（电气工程专业论文）茂名电网继电保护及故障信息管理系统的应用研究.pdf

华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 继电保护及故障信息管理系统是集电力系统自动控制技术、计算机技术和网络 通信技术于一体的系统，继电保护及故障信息管理系统是电力系统适应网络时代发 展的产物。继电保护及故障信息管理系统在提供更加灵活的、适应面更广、操作更 为人性化、功能更强大的故障管理软件方面具有明显的优势。本文做了一些基础性 的研究工作，并在实践运行中取得了一些宝贵的经验。要解决好故障信息的实际应 用，必须处理好继电保护信息的接入规范、信息的一致性及信息的预处理等问题， 以实现工程实施的标准化和规范化。本文根据茂名电网继电保护及故障录波器等智 能设备的信息情况研究，提出了切实可行的故障信息接入方案，并对该系统的安全 防护进行全面分析，突出重点，制定出完整的安全解决方案。 关键词:继电保护，故障信息，规范，系统 abs t r act rel a y p ro t e c t i o n a n d fo u lt i n fo rmat i o n m a n a g e m e nts y s t e mg a t h e rse l e c t ri c . u t o m at i c c o n l r o l t e c h n i que ， c a l c u l at o r t e c h n i q u e a n d n e t wor k c o m m uni c at i o n t e c h n i q u e i n t h e int e g ra l w h o l e ， i t i s a p r o d u c t whi c h i s d e v e l o p o f e l e c t ri c p o w e r s y s t e m o r i e n t a i i onn e t workt h e age sr e i a y p r o t e c t i o n a n d fa u i t i n fo rmat i o n m ana g e m e nts y s t e m i s p r o v i d i n g m o rev iv i d o f，o ri e nt at i o n th e noo d l e s i s m o r o w i d e ， ope r at i o n m o re h u m a n i z e d ， 山 e fu n c t i o n i s s tron g e r o f fa u l t m ana g e m e ntthe s o ft w a r e h ave o b v i o u s a dvant a g e thi s t e xtd i d s o m e fo u n d a t i o n w o r k s ， a n d o b t a i ned s o m e p re c i o u s exp e r i enc e i n the ful fi l l me nithe mo v e me ni. 从 乞 mt o r e s o l v e t ofau l t i n for i l l at i o ns omu c ho f actua l a p p l i c at i o n ， hav e t o d e a l withth e c o nne c t n o rm， th e c o n s i s t e n c y a n d t h e p r e p a r atory p ro c e s s i n g o f r e l 叮p ro t e c t i o n ，s i n fo rma t i o n ， t hep r o b l e mc a n ， o u t b y c a 卿i n g o ut e n g in e e d ngo f s t a n d a r d i z e w i t h t h e n o rm t um thi s te x t a c c o rd i n g t o re s e a r c h o n t h e i n fo rmat i o n c i r c ums t anc e o f re l a y p r o t e c t i o n a n d fa u l t re c o rd e r inma o m i n g p o w e r s y s t e m ， p utti n g fo rwa rdc o n s c i e n t i o u s l y p r o g ram o f fa u l t i n fo rmat i o n c o nne c ti o n ， a n d t o a fter g i 姆化 l ayp r o t e c t i o n and fa u l t i n fo rma t i o n m an铭e m e nts y st e moft