（电力系统及其自动化专业论文）电网继电保护及故障信息处理主站系统的研究及应用.pdf

a b s t r a c t i nr e c e n ts e v e r a ly e a r s ，e l e c t r i cp o w e rs y s t e mp r o t e c t i v er e l a y i n ga n df a u l tl n f o r m a t i o n p r o c e s ss y s t e mh a sb e e na t t r a c t i n gm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n s t h i ss y s t e mi sc o m p o s e do ft h r e e p a n s ：s u b s t a t i o ns y s t e m ，c o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka n dm a s t e rs y s t e m w h e nf a u l t sh a p p e no n e l e c t r i cp o w e rs y s t e m ，s u b s t a t i o ns y s t e mi sr e s p o n s i b l et oc o l l e c tv a r i o u sp r o t e c t i v er e l a y i n g i n f o r m a t i o na n df a u l tr e e o r di n f o r m a t i o n t h e ni n f o r m a t i o ni ss e n tt om a s t e rs y s t e mt h r o u 吐 c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k a c c o r d i n gt ot h e m ，p o w e rd i s p a t c h e rc a na n a l y z ea n dh a n d l ef a u l ti n t i m e s ot h i ss y s t e mg r e a t l yi m p r o v e st h ea b i l i t yo ff a u l ta n a l y s i sa n dt h ee 舒c i e n c yo ff a u l t h a n d l i n g i tc a na l s oi m p r o v e t h el e v e lo fm a l l a g e m e n to ff a u l ti n f o r m a t i o n e a s tc h i n a , s h a n g h a i ，j i a n g s up r o v i n c e ，f u j i a np r o v i n c e ，z h e j i a n gp r o v i n c eh a v e 印p 1 yt h i ss y s t e mc o m b i n e d w i t hp r o j e e lt h e yh a v ea c c u m u l a t ee s s e n t i a le x p e r i e n c e t h ep a p e rm a i n l yd e s e r i b e st h ed e v e l o p m e n ta n ds t a t u so ff a u l ti n f o r m a t i o np r o c e s ss y s t e m i nt h ef i r s tc h a p t e r i tb r i n g sf o r w a r dt h es i g n i f i c a t i o na n di n s u f f i c i e n c yo ft h i ss y s t e m ，t h e n i n t r o d u c e st h ef o n c t i o na n ds m l c t u r eo f t h es y s t e mg e n e r a l l y t h es e c o n dc h a p t e ra n dt h et h i r dc h a p t e rm a i n l yd i s c u s st h ed e s i g no f t h em a s t e rs y s t e mi n f a u l ti n f o r m a t i o np r o c e s ss y s t e m ，t h es c c o n dc h a p t e re x p a t i a t et h ed e s i g np r i n c i p l e s s o f t w a r e d e s i g na n dh a r d w a r ed e s i g na b o u tt l l es y s t e mf o n c t i o nr e a l i z a t i o n t h ed e s i g na n dt h ef u n o t i o no f s u b - m o d u l e s s u c ha sc o m m u n i c