论 .23参考文献 .24致谢 .25iiContentsAbstract.IIIntroduction .11 The research content .21.1 Analysis of fault information processing system research meaning.21.2 The idea of fault information acquisition and processing system.31.3 The research status at home and abroad.31.4 This thesis mainly work .42 Fault information collection.62.1 Acquisition methods.62.2 Monitor of .62.3 System management to collect.63 Fault information processing system .83.1 The system overall structure .83.2 Sub station system function and structure.93.2.1 The function of the sub station.93.2.2 Sub station system structure.93.3 The function of master station system and composition.103.3.1 The main system function .103.3.2 The main system structure .113.3.3 Processing system of relay protection failure .124 Fault diagnosis and fault information network based on rough set theory .144.1 Rough set theory .144.2 Information systems and decision table .144.2.1 Invisible relationship.154.3 Fault information network information analysis and processing.165 State flow based on Matlab and fault protection of information network behavior analysis.185.1 The Matlab simulation .185.2 Protection under the Matlab simulation modeling .185.3 Distance protection action analysis examples.196 Conclusion.23References .24Acknowledgement.25I电力系统继电保护故障信息采集及处理系统的研究（山东农业大学 机械与电子工程学院）摘要：电力系统保证了国民经济的发展，提高了人民的生活质量，但是当发生短路、断线等故障时，用户用电就无法得到保证，甚至给经济发展带来严重影响。继电保护应用而生，迅速有选择的排除故障，保证系统的正常运行。当继电保护出现误动作时，容易扩大事故，带来更严重的后果。单方面的保护已经跟不上故障的分析与处理了，故障信息采集与处理系统的研究势在必得，致力于提高继电保护的可靠性与灵敏性。本文表述了电力系统出现故障时的采集技术以及相应的处理方法，以使继电保护能够更好的为电力系统提供帮助。关键词：继电保护；故障信息采集；处理系统IIThe power system relay protection fault information acquisition and processing system researchBin Zhao(Mechanical fault information collection; processing system1引言熔断器保护属于最早的继电保护装置。不久之后，出现了电磁式继电保护装置、电子式静态继电保护装置，这两种装置是以断路器为核心，代替了最初的熔断器。现在迅速发展起来的是以运动技术、信息技术和计算机技术为基础的微机型继电保护装置。 继电保护装置为了保护系统的运行，必须具备以下 5 项基本性能：1）安全性：在无故障不需要动作时，绝不误动；2）可靠性：在需要动作时，绝不拒动；3）速动性：从系统中以最短时限准确切除故障或异常；4）选择性：在自身整定的范围内切除所有故障，最大限度地保证了系统中无故障部分继续安全供电，绝不越级跳闸；5）灵敏性：表示反映故障的能力，通常以灵敏系数来表示；然而所有的关键是不误动不拒动。21 研究内容1.1 故障信息分析处理系统研究的意义伴随着微机继电保护装置的广泛应用和变电站综合自动化水平不断提高，带来的是各种智能设备采集的模拟量、开关量、一次设备状态量的大大增加，运行人员们可以从这些信息量中获取更多的有关一、二次设备的即时信息。但是，由于以往设备功能已经跟不上时代，所以目前的微机型二次设备考虑较多的是对以往设备的替换，独立运行的设备会导致采集到的信息白白流失，未能充分的得到利用。电网作为国家综合用电送电的工具，综合利用了电网的一、二次设备信息，成为了一个有机结合体。近年来，随着网络技术飞速发展起来，更有可能利用电网的一次设备和二次设备。电网的继电保护故障信息分析系统，也就是追求的综合自动化系统，它是综合利用整个电网智能设备所采集到的信息，自动对信息进行处理分析，随后调整继电保护各部分的工作状态，以确保整个电网能够运行安全可靠运行的自动化系统。