hes a fe p ro t e c ti o n c a rry o n a n a l y z i n g c o m p l e t e l y，o ut s t a n d i n g p o i n t ， d r a wupth e s a fes o l ut i o n o f th e i n t e g r i ty . h e k a i r o n g ( p o w e r s y s t e ma n d l t s a u t o m at i o n ) d i re c t e d b y a s s p r o f j i a o yanj u n k e ywo r d s : r e l a y p r o t e c t i o n ， fa u l t i n fo rma t i o n ， n o rm， s y s t e m 创匕d口 厂 曰明 本人郑重声明:此处所提交的硕士学位论文 茂名电网继电保护及故障 信息管理系统的应用研究 ， 是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导 师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知 ，除了文中特别加 以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料.与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的 说明并表示了谢意。 学位论文作者签名: 日期 : 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了 解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即: 学 校有权保管、并向有关部门 送交学位论文的原件与复印件;学校可以采用 影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文;学校可允许学位论文被 查阅 或借阅;学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文; 同意 学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学 位论文在解密后遵守此 规定 ) 作者签名: 日期: 导师签名: 日期: 华北电力大学工程硕士学位论文 1 . 2 继电保护及故障信息管理系统的研究现状和特点 继电保护及故障信息管理系统的研究现状 随 着电网的不断发展，电 力系统对安全、稳定、经济运行的要求越来越高。及 时、 准确分析故障和保护动作信息， 充分利用故障数据信息，对提高继电保护及安 全自 动装置的 运行水平有极其重要的意义。继电 保护及故障信息管理系统的运用使 二次装置的综合管理、分析、应用水平不断提高，其作为电网重要分析手段之一广 泛应用于各电网，并逐渐产生了良 好的经济效益及作用.众所周知，2 0 03年美加 “ 8. 14”大停电事故的发生，充分说明电力系统在预防重大事故的发生方面存在着 很大漏洞 ，同时事故原因的迟迟未能确定，也表明继电保护及故障信息管理系统的 不完善 121。目 前继电 保护及故障信息管理系 统在功能定位、设计规范、试验标准等 涉及系统建设的多项关键问题仍没有统一的标准。作为继电 保护及故障信息管理系 统的主要接入对象，数字式保护和故障录波器的数据处理方式、所支持的数据交换 协议，以及对各种信息的定义、动作事件的描述方式等因素决定了继电保护及故障 信息管理系统的实际效用。 正是由 于继电 保护及故障信息管理系统的推广应用， 将数字式保护和故障录波 器的信息来源有效地关联，使这些信息更加同 步、完整，提高了分析电网故障的效 率，因 此目 前很多专家学者对继电保护及故障信息管理系统作了大量的 研究工作， 并取得了如下进展: 1 .数字式保护及故障录波器的应用。 我国的微机保护研制始于20世纪80年代初，第一台 微机距离保护m d p 一 1 于1 9 84 年研制成功，在河北马头电厂投入试运行。微机保护与传统保护相比，具有保护性 能 好、 灵活 性大 、 可靠 性高 、 调 试方 便和 易 于获 得 附 加 功能 等优点 131 ， 在电 力 系 统 中得到广泛应用。1998年推出以 r c s 系列保护装置为代表的数字式保护装置， 该类 保护装置基于d s p 十 mp u 结构， 高速数字信号处理器 ( d s p ) 具有运算速度快、内存 大的特点，改变了以往保护将功能分布在多个c p u 插件上的不足，可以完成所有主 后备功能运算并有大量的冗余， 而微处理单元 ( m p u ) 负责装置总启动、 报告整理、 显示、 打印和通信功能。 数字式保护的软、硬件技术的不断发展， 保护装置通用硬 件 平台 与 实时 多 任 务层 次 结构 的 软件 平台 得 到 广 泛的 应 用1卜 7 1 ， 数 字式 保 护可 提供 多个通信接口，可选用r s 4 8 5 、光纤或双绞线以太网 等接口，通信规约采用标准的 103 规约，对通信链路的控制、通信双方的应答关系、通信内容的格式、差错控制 方 式以 及传 输 速率 等内 容 进行了 规范 阳 川 。 