（电气工程专业论文）邢台电网故障信息系统的研究与开发.pdf

华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 本文首先介绍了电网事故信息的来源、基本特征和工作人员对故障信息的处理流 程，研究了故障信息系统实现的技术条件，设计了故障信息系统的整体架构，开发了邢 台电网故障信息系统的各种功能。根据实际需求特别增加了数据过滤、录波器双网接入 等先进功能，最后分析了邢台电网故障信息系统的建设情况和系统的应用，并结合临万 线的实际故障，对故障信息系统进行了验证。实际结果表明，故障信息系统在电网事故 处理中起到了积极的辅助作用。 关键词：电力系统，电网事故处理，故障分析，故障信息系统 a b s t r a c t t m s p 印e ri m r o d u c e st l l es o u r c e 觚db 嬲i cc h 撇c t e ro fe l e c t r i cf a u l ta n dt h e 仃e a t m e n t p r o c e s s ，a r l ds t u d i e st e c l u l i 外l ec o r l d i t i o no fr e a l i z i i l gf a u l ti r i e o 加1 a l t i o ns y s t e m ，a r l dd e s i 目1 st h e i n t e 伊a ls 饥l c t u r e ，a n dd e v e l o p sd i f f e r e n t 胁c t i o n s t h e 矗m c t i o no fd a t af i l n 眦i n g 锄d d 砌一c a l l i n go ff a u l to s c i l l o s c o p ed a t ai sd e v e l o p e df o rp r a c t i c a ld e m a u l d c o i 蜘l “n g 觚d 印p l y m go ff ；l l l l ti r 怕m a t i o ns y s t e mi nx i l l g t a ii s 觚a l y z e d ，a n df - a u l to nl i n w a i ll i n ei s a n a l y z e dt ot e s tt 1 1 es y s t e m r e s u l ts h o 、v st l l a tf a u l ti n f o n n a t i o ns y s t e m 百v e se f r e c t i v eh e l pt o t i e a t i n gf a m t l ih l l i b i n ( e l e c 仃i c a le n g i n e e r i n 曲 d i r e c t e db yp r o 、7 gz e n g p i n g k e yw o r d s ：e l e c t r i cs y s t e m ，e l e c t r i cf a u i tt r e a t i n g ，f a u i ta n a l y s i s ，f a u l t i n f o m a t i o ns y s t e m 华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 本文首先介绍了电网事故信息的来源、基本特征和工作人员对故障信息的处理流 程，研究了故障信息系统实现的技术条件，设计了故障信息系统的整体架构，开发了邢 台电网故障信息系统的各种功能。根据实际需求特别增加了数据过滤、录波器双网接入 等先进功能，最后分析了邢台电网故障信息系统的建设情况和系统的应用，并结合临万 线的实际故障，对故障信息系统进行了验证。实际结果表明，故障信息系统在电网事故 处理中起到了积极的辅助作用。 关键词：电力系统，电网事故处理，故障分析，故障信息系统 a b s t r a c t t m s p a p e ri m r o d u c e st l l e s o u r c ea 1 1 db 嬲i cc h a r a c t e ro fe l e c t r i cf a u l t 砒l dt i l e 仃e a t m e n t p r o c e s s ，觚ds t u d i e st e c q u ec o n d i t i o no fr e a l i z i i l gf a u l ti n f o n n a t i o ns y s t e m ，a i l dd e s i 母_ l st h e i n t e 伊a ls t l l l c t u r e ，a n dd e v e l o p sd i 丘- e r e n t 胁c t i o n s 1 1 l e 矗m c t i o no fd a t af i l t m t i n g 锄d d u a l c a n i n go ff ；吡l to s c i l l o s