a t i o n ss e r v i c e f a u l ta n a l y s i sa n ds oo n t h et h i r dc h a p t e rh a sa p a r t i c u l a rd e s i g na c c o r d i n gt ot h em a i nm o d u l e si ns u b - m o d u l e s i n c l u d i n gd a t a - b a s e i n f o r m a t i o n p a t h ，s a f e t yp r e c a u t i o n ，w a v e f o r ma n a l y s i s ，f a u l tl o c a t i o na l g o r i t h m , r e l a y i n gp r o t e c t i o na c t i o n a n a l y s i s ，e x p e r ts y s t e m c o m b i n ew i t ht h ee n g i n e e r i n ge x a m p l e t h ef o r t hc h a p t e rm a i n l yi n t r o d u c e st h eu s eo ff a u n i n f o r m a t i o np r o c e s ss y s t e mi nl i u n y u n g a n gc i t y t h el i a n y u n g a n ge l e c t r i cp o w e ri sa ni m p o r t a n t c o m p o n e n tj nj i a n g s up r o v i n c ee l e c t r i cp o w e r , i th a sah i g hr e q u e s tt os p e e d i n e s s s t a b i l i z a t i o n a n ds e c u r i t yi ne l e c t r i cp o w e r p r a t t l e a l a p p l i c a t i o np r o v et h a tt h i ss y s t e mh a sp r o d u c eg o o d e c o n o m i cb e n e f i ta n ds o c i a lb e b e f i t k e yw o r d s ：f a u l ti n f o r m a t i o np r o c e s ss y s t e m , m a s t e rs y s t e m ，s y s t e md e s i g n n 东南大学学位论文独创性声明 一、学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 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。 研究生签名： 二、关于学位论文使用授权的说明 日期： 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分论文。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 名：斧一名：弛日 第章引言 第一章引言 随着变电站自动化的不断发展，对继电保护运行、事故分析和电网运行的管理水平和决 策能力提出了越来越高的要求。尤其在高压电网发生严重故障或复杂故障的情况f ，如何能 使调度值班人员和继电保护运行管理人员及时准确地了解故障情况，快速地判断故障发生的 地点、故障性质及严重程度，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，是摆在各级电网调度部门面前的重大课题。 i i 故障信息处理系统的发展及现状 进入8 0 年代后，微机保护和微机故障录波器等二次设备得到了迅速的发展，这些设备 具备了功能完整、信息储量大的特点。当电力系统正常运行时，微机保护设备可对一次设备 进行数据采样，实现对电力系统的有效监控：当电力系统发生异常时，微机保护设备及时启 动处理系统故障，并记录下故障的简要信息，与此同时微机故障录波器也记录f 故障的详细 信息。这些信息都是对故障进行分折与综合处理所需的宝贵的原始资料。 9 0 年代中期，随着微机保护和故障录波器的火量应用，出现了变电站综合自动化这个 新的研究领域。变电站综合自动化系统将变电站二次部分接入站内控制网中，以实现变电站 的综合自动化控制及自诊断功能，并实现与调度中心的远方通信。变电站综合自动化在实现 遥测、遥信、遥脉的基础上还增加了远方修改保护定值、故障录波与测距等信息的远传，其 传送给调度中心的信息比传统的远动系统丈得多。近几年来，随着计算机网络技术、数据通 讯技术以及大规模集成电路技术的高速发展。各种新璎的微机继电保护、智能电子装置、智 能故障录波器在电力系统中得到了广泛应用和普及，变电站自动化的水平和程度在不断地提 高。 变电站综合自动化的广泛应用，使调度端全面实时地得到各个变电站的运行信息成为 可能。由于现有变电站综合自动化系统只能比较好地处理站内故障，但对于变电站之间的故 障困难以获得其他变电站信息而难以处理：另外，变电站由于受计算机能力限制，对丁开关 状态信息、故障录波信息等运行信息只能分别独立地进行处理，但为了进行更有效的分析， 有必要将这些信息综合起来。