继电 保护 装 置的 发展 ， 使得 信息 处 理和 数据通信能力有了 很大的提高，为保护信息的远程调用提供了基础。 华北电力大学工程硕士学位论文 故障录波器是电网故障或异常情况记录的 “ 黑匣子” ，能完整地记录电网扰动 的整个过 程，是评价保护装置动作性能的主要手段。目 前， 荃于现代信息技术和微 电 子技术的数字式故障录波器已得到广泛应用，各种高性能故障录波装置的软硬件 技 术 也 在 不断 发 展110 一 ， 1 . 嵌 入 式 计 算机 技 术的 应 用， 使故 障 录 波器 在 硬件 上结 构 简 洁、高效， 建立在嵌入式li n ux操作系 统的数据管理软件则具有实时、 多任务、占 用 硬 件资 源小 等 特点 1 21 . 故 障录 波 器 忠实 地记 录 故 障电 流、 电 压 波 形， 并可 采用 计 算 机技术对各种电 气量进行组合分析，加上故障录波器记录的保护装置、断路器动作 信息，为实现完整的事故分析提供基础。 2 电力信息规约标准化历程 20世纪90年代初期，国际电 工组织ie ct c 5 7 和iect c 95成立了联合工作组， 开 始制定iec 6 o g 7 0 系列标准，完成了 远动设备及系统传输帧格式 ( ie c 6 o 8 7 0 一 5 一 1 ) 的制定， 其后依次完成ti e c 6 0 8 7 0 一 5 一 1 0 1 ( 远动) 、i e c 6 0 8 7 0 一 5 一 1 0 2( rt u 与电表) 、 i e c 6 0 8 7 0 一 5 ， 1 0 3( 保护接口)和基于以太网的i e c 6 0 8 7 0 一 5 一 1 0 4( 远动) 等规约文件。 标准规约的实施及设备的相互兼容大大 地节约了安装调试工期及系统成本，进一步 提高了系统的功能。我国在标准的实施方面等同采用iec 标准，陆续颁布了如下电 力行业应用标准: 远动设备及系统第5 部分传输规约第101 篇:基本远动任务配套标准 ( dl / t6 3 4 一 1 9 9 7 ) 远动设备及系统第5 部分传输规约第1 03篇:继电保护设备信息接口 配套标准 ( dl /t6 6 7 一 1 9 9 9 ) 远动设备及系统第5 部分传输规约第10 4 篇:采用标准传输文件集的 i e c 6 0 8 7 0 一 5 一 1 0 1 网络访问 ( d l / t 6 3 4 . 5 1 0 4 2 0 0 2 ) 电力系统对信息和功能的共享要求越来越高，不再是一些孤立事件的信息， 不 同厂家生产的设备能否互通信息，信息传输的准确性和传输效率直接影响信息的综 合利用.ie ctc5 7 s p a g 于2 0 0 0 年6 月 6 日 召开会议，决定以基于无缝通信的变电站 通信与网络协议(i e c 6 1 850) 为基础构建无缝远动通信体系结构，随着ie c 618 50系列 标准的发 展，该标准在电力系统中 得到广泛应用，其主要特征如下。 从 ( 1) 在所有控制层次都是无缝的协议栈。 ( 2 ) 基于i e c 6 1 8 5 0 系列和i e e e l a n 标准. ( 3) 对于s c a d a/ e ms 的实时数据模型减少了网关和数据对象的 格式转换。 ( 4) 采用抽象通信服务接口。它是根据变电 站信息传输特点定义的网络服务， 通过特定服务映射进行映射的，独立于网络的应用层协议，也独立于网络协议. 4 华北电力大学工程硕士学位论文 ( 5 ) 采用对象自 我描述的方法，可以 满足应用功能发展的要求，以及不同用 户和制造厂传输各式各样的不同信息对象的要求。对于应用功能也是开放的。 从1 9 9 9 年开始，我国 对基于公共信息模型 ( c i m) 技术的 iec 619 7 o 标准进行跟 踪研究，成立了专门的e ms 一 a pi工作组，对该标准进行消化和翻译。iec 61970 系列 标准定义了 能量管理系统应用程序接口(e ms 一 a pi) ，公共信息模型( cim) 是整个 e m s 一 a pi 框架很重要的一部分，用于电力系统中各控制系统之间的信息交换以 及与 外系统间的信息交换。为了验证cim 模型的完整性、通用性、实用性和正确性，以 及通过cim进行数据交换的可行性， 目 前一般采用互操作试验的方式。 进行e ms a pi 互操作实验意义重大，试验的目的是使多个e ms 厂家的 产品可以实现信息交换和 “ 即插即用” 。 从2 000 年开始， 国外进行了四次基于cim 的互操作试验， 国内从2001 年开始也进行基于ie c 619 70标准( 主要是cim ) 的互操作试验。 这些试验的成功举行， 证明了控制中心各应用之间的信息交换和控制中 心以外系统间的信息交换的可能 性，以 及e m s 的不同应用之间和不同厂家的 e ms 产品之间的互操作性， 表明了国产 化e m s 应用软件可以采用国际标准来实现不同系统平台的信息交换和互操作11 4. 