c o p ed a t ai sd e v e l o p e df o rp r a c t i c a ld e m a n d c o n s t l m c t i n ga n d 印p l y m go ff a u l ti r 怕m a t i o ns y s t e mi nx i l l g t a ii sa n a l y z e d ，a n df - a u l t o nl i n w a i ll i n ei s a n a l y z e dt o t e s tt 1 1 es y s t e m r e s u l ts h o 、st l l a tf a u l ti n f o m a t i o ns y s t e m 百v e se f r e c t i v eh e l pt o 仃e a t i n gf a l l l t l ih l l i b i n ( e l e c 仃i c 越e n g i n e e r i n 曲 d i r e c t e db yp r o n gz e n g p i n g k e yw o r d s ：e l e c t r i cs y s t e m ，e l e c t r i cf a u i tt r e a t i n g ，f a u i ta n a l y s i s ， f a u l t i n f o m a t i o ns y s t e m 声明户明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文邢台电网故障信息系统的研 究与开发，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： 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：耋金剑 日期：鲨竺墨：笪：z 导师签名： 华北电力大学工程硕士学位论文 1 1 研究的背景 第一章绪论 近年来，随着计算机技术、通信技术和数字信号处理技术的发展，变电站微机 保护装置、故障测距、故障录波等在电力系统中得到广泛应用。继电保护是电网安 全的哨兵，在数据信息网络时代，继电保护信息网的建设已经成为电网建设的重要 组成部分。目前系统中选用的微机保护和录波器均为分散独立的产品。保护原理和 性能优良但其信息的输入方式形式单一，只能靠自带的打印机输出，难以长期保存， 远未达到集中自动处理和分析的程度，导致硬件资源和数据资源的严重浪费，未能 满足现代化电网中调度和管理中对故障信息处理的要求。所以当故障发生时，保护 故障数据和录波数据主要还是依靠电话、传真、甚至邮递的方式传送，浪费了大量 的人力和物力，而且对这些数据信息保存采用大量的纸张，检索、再利用都相当困 难，远远落后于现代电力生产的需要。 建立一个能满足现代化电网生产和继电保护运行科学管理多重需要的精确、高 效的网络信息系统，及在此基础上实现基于准确及时的现场运行信息的电力系统事 故处理与继电保护运行调整的最优决策系统对于满足现代化电网安全经济运行的 需要，将是必不可少的。现代信息技术的进步与发展推动了微机保护和故障录波器 应用技术的发展，故障录波器和继电保护经历了从微机型向数字化转化的过程，装 置的数据处理能力得到了大幅度提升，从仅仅具备信息打印输出逐步具备了通过装 置的通讯口实现数据传输的能力，初步具备了利用通信载体实现向电网调度中心进 行远程数据传输的功能；在数字式故障录波器联网技术的基础上，逐步实现了基于 电力载波通道的发电厂、变电站与电网调度中心的数字式保护信息联网。故障录波 器和数字式保护的联网为电网调度中心分析电网事故时保护动作行为提供了有效 的工具，使得信息技术在电网事故分析中应用实现了时间和空间上的突破。目前， 电力系统调度自动化( s c a d a e m s ) 系统及相关技术已经非常成熟，电力网络一次系 统运行监控、管理、分析的自动化水平已经得到空前的发展和进步。继电保护、安 全自动装置和故障录波器等二次装置作为实现电网自动化系统的智能终端装置，其 本身的信息化、智能化水平也很高，但从调度运行管理的角度讲，对于二次装置的 设备管理、运行状态监视、动作定值整定、以及对二次装置所记录的电网异常或故 障信息的综合有效运用分析等，仍然普遍处于较低的自动化水平，无法满足调度运 行管理自动化的要求。鉴于上述原因，原国家电力部早在1 9 9 4 年在关于开展电 力系统继电保护管理工作的决定文件中，就提到了要建立继电保护管理信息系统 的要求。在发生严重故障或复杂故障的情况下，调度值班人员和继电保护运行管理 l 华北电力大学工程硕士学位论文 人员需及时准确地了解故障情况，快速地判断故障发生的地点、性质及严重程度， 科学地分析故障原因，并及时采取正确的措施缩小故障范围、避免事故扩大、减少 故障损失，这些都要求建设一个技术先进、安全性高、可靠实用、开放性好、可扩 展性强的继电保护及故障信息管理系统，实现继电保护运行管理、故障分析、辅 助决策等主要功能，并与现有的变电站综合自动化系统、e m s 系统、m i s 系统等互 联互通。 