它可以实现以下主要功能:（1）让继电保护装置对系统运行状态自己适应起来。（2）准确定位各种复杂故障的准确故障。（3）实现继电保护装置的状态检修。（4）分析线路纵联保护退出引起的系统稳定问题，并提供解决具体的解决方案。（5）对系统中运行的继电保护装置进行可靠有效的分析。（6）自动完成线路参数修正，以符合标准。电力系统故障信息分析处理，发生故障的电力系统，电力部门会收到相关保护装置的动作信息，电网处理事故的能力得到提升。故障分析功能包括两方面：1）进行相关元素的分析，具体包括对波形的分析，相量的分析，序量的分析和故障的分析。2）进行分析对比，即将不同电厂厂站、不同设备的电气量归置于同一个界面中进行分析比较。此功能为确定复杂故障条件下的保护动作行为提供了便利。故障区间诊断功能主要应用于，当系统出现情况不明故障，无法确定保护的动作性质时，可以通过分析计算，迅速确定故障区间，保证保护动作行为的正确性。保护动作行为模拟仿真是利用故障数据和动态或静态试验仪把故障显示出来的。而数字仿真则不同，塔是利用故障数据来实现，对保护动作特性实施动态的数字仿真。以上的两种仿真均是在复杂的故障条件下进行的，继电保护动作行为较为逼真的模拟。对于一般的输电线路来说，本系统采3用双端测距算法，以保证它的高精确度，实验结果表明这种算法算出来的测距误差小于 2.67%，且此算法不受过渡电阻、负荷电流等因素的影响。双回线的结构特点很好的保证了在单端测运用距算法测距的精度。1.2 故障信息采集及对处理系统的构想继电保护的基本要求应当满足于动作的选择性、速动性、灵敏性和可靠性对电气设备的要求。 选择性指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统当中独自切除掉，不影响其他正常工作的元件，使停电的范围尽看能地缩小，保证系统中无故障的部分的正常运行；速动性是指保护装置应尽可能快速地切除短路故障，它的主要功能就是提高系统的稳定性，并且尽可能地减轻故障设备和线路的所损害程度，缩小使故障所影响的范围，提高自动重合闸和备用设备自动投入使用的效果为最佳状态。灵敏性是指对于保护的范围内，发生故障或不正常运行状态的反应能力。可靠性是指继电保护装置在保护范围内发生动作时的可靠程度。电力系统中发电机、变压器、输电线路、母线以及用电设备，一旦发生故障，继电保护装置能自动、有选择性地将发生故障元件从电力系统中切除掉来保证无故障部分恢复正常运行状态，既能保护电气设备免遭损害，又能提高电力系统运行的稳定性；是保证电力系统及其设备安全运行最有效的方法。如果被保护元件出现异常运行状态时，继电保护装置能够及时准确地反应，根据维护条件，发出信号、减少负荷或跳闸动作指令等。此时，一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件危害程度规定一定的延时，以避免不必要的动作，造成不必要的财产损失 1。简单地说是一种自动识别故障并排除故障元件的自动装置。 继电保护装置：就是反应电力系统中电气元件设备故障或不正常运行状态并动作于断路器跳闸或发出指示信号的一种自动装置。首先我们要知道电网的继电保护系统如何得到信息，从电网的调度中心获取参数和结构信息；一次的设备状态信息及潮流，能够从 EMS 系统获得；如果是保护的装置信息，必须调度下达命令，并且要在现场执行；从微机保护中获得电网故障信息。1.3 国内外研究现状国内故障信息管理系统的建设开始于 2000 年，经过这些年的工程实施，有些基本应用已经开始工作。围绕着故障信息管理系统的建设，人们相应的提出了各种各样的解决方案，同时也对系统的基本功能、其他系统的区别与联系等4进行了描述和定义 2。在这些解决方案中,系统一般由两部分或三部分组成，包括子站、分站、主站，其中分站系统一般可根据具体情况进行取舍。子站部分，也就是厂站端,，通常位于变电站内部，靠工控机或嵌入式系统实现其作用。子站系统的完成，对大量由不同厂家生产制造、采用不同通信协议、具有不同型号的变电站内智能装置能够统一接入。进行集中管理，从这些装置中采集分析数据，在此基础上形成统一有序的数据格式，然后通过网络、电话拨号、专线等送到中心调度端(即主站部分)，或者将这些数据格式上送到区域调度端(即分站部分)，再进行数据的集中分析处理。然后在此基础上实现诸如全局范围的故障诊断、波形分析、检测、历史查询、保护动作统计分析、故障信息整合等综合应用功能。在信息的采集和管理功能上，子站部分强调的是原始信息采集的完备性和上送的选择性，主站或分站部分则不同，它们强调的是对故障信息的整理和综合应用的可能性 3。国外对于电力故障信息处理系统的研究比较早，比较典型的是 ABB 公司的PSM 系统和 KJT 公司的 OPEN 系统。PSM 系统的信息处理和功能主要分为四个部分：数据通信、数据寻访(浏览)、数据分析以及数据库。该系统结合智能装置的应用，从数据库管理、参数管理、信息查询、故障分析、历史数据统计分析等环节为电网事故的分析和处理提供了比较有利的技术支持。美国 KJT 公司的OPEN 系统是由核心系统和应用模块组合而成，核心系统主要包括数据采集、分析引擎、数据交换、数据仓库、告警和报告、可视化及系统管理等部分。我国的电力发展还在追随着国外的步伐，为了取得国内电力系统有效建设必须借鉴国外多年发展的成果。1.4 本论文主要工作本文综合利用故障信息处理系统中出现的故障信息数据，利用有效的仿真工具，开展了故障信息处理系统主站综合应用（主要是故障诊断应用模块和保护动作行为分析应用模块）的研究和开发工作 4。主要包括以下几个方面的内容:（1）阐述了课题提出的背景意义，将用户要求和当前电力发展的需要结合起来，分析出现有的故障信息管理系统的功能和特点。（2）介绍了信息故障系统的装置和数据的信息特征以及数据处理技术，