故障录波器记录故障信息后形成一个故障文件，信息输出分两个环节，其一是 将有助于事故处理的极少量故障电参量 ( 如故障线路及相别、 跳闸相别、 故障距离、 故障电流大小、持续时间 等)其二是详细故障的暂态过程记录数据 ( 如电流、电压 波形) 等待调用 1 5 . 暂态过程记录数据应符合a n s l /i e e ec 3 7 . l l l c o mt r o e 暂态 数据交换通用格式的要求. 3 .国内类似系统的实施情况 2 0 世纪9 0 年代初， 华东电网利用h atha w ay数字式故障录波器所具备的数据远传 功能，在国内电 力系统中首先实 现了 故障录波信息联网的应用。19 93年东北电网建 立了 继电保护信息网， 它在11型微机保护软件4 .0 版本基础上增加了与上位机的 通信 软件，通过11型微机保护人机对话插件上的 r s 2 3 2 串行通信口 传送数据， 变电站内 的11型微机保护信息经过一个1 对n 的串行通信转换器将有关信息传送到上位p c 机 上， 并由 此p c 机对收到的 信息统一处理汉化后进行打印输出， 供运行值班人员处理 事故及向上对调度值班人员汇报使用.1998年茂名供电 局利用r c s 2 32接口 经光纤 线路将w x b 一 1 1 c 型微机保护的 报文信息传送至调度组成微机保护数据通信系统， 为 调度员在事故处理中提供保护信息1 6 ; 。2 000 年福州电 业局在南郊变电站采用工控 机、串口通信设备、 m ode m 和电 话线建立了故障信息管理系统，实现了 多种保护及 故障录波器的信息连接d 7 ) . 2 0 01年华东网调组织编写了 微机保护及故障录波器信 息处理系统的技术规范，中国 南方电网公司于2006年制定了 中国南方电网 继电 保护及故障信息管理系统通信与 接口 规范，广东电网公司于2 0 0 7 年颁布了 广东 华北电力大学工程硕士学位论文 电网继电保护故障及信息系统分站技术规范和 广东电网继电保护故障及信息系 统子站技术规范的企业标准。这些标准较完整地规范了信息来源、信息预处理、 信息传输、信息分析及系统结构等功能。 1 . 2. 2继电保护及故障信息管理系 统的特点 目 前国内外的 继电保护及故障信息管理系统正得到越来越广泛的应用118一 221， 现 有国内 系统具有如下基本特点: . 在变电 站的子站系统通过103 规约实现对各种保护设备和故障录波器的连 接。 . 由于保护与故障录波的信息尚未能实现有效关联，大部分子站系统保护与 故障录波器的信息分别传输，部分子站系统具有信息过滤与预处理功能. . 厂站端子系统多采用工控机方式，设备可靠性不高。 . 传输通道采取拨号、专线方式，部分采用数据网络方式。 . 调度端主 ( 分)站具备通信监视、信息汇总统计分析、双端测距和继电器 特性分析等功能。 1 ， 3 本文的主要工作 我国 继电保护及故障信息管理系统的建设始于2 0 01年，目 前仍处于探索阶段， 经过近年的工程实践，系统的作用、 定位及各种应用功能有了一定的实用基础，但 国内仍缺乏完整的系统开发、应用的 规范性技术准则或标准，国家经济贸 易委员会 于2 0 0 2 年 关于下达2 0 02年度电力行业标准制定和修订计划的通知( 国经贸电力 2 0 02】 973 号) 中的第13项任务要求对继电保护及故障信息管理系统功能规范制定国 家标准，目前标准仍在讨论阶段，这将直接影响到继电 保护及故障信息管理系统的 规范化建设。本论文着重研究以下内容: 1 . 信息的应用 电网故障时会产生大量的故障数据和信息 ( 以 下简称故障信息) ， 如果在厂站 端对这些信息不作任何过滤或预处理，对保护和故障录波器的信息不作任何关联， 便将有大量冗余信息上送至电网调度，则调度运行人员将无法从大量的故障信息中 提取关键信息来指导事故的快速处理。故障信息要在故障时得到充分而有效的利 用，主要体现在时间上的快速性和内容上的有效性，即在适当的时机，将合适的故 障 信息传递给最需要的人员。要在第一时间将运行人员关心的主要故障信息传输到 控制中心， 所有信息应按优先级次序进行上送， 具体优先级顺序如下: ( 1) 故障简报: 华北电力大学工程硕士学位论文 ( 2) 保护动作、开关量变位、自 检事件; ( 3 ) s o e 信息; (4 ) 大型的录波文件。 为确保信息传输的完备性，对于自 动上传的信息，在子站和主站的网络发生中 断期间如果有系统故障发生， 子站能够及时将本次故障的所有信息进行本地存储， 待网络恢复正常后能及时的将故障信息上传到主站， 保证信息的完整。 要解决信息 的实际应用， 必须处理好继电 保护信息的接入规范、 信息的一致性及信息的预处理 等问题，以实现工程实施的标准化和规范化。 论文拟根据茂名电网 继电 保护及故障 录 波器等智能设备的信息情况研究切实可行的 接入方案。 2 . 通信规约 一般来说，同一变电站内装置种类繁多、 型号复杂，各厂家所用规约各不相同， 即 使是同一类规约，也可能扩展方法不尽相同， 如各厂家对ie c 6 o 8 7 0 一 5 一 1 03规约的 通用分类服务的扩展方法是不同的，不同的保护装置对于保护形成的信息描述及输 出模式也不一样，使得同样使用103 规约的设备之间也不能相互访问，给信息交换 造成了困难。