1 2 国内研究现状 故障信息系统的设计和开发是一项重要的系统工作，其内容繁杂，技术要求高。 系统设计要求首先要保证电网的安全稳定运行，不能对电力系统中二次设备造成误 动作影响，次之故障信息系统要能够提高继电保护的专业管理水平，实现对继电保 护装置运行和事故动作信息的全面掌握，并且能够通过相应的功能模块设计，能够 为继电保护专业管理人员提供决策支持，对邢台供电公司来说，要求能够与现在运 行继电保护管理系统相辅相成。 继电保护及故障信息处理系统的建设和应用基本起始与2 0 0 1 年，近年来在全 国范围内随着故障信息系统实施范围的增加，系统的作用正逐步被认可。国家电网 公司已明确将故障信息系统的建设列入电网二次系统规划的范畴，并要求在比较短 的时期内实现2 0 0 k v 以上电网9 0 的覆盖率。故障信息系统建设已经成为继电保护 专业工作的热点之一。 文献 1 对继电保护及故障信息管理系统的发展历史及研究现状进行了综述， 介绍了继电保护及故障信息管理系统在广东电网公司中的应用，最后对继电保护及 故障信息管理系统的发展进行了展望；文献 2 提出目前已经开始在电网实际应用 的电力系统继电保护及故障信息子站系统，既可以作为构成继电保护及故障信息管 理系统的( 配置在变电站端的) 子系统，同时也可以作为一个独立的“通信网关 供 其它层次化的电力自动化系统使用；文献 3 针对目前故障信息系统应用层次较 低，只限于某一变电站或某一地区的调度，无法进行系统之间的信息交换，故文章 从通讯网络的规划，设备和系统的配置以及通信协议等方面对相关的技术进行了分 析和探讨，提出了一种新结构框架的继电保护及故障信息系统，该系统定位为继电 保护运行和管理服务的准实时系统；文献 4 从阐述电力系统二次安全防护总体构 架的核心要求出发，提出了主站系统采用电力专用安全隔离装置；子站系统采用安 全前置隔离结构；文献 5 对集运行状态监测、实验数据记录与分析以及故障数据 记录与分析等功能于一体的新型发电机一变压器组微机监录与分析系统进行了研 究，以适应电厂状态检测和故障分析与诊断的需要。 2 华北电力大学工程硕士学位论文 目前我国已经开展的故障信息系统建设及运行情况大致如下。 东北电网于1 9 9 3 年开始考虑建立故障信息系统，属于全国最早。主要包括继 电保护运行信息、继电保护事故记忆信息、继电保护管理信息三大部分为基础的继 电保护信息系统。电网发生故障后，由录波器起动子站计算机，将变电站内的微机 型继电保护装置( 主要是1 1 型保护) 及故障录波装置等相应信息送至子站计算机， 进行分析处理后形成“故障分析报告 文件，通过子站计算机的传真f a x 呼叫主站 计算机，并进行文件传送。由于该系统实施较早，受当时硬件条件、技术发展水平 的限制，该系统在子站端工作方式、系统对时、子站端与主站端通信通道、传送数 据方式及主站系统的软件功能上，均有较大的缺点。 国调的故障信息处理系统于2 0 0 1 开始建设。该系统的功能主要包括对运行的 保护设备的监视，对录波数据的分析以及集成了电力系统整定计算软件、继电保护 行为分析软件，同时该系统还包括较多的继电保护的专业管理功能，包括管理台帐、 技术标准、管理标准颁布、生产报表生成等日常管理功能。子站至主站采用拨号方 式通讯。 江苏电网于2 0 0 1 年选择了三个2 2 0 k v 变电所和省调通讯中心建立了一套带试 验性质的故障信息系统。该系统主要完成故障信息的查询、故障后以图像形式报警、 继保专业日常的维护管理等；系统的定位主要是供继电保护专业人员使用，同时也 作为调度人员判断故障、处理事故的辅助手段。子站端至主站端采用网络方式通讯， 拨号方式作为备用。 数字式保护和故障录波装置的广泛应用，促使国内众多电力企业逐步开始试点 实施基于数字式保护和故障录波装置信息集成的故障信息系统。因此，有效地利用 现代信息技术和迅速发展的电力通信网络，在电网发生故障时及时地将继电保护和 故障录波器的信息送到电网调度中心，为电网调度运行人员进行事故分析、处理及 系统恢复提供决策支持以及为继电保护专业技术人员提供有效的事故分析工具和 手段。故障信息系统在国内属于新兴的领域，目前国内还没有一个统一的标准和规 范，系统的功能定位、设计原则、试验标准等涉及系统建设的关键性问题还受到不 同电网差异性的制约。 本文结合邢台电网事故处理实际需求，对故障信息系统的功能定位、故障信息 的处理过程以及系统结构与设计进行了探讨研究，并结合目前已经建设完毕的故障 信息系统实际使用效果进行分析验证，以期对故障信息系统建设与普及起到一定的 积极作用。 3 华北电力大学工程硕士学位论文 1 3 论文研究的主要工作 本文结合电网故障处理的一般流程和故障信息的基本特征，对故障信息系统进 行了研究、开发和应用，主要工作包括如下： 1 、研究电网故障处理流程和故障信息基本特征 总结电网故障信息的来源，归纳电网故障处理流程，分析故障信息基本特征， 为故障信息系统的开发进行基础理论研究。 2 、研究故障信息系统建设所需技术条件、故障信息系统组成、故障信息系统 功能定位 根据故障信息收集、整合及应用等流程确定系统建设所需的各项技术条件：根 据电网故障处理的流程和故障信息特征确定系统组成和功能定位。 