因此，可以在调度中心建立故障信息处理系统”j ，从全局的角 度出发，利用调度中心的高性能计算能力进行系统运行的综合分析和评价，特别是故障发生 时可以综合利用所有变电站信息对故障进行分析和处理，这样将能够大大提高系统的安全稳 定控制水平。 电网上e 常运行由变电站自动化系统实现站端的监控，对电力系统异常情况的监视和记 录，通过故障录波装置记录电力系统故障动态过程，包括电力系统故障电压与电流波形，继 电保护装置动作信息，将这些分布在远离调度中心的变电站( 发电厂) 内的继电保护及故障录 波数据信息远传的系统，称为电力故障信息处理系统，该系统的建立具有非常重要的意义 2 j ： 1 ) 能使调度中心及时、全面、准确地掌握故障情况，从而快速地处理系统故障。 2 ) 便于对故障录波装置、继电保护设备的集中管理和对其运行状态的全面实时监视。 3 ) 可实现双端故障测距，从而提高故障定位精度，减少巡线工作量及故障恢复时间， 提高经济效益和社会效益。 1 1 1 实施故障信息处理系统的必要性 i ) 现代化大屯网的运行越来越依赖于对各种信息的有效分析和处理。在电力系统发生 故障，尤其是大面积复杂故障时，仅仅依靠来自s c m ) a 系统的保护、开关接点的变位信息， 调度运行人员难以做出准确判断。而来自继电保护和故障录波器的信息越来越成为事故分析 和系统恢复的重要依据。对这些信息进行分析，可以得出系统异常时的故障类型、故障相别、 故障前后的相量、保护及开芙动作事件、事件时序( s o e ) 等。对来自多个厂站的保护和录 波信息进行综合分析，可使调度中心迅速掌握电网实际故障状况以及继电保护动作行为，及 东南大学工程硕士学位论文 时分析电网事故、迅速做出正确判断并快速恢复系统，同时有助于继电保护人员用故障数据 进行事后详细分析。 2 ) 数字式保护及故障录波器信息的集成综合近年来得到了较为广泛的发展，并已逐步 成为继电保护专业故障分析的重要亡具与手段。 3 ) 数据格式的不统一已成为信息有效利用的瓶颈，主站分析系统不一致已成为快速事 故决策的障碍。 4 ) 原国电公司在“十五”科技规划，及。十五”二次系统规划中都对故障信息系统的 建设提出了明确的要求。 1 1 2 实施故障信息处理系统已经具备的外部条件 i ) 在电力系统发生故障时保护和录波器具备了以数据方式向电网调度中心传输故障信 息的可能。 2 ) 国产保护具备了数据输出的能力，为信息系统的推广奠定了基础。 3 ) i e c6 0 8 7 0 5 1 0 3 1 0 4 标准的推出和全面推广应用为故障信息的集成提供了前提。 4 ) 电力通信网的快速发展为故障信息系统的发展提供了前提条件。 5 ) 华东、上海、江苏、福建、浙江等地都纷纷结合工程开展试点性应用与实施，积累 了必要的经验。 1 1 3 国内电网故障信息处理系统的建设 国内有关电网故障信息处理系统建设情况如下： 1 ) 东北电网 东北电网于1 9 9 3 年建立了一套信息系统，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。将发电厂、 变电站内相互独立运行的继电保护、故障录波装置所取得的信息送往“分站计算机”，进行 分析整理后的“故障分析报告”送往调度中心的中心计算机，中心站的“中心计算机”于各 厂站的“分站计算机”通过电话通讯线路连接，电力系统无故障时，该通讯线路仍作为电话 线路= 作。由丁二该系统实施较早，受当时硬件条件、技术发展水平的限制，该系统在子站工 作方式、系统对时、子站与主站通信通道、传送数据方式及主站计算机的软件功能上，均有 较大的缺点1 3 1 0 2 )安徽肥两变电站 肥西变电站继电保护信息综合和远传功能利用的是继电保护装置制造厂提供的装置，比 较全面地考虑继保的信息综合问题，为继电保护装置的远方运行创造了有利条件。该系统通 过内置m o d e m 或外接m o d e m 的远传调度端继屯保护_ 程师能够完全掌握现场装置的运行及异 常情况，实现远方操作。该套装置在与国产设备通信接口方面的工作还有待进一步完善，直 接影响了系统的完整性【4 j 。 3 ) 湖南电网 中心分析站设在省调度中心，用1 台微机，1 p - m o d e m 和1 个电话门子实现一套软件管理全 网的厂( 站) 采集系统。有些问题还有待解决，如通道的质量问题、载波通道的传输速度问题、 通信软件的纠错能力问题、1 站多屏的通信排队问题等。这些问题将在今后进一步完善和解 决1 5 】。 4 ) 河北电网 调度端1 台微机可同时接收4 个变电站送来的信息，每站设置1 台管理机，管理系统不影 响原有继电保护和故障录波装置的独立运行，采用m o d e m 自动拨号。自动采集、过滤、打包 和传送系统故障与装置异常情况下的报文。各类信息可就地显示、打印、向当地监控机传送： 设有与监控机或综合自动化系统的接口，实现信息交互共享。监视保护和微机故障录波装置 的日常运行状态，能以开关量变位的形式反映非微机型保护的动作情况。具备自检功能，并 能给出响应报告州。 5 ) 、华东电网 华东原来仅有一套5 0 0 k v 故障录波器联网系统，提供的功能主要是在系统发生故障以后， 2 第一章引言 由变电站内的故障录波装置向调度端的主站计算机传送数据，以满足主站端对故障分析的需 要。由丁该系统仅着眼丁二故障录波数据，对微机保护的数据没有采集，调度端如果需要微机 保护内部的数据，需要每套保护装设独立的管理机进行远方传送切。