为使各种装置均能接入子站系统，需要进行大量的规约转换工作，极 大地增加了系统建设所需的工作量;在子站系统与主站系统的通信环节同样存在此 类问题。 3 .系统的安全防护 信息的安全性问题。 由 于继电 保护及故障信息管理系统具有分层、 分布的特点， 以 及与智能设备互联、互通、互动的 要求， 涉及的应用面较广，跨越了多个不同等 级的防护安全区，若在网络上没有进行有效隔离，易受病毒攻击， 存在较大的安全 风险.因此须对系统进行全面分析，突出重点，制定完整的安全解决方案。安全防 护重点首先强调的是， 无论该系统出现何种情况，绝对不能影响继电保护、安全自 动装置和故障录波器的安全、可靠以 及独立运行. 华北电力大学工程硕士学位论文 第二章继电保护及故障信息管理系统的构成及功能分析 2.1 系统的功能定位 现代信息技术的应用及电力通信网络的建设和发展，使继电保护及故障信息管 理系统实现对电网事故、保护装置动作行为的及时有效分析成为可能，对涉及电网 安全运行的继电保护系统所有信息 ( 如运行信息、保护动作信息、整定值信息、动 作特性信息、通道信息、开关动作信息)实现有效的集成、分类、分析，以完成对 电网事故分析及保护动作行为判断，为智能化调度提供决策支持。系统的特点在于 对所接入系统的数字式保护和故障录波器的信息进行集成应用，并根据信息的特征 和系统处理事故的要求，对信息进行处理或确定信息的交互机制。继电保护及故障 信息管理系统的价值主要体现在信息的及时性和准确性上，调度运行人员对于简单 故障可以比较明确地判断事故的性质、波及的范围等情况，并迅速进行事故处理和 电力系统恢复;对于较复杂的故障，由于信息呈 “ 海量”状态传送到调度自 动化的 s c a d a 佗 ms 系统，调度运行人员无法从这些大量信息中迅速、准确地判断事故的 性质、 波及的范围， 更谈不上迅速进行事故处理和恢复电力系统正常运行. 继电保 护及故障信息管理系统应能在正常和电网故障时，采集、处理各种二次装置信息， 并充分利用这些信息，为继电 保护运行、管理服务，为实现继电保护装置状态检修 提供前提条件，为分析、处理电网故障提供支持。继电保护及故障信息管理系统是 一个继电保护运行、管理的技术支持系统，同时又是一个电网故障时的信息支持、 辅助分析、决策系统。 华北电力大学工程硕士学位论文 2. 2 系统结构及功能 2 :21系统总体结构 系统由调度端主 ( 分)系统和厂站端子系统构成，物理结构如下图2 一 1 所示: 图2 一 1 系统物理结构图 厂站端子站系统通过网络 ( 或者专线、载波)的方式连接到调度端主 ( 分) 站系统，同一个厂站端子站系统可以连接到多个调度端主 ( 分)站系统。 调度端主 ( 分)站系统通过电力调度数据网 络连接在一起，不同区域的调度端 主 ( 分)站系统可能分属不同的通信网络。 厂站端子站系统将采集到的所有数据发送到直连的调度端主 ( 分)站系统.调 度端主 ( 分)站系统作为数据集中者，通过数据服务向其它调度端提供接入的厂站 端数据。 系统的逻辑结构如下图2 一 2 、图 2 一 3 所示: 华北电力大学工程硕士学位论文 第三章继电保护及故障信息管理系统的信息规范 3 . 1 数字式保护的信息规范 保护信息特点 微机保护信息的处理和传递1271 ， 是随变电 站无人值班和微机保护的广泛应用而 出现的 新技术。按照保护上送信息的实时性要求来分， 继电 保护装置的信息可分为 两类: 一类是实时信息类，反映装置异常状态和保护动作情况的信息。它包括自 检 信息， 事件信息和故障报告，这些信息必须及时提供给调度人员和运行人员，以便 及时了 解和处理电网和运行装置的异常情况;另一类是非实时信息类， 主要是提供 专业人员事后分析及日 常维护之用的信息，它包括采样波形，装置定值，开关量状 态，模拟量状态和时间信息，这些信息应在实时信息之后处理。目前，数字式保护 装置信息可分为以下几种类型:定值信息 ( 含软压板信息) 、自检信息、保护动作 信息、 输入/ 输出信息、 模拟量信息及装置录波信息等。 1 . 保护定值信息 继电保护装置的定值是根据电网运行中的 特征、运行模式的要求，依据保护的 “ 四性”原则进行整定，数字式保护装置的定值包含的信息可分为: . 保护装置的特征信息。 如保护型号、 参数、 版本号、 保护安装点信息、 t a / t v 的二次额定值等。 . 保护装置的动作值信息。各种电 气量的启动、动作值，时间定值. . 保护装置的应用信息。 如内部逻辑设置、软压板的投/ 退、保护功能控制 字的选用等。 . 保护装置的动作报告及录波量定义信息. 2 . 异常告普信息 装置具有很强的软、硬件自 检能力是数字式保护的主要应用特征之一。微机保 护的元器件损坏将对保护装置构成致命影响，据不完全统计，保护装置的 元器件损 坏约占 装 置故 障 总数 的 5 7 .4 % 67 .0 % !251. 通过 对 装 置软 硬 件的自 动 检 测， 一旦 发 生 异常运行情况， 装置立即发出 报普信息，以便检修人员及时消除缺陷，恢复装置的 正常运行，以确保电网发生故障时保护装置处于良 好的运行状态。