3 、根据故障信息系统的基本特点和要求，开发系统的整体架构以及各项功能 根据邢台电网实际情况，构建系统整体架构，研究和开发包括保护动作分析、 录波分析、定值查询、开关量查询、数据过滤、录波器双网调用等各项具体功能。 4 、利用邢台电网故障实际验证故障信息系统。 利用已接入系统的变电站实际故障对系统的使用进行评估，对系统的进一步改 善提出建议。 4 华北电力大学工程硕士学位论文 第二章电网故障信息系统 随着国民经济的持续稳步发展，作为国民经济发展基础行业的电力也得到了迅 速的发展，全国电网主体网架逐步从2 2 0 k v 发展成为5 0 0 3 3 0 k v 电压等级，以交流 联网为主的跨大区联网逐步形成，“十一五”期间1 0 0 0 k v 特高压电网的建设标志 着我国电网的发展将进入一个新的阶段。 随着电网联系的加强，电网的输电能力得到了有效的提高，但局部电网故障可 能引起的事故波及范围扩大的概率也大大提高了；同时，电网之间联系的加强使得 电网在发生故障时产生的信息量也大大增加，客观上会增加电网运行人员判断事故 性质、处理故障以及确定系统恢复所需的时间。对于电网调度而言，电力系统发生 故障尤其是较大范围的故障时，调度人员对系统故障的处理过程和系统恢复的措施 相当大程度上取决于对当时电网的拓扑结构、潮流分布情况、断路器和保护装置的 动作行为等重要信息的判断和分析。电网发生故障时，及时、有效地掌握故障的信 息，对于事故的判断、处理和系统恢复起到关键性的作用。 电力系统“发、输、用即时平衡、同时完成的运行特征决定了电网调度是电 网生成运行的指挥中心和协调中心。在电网发生故障时，由相应电网调度人员按照 调度管辖范围组织进行事故处理和系统恢复。因此，事故分析判断的依据、事故处 理的原则、事故判断处理所依赖的手段等电网运行人员处理事故的本质内容确定了 故障信息系统的应用需求和功能定位。 2 1 电网故障信息来源及应用 尽管电力系统领域已经采取了多种技术措施加强电网的安全稳定运行，但仍不 可避免地遭遇到各种因素引起的事故。引起电网故障或异常的原因可能有以下情 况： ( 1 ) 电网设备本身引起的故障，如发电机、变压器、互感器等重要发电、输 电设备损坏等； ( 2 ) 自然灾害引起的电网事故，如线路雷击、绝缘子污闪、台风破坏等： ( 3 ) 电力负荷异常引起发、用电不平衡，调度运行人员未及时处理引起频率、 电压稳定问题等； ( 4 ) 局部电网事故发生后由于保护装置问题不能有效隔离，引起事故扩大等。 5 华北电力大学工程硕士学位论文 2 2 电网事故处理流程 在电网正常运行时，调度自动化系统所提供的电网运行信息使得电网调度运行 人员可以有效地把握电网的运行状态。实现正常的运行控制和系统调整，从某种意 义上讲电鼹调度自动化系统先电弼鼓正常运行提供了有效的监视和控制手段。 在电网故障时，电网运行人员对整个事故判断、处理和系统恢复所需要的继电 保护动作信息、断路器与保护动作时序信息以及作为故障重要判别依据的模拟量等 关键信息缺乏。使德通常意义上的电网调度自动化系统不能构成事故处理的有效支 撑，也无法达到智能调度对事故处理的决策支持要求，或者说还没有依据现代信息 技术为调度员的事故处理提供有效的决策支持技术平台。 在电网发生故障后进行事故处理所需要的事故性质、范围界定外，很重要的一 个环节就是根据故障录波器记录的事故过程中电网电流、电压的波形，保护装置在 故障时刻的动作行为、保护装置的整定值、保护装置的动作原理及逻辑设置以及保 护装置各种元件在故障时的响应等因素，系统地判断、分析、评价保护装置的动作 行为和性能。这就需要将断路器、保护装置的动作信息与故障录波器的信息进行有 效的关联，利用故障录波器的数据文件进行故障回放，以验证保护对电网故障的响 应行为。这种分析将有利于合理评价保护装置在电网故障时的反应，并根据系统性 的评价结果，及时调整保护装置的整定值，从而更好地适应系统安全的需要。电网 事故处理流程如图2 2 所示： 图2 i 电网事故处理流程示意图 6 华北电力大学工程硕士学位论文 从电网典型事故处理流程分析可知，故障判别与分析的核心是对断路器、保护 和故障录波器的综合分析，对于这些信息获取的及时性、完整性将决定电网事故处 理的针对性和有效性，或者说以何种方式完成上述信息的综合将在一定程度上体现 调度自动化系统对于电网故障分析、处理的决策支持程度。电网事故处理和故障分 析有着特定的信息需求。 相关人员对电网故障处理行为： ( 1 ) 继电保护人员：二次设备运行状态，分 析电网故障类型、性质、填写故障报告，分析保护动作行为作为保护评价的依据， 保护设备的管理、统计、考核；( 2 ) 调度人员；二次设备运行状态，电网故障类 型；( 3 ) 安监部门：查看电网故障信息，查看电网故障分析报告，查看保护设备 统计、考核情况； ( 4 ) 生产技术部门：查看电网故障相关历史信息，电网结构和 运行参数变化情况。 2 3s c a d e m s 系统信息 通常所说的调度自动化系统主要是指以s c a d a e m s 为应用的主体系统。 s c a d a e m s 系统信息来源是基于厂站端的r t u 或监控系统i 0 测控采集的信息，信 息内容包括模拟量信息，如有功、无功、电流、电压等；事件量信息，如断路器及 隔离开关的状态，并接受来自调度控制中心的控制和调节命令。通常所说的“四遥 信息即遥信、遥测、遥控、遥讽信息，构成了s c a 嗽系统信息组成。 由于s c a d a 信息传输的方式是以一定间隔( 3 5 s ) 将相关信息实时上送到调 度中心，因此s c a d a 信息体现出“断面特点，即s c a d a 系统反映的是电网在某一 时刻的情况。电网调度中心在s c a d a 信息基础上掌握系统事故发生时网络拓扑结构 的变化、线路潮流的变化，并实现e m s 的各种应用，如状态估计、静态安全分析等。 s c a d a 信息基本可分为两类： ( 1 ) 远动报文信息。通常采用e 阻、u 4 f 等传输协议，以一定的时闻闯隔刷新 测量设备的模拟量数据和开关量状态，并将采集量的越限情况上送调度中心。但远 动报文所包含的信息只反映采集量变化后的最终状态，不能反映变化的过程和时 序。 ( 2 ) 事件顺序记录( s o e ) 信息。厂站端保护的动作信息基本以硬触点方式接 入i o 测控单元；s o e 信息包含了事件量变化的动作时序，但s o e 信息是等待召唤 的。只有在s o e 信息存储量超过一定限额时才会将其上送至调度中心。 就目前电网的技术管理体质而言，s c a d a 信息的维护属于电网调度中心自动化 专业负责，变电站的测控单元一般接入保护的硬触点动作信号，s c a d a 系统可以实 现厂站端保护基本动作信号的传输。但一般自动化专业人员只关注“四遥 信号， 7 华北电力大学工程硕士学位论文 主要原因是变电站内保护的信息量远远超过断路器及隔离开关的遥信信息量，一个 变电站内保护硬触点信号的信息总量会达到s c a d a 系统遥信信息量的4 5 倍，对于 一个5 0 0 k v 变电站仅仅5 0 0 k v 侧保护的信息量就可能达到8 0 0 1 0 0 0 条以上。同时 由于保护装置的信息特征是正常时没有信号，在电网或装置本身发生异常时才有信 号产生，这对于s c a d a 系统实时信息应用基本没有直接的相关性，自动化专业人员 对保护的动作信息基本不进行维护。 来自s c a d a 系统的信息作为电力系统静态安全监视的依据，但不能系统地反映 电网发生事故时的保护动作时序、重合闸过程等判断、分析电网事故所需的极具价 值的关键信息。因此，s c a d a e m s 系统对电网事故分析、判断继电保护动作行为所 提供的信息是不完整的，不能作为电网事故分析的依据。 2 4 电网故障信息特征 ( 1 ) 准实时性：电网事故分析时主要数据来源于厂站端的继电保护装置动作 信息、故障录波器记录的电网故障过程中的模拟量信息和开关量信息( 如断路器动 作信息、线路保护通道信息等) 。这类信息具有准实时性特征，即电网正常运行时 信息量很少，当电网发生故障时产生大量信息，信息量的大小与故障范围、严重程 度呈相关性。 ( 2 ) 时间一致性：由于厂站端基本都有g p s 同步时钟给站内二次装置进行对 时，故障时保护、录波器等装置上送的信息自身带有时标，这样可以通过信息的有 效过滤实现故障地点、故障相别、故障时保护、断路器动作时序的完整描述，可以 为电网调度运行人员提供事故处理的决策依据，同时可以为保护专业人员提供详细 的保护动作时间信息、故障录波信息，有助于对事故中保护装置的动作行为进行客 观的评价。 ( 3 ) 格式一致性：实现故障信息综合分析的前提是厂站端上送的信息必须遵 循相同的数据格式或标准。 2 5 故障信息系统的技术基础 目前电力系统应用的继电保护装置和故障录波器基本上都可以实现以下两方 面的功能，一方面可以存储故障数据和实现数据通讯；另一方面，二次智能设备 ( i e d ) 可以非常容易地实现信息集成，并可在任何地方获得信息。 2 5 1 故障信息集成基础 在电力系统发生故障时，最重要的是及时获取系统发生故障时断路器、保护装 r 华北电力大学工程硕士学位论文 置的动作信息、故障录波器模拟量信息，以便于调度运行人员能比较准确地判断事 故的性质、范围。 数字式保护和故障录波器所具有的信息送出功能，为电网调度在电网发生故障 时及时获取信息并准确判断事故提供了技术基础。随着计算机技术的发展，数字处 理技术的优越性逐步为众多领域所认同，并在电力系统中得到了广泛的应用，体现 在电力系统二次部分如变电站监控系统、故障录波器、微机保护等等。数字化技术 的应用使得故障录波器可以以一定的采样频率将电网发生故障时电流、电压等模拟 量变化过程及状态量的变位以数据文件的方式保存下来；以往只能通过硬触点反映 的保护装置动作情况可以通过报文方式从微机装置的通讯口送出，并可提供带有时 标的动作时序和更多的信息量。由于继电保护及故障录波器的动作情况带有明确的 时标，因此，可以在故障分析时根据断路器、继电保护装置的动作时序与电力系统 实际故障情况进行比对，分析和判断故障性质和保护装置的动作行为。 2 5 2 故障信息远传基础 近年来电力通讯网络的载波、微波和光纤通讯的组成有了较大的变化，尤其是 光纤通道的建设更是突飞猛进。