装置异常告等信 息主要有: . 装置硬件元器件异常信息. 华北电力大学工程硕士学位论文 . 装置软件程序运行异常。 . 装置与其他设备接口的 通信异常。 . 装置的信息采集异常。 . 人机对话界面失效。 3保护动作信息 保护动作信息是保护装置输出的关键信息 ，它完整地记录保护装置内部各保护 元件的动作过程，是对保护装置的动作行为进行详细的分析，确定保护装置的动作 结果是否符合保护的动作原理、 特性，是否与保护装置内的设定值、辅助逻辑一致 的主要依据。 4 开关量信息 开 关量信息包括保护的开入量变位信息及开出 量变位信息。开入量既有确定保 护的特定运行模式的外部输入信息，如高频保护投入压板的输入信息等;也有外部 其他保护动作信息的输入，如远跳保护的输入信息、高频保护收信输入信息等。开 出量也有两种基本应用形式:一是启动相关保护和启动断路器跳闸的命令信息，二 是将保护运行情况、 动作情况输出的信息。 5 . 模拟量信息 保护装置的模拟量信息主要是指装置的交流采样信息，目 前的数字式保护装置 均能提供电流、电压的幅值、相位，以及电流与电压间的相位差， 这些模拟量信息 既是判断保护交流回路是否正常工作的依据，也是分析保护装置动作特性的基础数 据。 3 . 1 . 2保护信息的应用规范 保护装置的信息接入继电保护及故障信息管理系统有两种方式。一是保护硬接 点方式输出的动作或告警信息，通过遥信采集装置转化为数字信息。另一种是按一 定的规约， 将保护报文 ( 即保护的数字信息)接入保护管理机 ( 即规约转换器)转 换为统一规约的标准信息， 例如南瑞继 保r c s 保护信息汇集见图3- 1 。目 前国产的数 字式保护装置一般采用10 3 规约，但也有部分保护装置特殊规约进行信息传输， 如 南瑞的 l f p 规约、南自 的94规约、四方的c s c z 0 0 0 规约。国外的保护装置常用的规 约有1 0 3 规约、a s c l l 、d n p 3 . 0 、 m o dbu s 、s pa 、c o uri e r 规约及二进制规约。 华北电力大学工程硕士学位论文 监控萦统 图3 一 1 保护信息汇集图 由于规约应用上存在差异，不同保护装置的信息输出能力各不相同，继电保护 及故障信息管理系统 对各种不同保护获取的 信息的 完整性及效率也不尽相同。目 前 继电保护及故障信息管理系统建设方案中一般采用的 通信模式:保护一管理机一 继 电 保护及故障信息管理系统. 这种方案具有鲜明的特点，其优点有: . 经管理机后统一了 传输规约. . 可 通过管理机进行保护通信接口 的扩展. . 管理机可屏蔽一些命令或乱码报文。 同时，这种通信模式也有缺点: . 增加了 保护管理机环节，加大了投资成本。 . 通信可靠性下降，管理机出现问题， 将导致管理机所接的保护装置与继电 保护及故障信息管理系统的通信全部中断。 . 信息经过管理机的转换，延长了 信息的响应时间， 通信速度下降。 . 传输中数据错误或丢失的风险增加。 随着标准的1 0 3 规约、以太网或ie c618 50等标准在保护装置中的普遍应用 12， 3 ， ! ， 继电 保护及故障信息系统的 子站系统与保护装置的 信息交互受到保护管理机 通信模式的制约将大大减少，继电 保护及故障信息管理系统的应用价值才能 得到更 充分的体现。 华北电力大学工程硕士学位论文 3 .2 故障录波器的信息规范 :21故障录波信息的特点 故障录波器记录的信息直接影响到电网故障分析的进程和效果，它能用明确的 时序记录下电力系统的 扰动过程和保护装置的动作行为。故障录波信息可以以方便 储存的数据文件记录下来 ，并通过故障录波器的通信接口进行信息传输，是电网故 障分析的重要依据。 目 前的故障录波器均具备数据通信功能 来实现录波数据的传输，数据文件一般 均 遵循我国的 2 2 0-5 o 0 kv 电力系统故障动态记录技术准则 ( d l/ t 5 5 3 一 1 9 9 4) 或 a n s i /i e e e c 3 7 . 1 1 1 一 1 9 9 9 c o mt r o e暂态数据交换通用格式的标准1 3 2 1 。 为t便于 分析电力系统故障，故障录波一般接入如下信息: . 模拟量信息。 . 断路器辅助接点信息。 . 保护动作信息。 . 保护装置异常信息。 . 保护通道信息。 :2 故障录波信息的应用规范 一般地，变电站的故障录彼器均接入多个电力元件的模拟量和开关量信息，电 网发生故障时，不同变电 站均可能启动故障录波，这样就形成大量的可上传至主 ( 分)站系统的录波报告，及时上传故障电 力元件的实时录波信息显得尤为重要， 故障录波文件的调用一般采用网络共享方式。 作为故障录波信息标准的 c o m t r a d e 格式由头文件 ( hea d e r ) 、 配置文件 ( c o n fi g u rati o n ) 、 数据文件 ( d at a ) 和信息文件 ( in fo rmat in n) 组成。 . 头文件 ( h ead er ):用来叙述用户能 较好了解的暂态记录情况的 信息. . 