光纤通道建设过程中网络一体化的趋势相当明显， 架空地线复合光缆( 0 p g w ) 和全绝缘自承式光缆( a d s s ) 已经得到广泛应用，全国 范围内的光纤网络正逐步形成，电力通信业务正从以话音通信业务为主向以数据传 输业务为主转换。电力通讯网络的发展为故障信息的远传提供了物质基础，故障信 息系统具备了准实时应用的条件，即在电力系统发生故障时有效地完成大量数据的 传输，为电网调度运行人员进行事故处理提供决策支持，加快系统的恢复过程。 2 5 3 故障信息的标准化 同一个变电站内不同制造商提供的微机保护和故障录波器信息格式各异，给故 障信息系统建设带来诸多不便：同一个变电站需要多个通信话路用于连接不同制造 商的设备；调度中心主要不断切换不同的通信话路才能与站内不同的设备进行数据 通讯，无法有效地利用变电站内的信息进行系统性地分析，制约了故障信息的有效 利用。 故障信息系统通过对不同通讯规约进行转换，完全可以实现不同数字式保护和 故障录波器装置的有效集成。对于故障信息系统而言，变电站内各种设备信息的集 成、不同规约的转换、数据的有效处理是前提，可靠的通信系统是基础。随着电网 规模的日益扩大，各种实时、非实时的信息量将大大增加，电力系统信息的传输有 轻重缓急之分，为了使电网调度运行人员能有效地处理电网安全运行监视、事故处 理的信息，对厂站端上送的信息提出了“有效、一致、准确、完整 的要求，数据 9 华北电力大学工程硕士学位论文 传输规约和传输网络标准化是实现有效数据通信的基础。实现故障信息系统提供了 必要的前提条件。 2 6 故障信息的收集和整合 2 6 1 故障信息的收集 故障信息主要来源于主要是数字式保护的信息、故障录波器的信息，通过二次 装置的数据接口实现信息的交互，作为故障分析重要组成部分的断路器辅助接点、 非数字式保护的硬接点信息等应通过故障录波器的事件量获取。 数字式保护可以以数据口方式输出各种保护测量元件的动作信息、保护出口动 作信息、保护装置自身的告警信息、保护装置的录波信息、保护内部整定值信息、 保护的投运状态信息等。上述信息一般有两种方式实现与故障信息系统的交互：一 种是故障信息子站系统与保护的数据通信口直接相连，另一种是与保护装置的数据 汇集器即通常的保护管理机相连。 故障录波器信息主要有电网的模拟量信息、变电站内相关断路器的状态信息、 所有非数字式保护装置的出口跳闸信息、线路主保护的收发信信息、保护装置的异 常告警信息等。 分布在不同变电站内故障信息系统的信息采集子系统，简称为“子站，它可 以将涉及电网故障的各种信息进行有机关联和综合利用。“子站 是一套具有数据 接口、数据通信、数据处理以及数据存储功能的设备，该设备完成与数字式保护和 各种录波器的信息接入，实现不同设备的规约转换，按照轮询机制实现对接入设备 的定时访问以获取新的事件信息，实现重要信息的主动上送以及等待主站的信息调 用等。 经子站处理后的信息可分为两类：主动上送信息和被动查询信息。 ( 1 ) 主动上送信息。该类信息主要涉及系统事故处理和保护设备异常情况判 断的信息，如保护动作跳闸信息、保护装置异常告警信息等，主要用于电网发生故 障时对故障事件的判断提供决策支持，以及设备异常时通知检修人员进行紧急消缺 处理。这部分信息量不大，但要求在事件产生后迅速上送到调度中心； ( 2 ) 被动查询信息。该类信息用于详细分析事故和保护装置的动作行为，如 保护装置内部详细动作过程、定值数据、保护录波数据、故障录波器录波数据等。 这部分信息量较大，传输时间要求不是很高，但要求信息完整，一般在事故发生后 进行人工调用。 1 0 华北电力大学工程硕士学位论文 2 6 2 信息整合 故障信息系统主要实现信息整合功能，其运行状态必须对保护装置和故障录波 器不构成运行上的安全隐患，且不宜对保护装置和故障录波器进行具体控制操作。 因此，故障信息系统所分析的信息必须以装置本身的时钟为准。 故障信息系统的信息来源主要是数字式保护和故障录波器，在厂站端实现信息 的汇集、分类、规约转换等，并经电力通信网络将信息上送到电网调度中心或接收 电网调度中心下达的信息调取命令，在电网调度中心的主站系统实现故障信息的综 合分析。故障信息系统主要由如下三部分组成： 2 7 故障信息的应用 故障信息系统的应用价值在于，故障信息系统在应用中要做到及时性和针对 性。及时性是需要为不同性质的故障信息划分优先等级，保证具有高优先级的故障 信息优先发送；针对性是指故障信息系统应能针对不同的应用对象，保证将合适的 信息提供给最需要的人员。 2 7 1 故障信息的优先级 各类故障信息的优先级的划分如下表2 1 所示： 表2 1 故障信息的优先级划分 优先级信息类型信息来源传送方式分析层次 子站故障故障录波立即上送，使主站快 ll 、2 级故障信息的分析在子站 简报器速进行综合判断 内部完成，属于独立事件、独 断路器状 故障录波 主动上送，以加快主 立装置分析层次，可能存在误 态 器、站内监 站诊断推理的速度 判。因此主要作为调度员进行 控系统 2快速事故处理的初步判据，更 保护装置、先上传动作与断路器 重要的价值在于为后面主站的 保护事件站内监控的出口保护，其他保 综合故障分析提供预处理信息 系统 护信息就地存储 在收到各子站主动上 3 、4 级故障信息的分析在主站 综合故障各联网子送的初步分析报告 3 完成，属于保护网络或全系统 分析报告 站 后，立即启动主站综 合故障分析 复杂故障分析层次，其中综合 保护跳闸保护装置 故障分析报告主要为调度人员 报告和和故障录响应主站的信息调用 提供准确的故障分析结论，包 s o e 波器命令上传，作为事故 括全网故障诊断、保护动作行 4 后分析、继电器动作 为分析等。其余信息主要为继 完整的故 故障录波 行为分析的依据 电保护专业人员进行离线的事 障录波数 器 后分析 据 华北电力大学工程硕士学位论文 响应主站的调用命令 上传，作为评价保护 保护定值保护装置 动作行为、保护定值 校核的信息 有变化即上传，主站 这类信息并非故障时产生，和 软压板状 保护装置 调用时将全部软压板 态电网故障无直接的联系，主要 5 状态打包上传 用于系统的初始化、装置维护 有变化即上传主站 以及定值校核等 开关量状 保护装置调用时将全部软压板 态 状态打包上传 设备异常 保护装置、 故障录波立即上传 信息 器 2 。7 。2 故障信息服务对象 对于故障信息系统在电网故障时或设备发生异常情况时所产生的各种信息，不 同专业的人员或信息的关注对象对于信息的广度、深度、时效性等要求是不一样的， 主要为表3 。2 所列举的几类对象提供信息服务： 表3 2 故障信息服务对象 服务对象描述 需要在最短的时间内获取调度管辖范围内是否发生故障、准确故障位 电网调度运行人员 置、断路器跳闸情况和保护出口动作情况等 需要了解断路器跳闸情况、保护出口动作情况及保护整定值信息。同 继保专业管理人员时需要掌握详细的保护动作事件信息、故障录波器信息及故障测距结 果等 电网事故统计分析需要了解保护、故障录波器及断路器的运行情况、故障分析报告、动 人员作统计分析结果等 需要在最短的时间内获取变电站内断路器跳闸情况、保护出口动作情 变电站运行人员 况等，需要了解的是实际状态信息 保护设备检修和维 需要了解变电站内设备的异常情况、断路器跳闸情况、保护出口动作 护人员情况等，同时需要掌握详细的保护动作事件信息 2 8 故障信息系统功能定位 故障信息系统的数据来源和特点决定了其主要功能在于对电网的事故分析和 处理，以及对保护设备的动作行为详细分析，概括起来有以下几个方面： 2 8 1 事故处理决策支持 在数字式保护和故障录波器应用技术的前提下，在电网发生故障时，通过安装 在变电站内的故障信息系统子站收取保护动作的事件报文和故障录波器的动作信 1 2 华北电力大学工程硕士学位论文 息，根据预先设定的信息传输原则，主动将用于故障判断的重要信息如保护动作情 况、故障相别及故障测距信息等上送给调度运行人员，为事故处理提供必要的决策 支持，有利于调度运行人员尽快进行系统恢复。此外，通过故障信息系统上送的保 护异常信息，有助于电网运行人员及时对系统的运行方式做出必要的调整，确保系 统安全运行。 目前，电网中使用的大量设备已经支持远程操作功能，对于电网事故的处理决 策首先必须来源于对保护的动作情况和断路器动作情况的判断。在实际应用中， s c a d a 系统仅实现断路器状态变化信息的上送，尽管在变电站监控系统具有保护简 要动作情况的记录，对保护动作的判断必须依据保护装置的整定值、断路器动作情 况和故障录波器记录的模拟量数据，这些信息只能来源于故障信息系统，或者说故 障信息系统是实现电力系统自动故障判断，并直接实现远程事故恢复操作的必要支 撑系统。 2 8 2 保护动作行为系统性分析 在调度运行人员完成事故处理和系统恢复后，继电保护专业人员需要对保护装 置的动作行为进行详细的分析，确定保护装置的动作行为是否符合保护的动作原 理、动作特性，是否与装置内的整定值、辅助逻辑一致，尤其当一些比较复杂的故 障，如高阻接地故障、跨线故障、发展性故障等特殊故障发生时，对保护装置的响 应情况进行详细地分析将更有意义。 需要特别注意的是尽管许多保护装置本身具有故障录波功能，但对于保护动作 行为的判断应主要依赖于故障录波器的故障数据，用于判断保护装置的动作情况是 否满足电网安全运行对“快速性、灵敏性、安全性、可靠性的要求。这意味着故 障信息系统必须将故障录波器记录的故障录波数据作为保护动作行为分析的依据。 故障信息系统在厂站端实现信息集成和规约转换，使得电力系统发生故障时电 网中各厂站收集的故障信息能够在调度中心得到共享，为综合利用故障录波器的模 拟量信息实现对保护装置的动作特性分析提供了可能。 2 8 3 设备异常及时报警 故障信息系统实现了对各种微机保护设备运行的有效监视，其重要作用之一就 是可以通过主动上报设备的异常情况，及时通知设备检修人员进行设备消缺，恢复 设备的正常运行。将每次保护的动作信息及时提供给设备维护人员，通过对历次电 网故障时保护动作情况历史数据的积累分析，综合保护运行状态的监视适时调整设 备的检修策略，合理调整和安排设备的检修资源和检修计划。 1 3 华北电力大学工程硕士学位论文 2 8 4 其他应用的数据支撑 故障信息系统包含了电网发生故障时分析故障的最根本信息，可以为其他系统 应用提供必要的数据支撑，如设备检修管理系统、稳控系统、d m i s 系统等。在现代 信息技术、网络通信技术、安全防护技术具备实施基础的前提下。