配 置 文 件 ( c on fi g ur ati on) : 提供 为 计算 机 程序 读出 和 解析 相 应 数据 文 件 中的数据值所需的信息。 . 数据文件 ( d at a) :记录暂态数据的实际值数据。 为更好地利用故障录波器接入开关量的作用， 应对开关量的接入优先次序进行 排列如下: . 断路器的分相跳闸信号。 华北电力大学工程硕士学位论文 . 非数字式保护的动作出口信号。 . 重合闸 动作信号及闭 锁重合闸信号。 . 载波电 路主保护的收、发信信号及解除闭锁信号。 . 微波、光纤通道的通道异常告警信号。 . 其他设备异常告带信号。 3. 3 信息的同步 一次电网 事故， 可能涉及多个变电站或发电厂的电 流、电压波形变化及多套保 护动作跳闸，目 前的 保护装置和故障录波器的内部时钟是基于内部晶振回路进行计 时。由 于晶振的质量和使用寿命不同，会造成不同设备的时间累积误差很大， 甚至 累积误差达几个月以 上. 对电网故障分析来说，同一故障下不同设备的响应时间应 该同步，尤其是复杂故障，地理位置相隔甚远，故障分析时要求时间分辨率能精确 到l m s ， 若时间误差太大， 则无法对全网的故障信息进行有效分析。 随着g p s 应用技 术的成熟和推广，保护装置和故障录波器也具有与g p s 的同步接口。c p s 同步时钟 有 脉冲 ( 含秒脉冲p p s 和分脉冲p p m)同步、i rig 一 b 同步、串口 通信同步和网络同 步 ( s n tp ) 4 种同步时钟方式。目 前国外的保护装置和故障录波器普遍采用i r i g 一 b 时钟同步对时模式，国内的设备则以脉冲方式对时，但近年来也开始推广应用 iri g 一 b 对时模式。 在实际应用中，用g p s 技术并不能保证各装置间同步误差在l m s 内，这是因为: 1 .g p s 接收装置内振荡器质量不同。 2 .处理卫星数据的软件和运算法则水平各异。 3 . 不同的对时方式也会引起误差。 脉冲对时方式简单实用， 但需外部补充年、月、日 、时、分、秒的时间信息， 以 保证时间的准确性。如关闭 微机装置上的 软对时机制，微机装置只在启动时与主 站进行一次对时。 对微机装置采用i r i g 一 b 同 步时钟对时， 时间信息不包含年，只包含当前日是本 年的第几天的 信息， 但可以通过对日的计算得出月和日，只需在微机装置上核准年 信息即可，不需外部时间信息的补充. 3 .4故瞳信息的应用 3 :41故障分析对信息的要求 电力系统故障分析最终要求确定故障元件， 进行故障相别、类型及故障距离的 2 3 华北电力大学工程硕士学位论文 判断， 并对保护的动作行为进行评价。因 此，在发生故障时，数字式保护装置和故 障录波器应完整记录故障发生时以下的关键信息: . 带时标的事件信息。 . 带时标的状态信息。 . 标准时间。 . 扰动信息。 . 故障前的电力系统状态 ( 含电网 运行方式、潮流、保护配置)。 . 故障后的电力系统状态 ( 含电网 运行方式、潮流、保护配置)。 . 故障时相关保护的定值清单。 3. 4. 2故障信息的分类 继电 保护及故障信息管理系统信息源主要有三大类:继电保护装置、故障录波 器、继电保护及故障信息管理系统本身。 继电保护装置和故障录波器是保护系统的 基础信息源。在电网 正常运行时保护 装置输出反映本装置的运行状态信息、运行定值信息、量测量采集信息，在电网发 生故障时保护装置能在本装 置有保护出口时输出本装置的动作过程信息。故障录波 器是为了监视电力系统故障或受到大的扰动时，用来记录系统电流、电压及其导出 量，如有功功率、 无功功率以及系统频率变化的全过程变化现象。主要用于检测继 电保护与安全 自动装置的动作行为，了解系统暂 ( 动)态过程中各电参量的变化规 律， 校核电 力系统计算程序机模型参数的正确性. 继电保护及故障信息管理系统产生的信息分两大类:一类是指信息采集和传输 的过程信息，包括与保护装置、录波器信息交互时的过程信息、系统当前运行状况 信息、和其他系统交互过程信息，另一类是故障信息运行的支撑信息，包括电网的 接线情况和基本运行参数、电网中一次设备的保护装置或录波器的配置情况，支撑 信息可以 人工维护也可以运用电 力系统建模技术，通过独立的支撑系统或者电网调 度 自动化系统获得. 故障信息按其性质可分为四类: 运行状态信息、事故信息、异常信息和软报文 信息. . 事故信息:反映电网故障时设备跳闸的信息.如断路器位置信息、 保护动 作信息、故障录波的故障相别、 持续时间、故障测距信息等。此类信息为 一类信息。 华北电力大学工程硕士学位论文 . 异常信息:反映保护装置、故障录波器及相关回路异常变化监视的信息， 这些信息反映设备可能造成拒动或误动的异常状态.如控制回路断线、直 流消失、开出异常等。此类信息为二类信息。 . 运行状态信息:反映保护装置或录波器的运行状态。如模拟量信息、保护 定值、软压板方式等。此类信息为三类信息。 . 软报文信息:这类信息来源于数字式保护、故障录 波器的数据接口， 在设 备动作或异常时作详细分析时调用。此类信息为四 类信息。 3 .4.3故障信息的应用 不同的应用对象对继电保护及故障信息管理系统的信息需求在时间、内容上各 异，故障信息的 应用应根据不同的需求而确定。