有可能将以往电 网运行人员根据信息进行人工判断处理的过程交给计算机系统来完成，这将大大提 高电力系统的安全性和可靠性，尤其在电网发生事故时有利于系统的快速恢复。 1 4 华北电力大学工程硕士学位论文 第三章系统结构的研究和开发 根据上述故障信息的特点以及故障信息系统要实现的各种功能，本文分析了故 障信息系统的结构并给出了信息处理流程。 3 1 系统基本特点与要求 在电网正常运行情况下故障信息系统能够对电网进行监视；在电网发生异常或 故障时，故障信息系统能够通过信息收集、分析处理，迅速准确地确定故障的性质 与范围，并对保护装置的动作行为进行判断，为电网调度运行人员进行事故处理提 供技术支持。系统具有如下基本特点与要求： 3 1 1 信息传递具有准实时性特征 故障信息系统的信息的产生和传递都具有准实时特征，在保护动作或异常时可 以通过主站信息调用的方式将保护的动作情况取到调度中心进行事后的详细分析； 另一方面，故障信息系统可以订阅或轮询各联网保护设备的动作事件和设备状态， 当订阅的内容或轮询到的结果发生变化时即可通过故障信息系统实现变化异常事 件和动作行为的主动上送。对于故障录波器而言，在电网发生故障时主要依据所接 入的模拟量的变化或开关量的变位进行故障判别以确定录波器是否启动录波。故障 录波器启动后形成录波文件并存储在录波器内部的存储器上；子站通过订阅或轮询 录波器数据信息的变化取得新生成的故障录波文件至子站本地等待主站的调用。 3 1 2 信息处理分层过滤及优先上送 电网发生故障尤其是大面积复杂故障时会产生大量的故障信息。如果对这些信 息不进行任何的过滤处理，将会导致过量的信息涌入到调度中心，引起通信传输通 道的阻塞，同时也会影响事故的快速和正确处理。 故障信息系统应遵循信息分层过滤原则，以确保故障信息处理的及时性和有效 性。系统支持无故障时扰动信息过滤，过虑策略用户可配置；系统依照优先级策略 将重要信息优先上送，并实时整理保护故障报告。信息处理的分层过滤包括时间响 应和内容响应两方面：时间响应是指为不同性质的故障信息划分优先等级，确保具 有高优先级的故障信息优先上送，故障发生后优先上送故障简报，其次上送保护详 细动作事件及自检事件，然后是s o e 信息，最后才是故障录波文件；故障信息处理 的内容响应是信息传送指要区分不同的信息应用对象，变电站应保留完整的原始信 息，电网调度运行人员、继保专业管理人员以及保护设备维护和检修人员只需要合 适的相关信息。 l5 华北电力大学工程硕士学位论文 3 1 3 信息交换满足标准接口规范 故障信息系统基于不同制造厂商的设备进行信息的集成并实现规约的转换，从 系统的构架角度看，信息交互有以下几个方面： ( 1 ) 孑站端系统一与所接入豹保护、故障录波器设备的信息交换；与监控系 统的信息交换。 ( 2 ) 主站端系统一与s c a d a e m s 系统的信息交换。 ( 3 ) 子站端系统与主站端系统的信息交换， 信息交换应满足数据传输规约和网络通信规约标准化的要求。厂站端的信息交 换应支持“互连互通，即插即用 技术的实现。整个系统设计安全性应符合电力系 统二次安全防护的要求。在未来数字化变电站蜀益发展和成熟后，系统的设许及工 程实施应能适应未来i e c 6 1 8 5 0 标准。 3 1 4 信息管理支持高级应用实现 故障信息系统不但能够对故障信息进行及时和准确的收集和传送，更重要的是 能够对故障信息进行处理、挖掘并最终实现对电网运行人员提供决策、分析和管理 服务。故障诊断和事故分析、处理是主要的高级应用，故障信息系统根据电力系统 故障时获取豹保护及故障录波器信息进行故障定位和事故剡断并根据故障对的信 息和预先设定的保护动作特性实现对保护动作行为的分析与判断；根据历史的数据 记录实现保护和故障录波器设备的状态检修，提高检修效率，并根据设备在实际系 统中的运行状况对检修策略进行必要调整：通过与保护整定程序的有效关联实现保 护定值的校核。 3 2 系统设计原则 根据前面的论述，敲障信息系统遵循以下设计原则：( 1 ) 系统采用层次架构； ( 2 ) 信息发布订阅原则；( 3 ) 安全性原则；( 4 ) 开发性原则。 3 2 1 层次架构 故障信，鼠系统的顶层结构应采用层次型架构，如图4 1 所示。层次架构体现在 主站和子站两个方面：主站系统软件架构层次体现用户层、应用层和数据层三个层 次：子站系统软件架构层次体现规约转换层、应用层和数据层三个层次。 华北电力大学工程硕士学位论文 图3 1 故障信息系统层次架构示意 3 2 1 1 主站层次架构 ( 1 ) 用户层一一本层负责人机交互，接收用户的输入并返回处理的结果， 统一调度其他模块。用户界面的个性化极强，不同用户、不同的应用场合对用户界 面的要求有很大的差异，如有的用户要求用基于w i n d o w sg u i 的界面，而有的则要 求使用浏览器界面。将用户层独立出来是为了隔离这些表现形势的变化对整个系统 底层核心部分的影响。 ( 2 ) 应用层一一本层包含了大量的分析、处理组件即高级应用组件，与 故障分析相关的各种算法、逻辑等都集中在应用层实现。 ( 3 ) 数据层一一本层封装了对底层数据库的各种操作。 3 2 1 2 子站层次架构 子站主要包括如下组件和功能机制： ( 1 ) 置规约转换组件一一负责把