反映装置的运行状况和保护的动作 情况， 如自 检报文、 事件报文及事故 报文等， 必须及时 提供给调度人员和运行人员， 以便 及时了 解和处理电网的异常情况的这部分 信息称为 “ 实时”信息。提供给专业 人员作事后分析及日 常运行维护用，如模拟量 报文、开关量报文及定值报文等， 此 类报文可以在事故后传送， 称 “ 非实时”信息。根据应用对象不同划分: . 变电站运行人员:变电站运行人员主要负责站内设备的运行监视、日常巡 视维护，进行各种运行操作 和事故处理， 是电 网现场运行情况的直接信息 获得者。要求能通过设备的监视信息、异常告普及事故信息迅速判断问题 的性质，及时通知检修人员 . 调度运行人员:能够快速、简便、掌握明 确的故障信息，包括故障简报和 保护装置出口 动作报告， 加快事故处理决策速度. . 继电 保护专业人员:能够快速、简便、 全面掌握故障信息，保护装置的动 作过程信息，获取明确的故障录波文件、并使用辅助分析工具对保护装置 动作情况进行定性定量分析，评判保护装置动作情况，对信息的完整性要 求较高。 目 前，已投运的继电保护故障信息处理系统基本具备了 故障信息的采集和远传 功能，但实际运行效果并不理想，离真正实用化还有一定的差距，主要有如下几个 方面的问题: . 子站信息的主动上传没有选择性和层次性。子站缺乏对原始故障信息的过 滤和预分析， 从子站上传的只能是 “ 数据” ，而非针对故障的实用 “ 信息” ， 大量原始信息传送到主站， 产生 “ 信息爆炸”现象，同时加大了电力数据 网的负担，甚至可能会影响到其他系统正常通信。 华北电力大学工程硕士学位论文 . 主站对岗 位级服务对象没有提供差异化信息服务。不同的岗位级服务对象 面对的信息都是一致的， 无法做到信息个性化定制按需取用的。 . 主站信息应用有限:提供的分析平台功能很少，基本局限于 “ 传声筒”和 “ 显示器”的作用，基于全网的故障信息综合应用则更为有限。 要使继电保护及故障信息管理系统真正 发挥电网事故决策支持的有效作用，为 智能化调度的建设与实施提供重要的技术支撑平台，继电保护及故障信息管理系统 至少要做到如下几点: 1 . 子站信息预处理和信息发布 在信息内容和服务对象 中对信息进行具体归类，在这四类信息中电网故障事件 信息最为重要，保护出口 事件可以 识别，但明确的故障信息却是很难获得，此时可 引 入对扰动信息的实时分析，录波文件中包含了丰富的模拟量信息， 利用距离保护 算法可有效地分析出故障元件、故障相别、故障测距、故障持续时间，在第一时间 提供直接有效的电网故障结论性信息，同时也能为主站进一步分析故障提供可靠有 效的信息。 距离保护算法在扰动信息实时分析的应用中包括故障启动、故障相选择、方向 判断三部分， 能有效地进行故障区域判定:能区 分反向故障、 区内故障、 区外故障， 能正确识别故障类型，在重负荷线路、含互感线路、长线路、带过渡电阻接地振荡 下故障， 转相故障，区外故障等 情况下均能正确识别故障类型。由 于此处的算法的 速度没有实际保护装置那么高的时间要求，在算法的选择上可以多样化，精度可以 更高，以保证不误报、漏报故障信息， 测试和实践证明该方法是有效可行的。 子站作为一个信息采集终端要保持信息的原始性和完备性，但在和主站系统信 息交互时要有选择性，子站可作为一个信息发布者，主站则 ( 可多个)是 信息订阅 者，主 站可对子站四 大类信息进行任意定制和召唤，在子站端保留主站信息定制策 略，当 子站有新的信息产生按照策略做信息上送处理，没有主动上送的信息可等待 主站的召唤后再上送。 2 . 主站差异化对象服务 主站的岗位级服务对象比较多，包括调度运行人员、继电 保护专业人员、设备 维护人员、系统维护人员，但在提供的信息上主要是一刀切， 各岗看到的信息是一 样的， 实际上由 于岗位的不同， 关心信息的侧重点也不同，不同的对象需要不同的 信息服务，对此可以 通过两个方法来实现:服务对象信息浏览定制和服务对象模块 定制。 . 服务对象信息浏览定制。 华北电力大学工程硕士学位论文 主站一个通用的 服务是信息浏览， 信息浏览负责向服务对象以图形、文字方式 显示信息。在信息浏览增加信息显示策略选择，并保存在就地。 信息策略包括显示信息类型选择、信息提示方式选择、 不同的服务对象可把主 站当作一个信息集市，可自己制定不同的显示策略，满足其需求 ，调度运行人员可 只 选择电网故障事件信息，继电 保护专业人员可同时选择电网故障事件信息和告普 事 件信息中的保护装置/ 录波器运行状态报告， 系统维护人员可只选择告警事件信息 中的系统运行状态报告。信息浏览模块采用图模一体化的设计，支撑信息的浏览可 通过图形方式显示，从而不影响故障信息的显示。 . 服务对象模块定制 考虑到信息浏览的局限性， 特殊的 服务对象需要有专用的模块来支持， 对继电 保护专业人员而言，他们需要的信息量更大，做的工作更多，信息浏览模块显然是 不够用，须定制专用的模块供其使用，比如录波文件的管理、故障测距、继电保护 装置动作行为分析。对系统维护人员而言需要提供专业的浏览工具供其掌握系统当 前运行状态，并提供一定的通信检测工具来检测系统通信状态，分析问 题所在。对 设备管理