考虑到该系统存在的不 足，华东电网正在准备投运新的一套继电保护及故障信息系统，该系统除了能够将微机保护 数据和故障录波数据远传供继保专业人员使i i ，还提出了将数据进行智能化处理后，把结果 作为调度员处理事故的依据，同时考虑将故障信息系统与e m s 系统连接，共享数据。该系统 子站与主站主要依靠拨号方式进行通讯，部分采用6 4 k b i t s 专线通道【”。 i 2 电网故障信息处理系统的结构及功能 电网继电保护及故障信息处理系统是由子站系统、主站系统和连接两者的通信网络构 成的。子站系统有多个，分布在电厂或变电站内，其主要任务”1 是负责采集变电站内的微机 保护装置、故障录波器及各种电子智能设备的信息。并负责把这些信息规范化后上传至主站 系统。主站系统一般设置在省、地调度中心或集控中心，其主要任务是对子站上传的信息进 行故障告警、故障分析和信息的管理等。通信网络主要提供信息远程传输的通道，一般采用 以电力数据专线网为主，公共电话网为辅的广域网通信方式。 1 2 1 系统的基本结构 电网继电保护及故障信息处理系统典型结构图如图所示： 图1 1 故障信息处理系统结构图 电网继电保护及故障信息处理系统，子站系统面向各种继电保护和故障录波等装置，其 作用主要体现在信息的采集和对外通信上；主站系统面向调度运行和继电保护管理人员，主 要体现在信息的分析、处理和管理上。因此，主站系统的应用功能是整个系统的关键，尤其 是故障发生时，故障判断和分析的智能化程度主要取决于主站系统的快速处理能力和智能分 析水平。 1 2 2 系统的基本功能 1 ) 一次系统建模 利用图形化界面，利用图模库一体化方式建立电网主接线、厂站主接线、一次设备属性、 拓扑关系。 2 ) 二次系统建模 建立子站的属性、参数；一次设备的保护配置；保护装置的属性；录波装置的属性；安 控等其他二次设备的属性。 3 ) 网络系统构建 主站局域网的网络配置；主站一子站网络通信的配置；子站一装置有关的通信配置；与 其它系统接口的通信配置。 4 ) 主站与子站的通信 数据接收、发送；数据校验；断点续传；通信状态监视。 3 东南大学工程硕士学位论文 5 ) 数据存储及预处理 数据库存、取管理；对于站上送信息的规范、分类、匹配、组合等；对来自其他系统( 如 d m i s ) 的数据进行处理；根据各基本功能和高级应用功能的要求生成中间分析结果，并建立 相应的数据库表。 6 ) 故障告警及简报 保护动作、开关跳闸及异常、变位等其他信息告警；信息的筛选、优先级、推送方式等 可灵活配置；按照一次故障自动故障报告汇总；按厂站、保护分别提供故障简报和保护动作 报告。 7 ) 保护专业运行管理 远方定值自动核对；自动分类统计保护动作次数；自动统计保护投运率；故障信息和有 关报告的确认、发布；故障信息的归档；历史信息的查询。 8 ) 系统管理 用户身份和权限管理；各种系统参数的配置；登陆日志；系统安全管理。 1 2 3 系统的高级功能【9 】 1 ) 故障录波分析 读入录波装置和保护装置的录波文件能兼容不同录波文件，能处理变频采样；对波形 曲线可进行各种变换，如放大缩小、拉伸压缩、任意颜色显示、多线多轴、多线同轴、单线 缩放等：具有多种数值计算功能，如瞬时值、有效值、峰谷值等；具有多种数值分析功能， 如谐波分析、相量分析、序分量分析、功率分析等；能自动生成录波分析报告，打印报告和 波形曲线等。 2 ) 故障测距 包括离线的单端测距、双端测距功能；在线的自动智能故障测距功能；自动生成、存储、 打印测距报告。 单端测距法比较简单，就是根据单端故障电压电流计算出短路电抗( 电抗法) 或阻抗( 阻 抗法) ，进而计算出故障距离的一种方法；两端量测距根据线路两端的电压电流进行故障计 算，不受系统振荡、过渡电阻的影响，测距结果更为准确。 3 ) 二次设备在线检测 该模块主要完成对电网二次设备( 包括保护装置和录波器) 的工作状态进行跟踪和监测； 统计二次设备的缺陷和异常情况；监视录波器、保护装置通讯状态。 4 ) 故障诊断专家系统 在多个元件跳闸或多套保护动作时，准确判断故障元件：识别由于保护或开关误动、拒 动可能引起的误判；识别由于信息不完整、误传等可能引起的误判：在确认故障元件的基础 上，进行保护装置和断路器动作行为( 误动、拒动、正确动作) 的评价。 故障诊断专家系统的输入量包括在线、静态参数( 电网拓扑、保护配置) 、动态参数( 保 护动作，开关变位、电流电压录波) 及必要时人工干预输入。 故障诊断专家系统输出为哉障诊断报告、故障元件、误动和拒动的保护和断路器。 1 3 电网故障信息处理系统的不足 有关部门己陆续开展了故障信息处理系统的研究工作并建成了一批故障信息处理系统 但是已建成的备故障信息处理系统只是基本实现了故障录波信息联网和数据管理功能，还存 在着一定的不足： 1 ) 故障信息处理系统缺乏相关国家或行业标准 原国家电力公司在电网“十五”科技规划以及电网二次系统“十五”规划中都 明确提出要研究开发电网故障信息处理系统，但对该系统的功能内涵和外延，以及该系统和 监控系统、自动化系统及管理信息系统之间的关系等尚缺乏统一的理解。 2 ) 通信通道质量不高网络不稳定 虽然我国近年来开始大力建设s p d n e t ，但电力通信网络结构仍比较薄弱。传输容量不 4 第一章引言 足、网络接入和网络管理薄弱的现象仍较严重。各变电站到调度的接入系统薄弱，高速专用 电力通信f 日络尚朱普及，通过 _ i o d e m 拨号方式走公共电话网( p s t n ) 或者载波、微波通道的 通信方式仍然较多存在。 3 ) 装置种类繁多规约缺乏标准 系统中所投运的微机保护、故障录波器等l e d 设备种类繁多，装置规约缺乏统一标准。 即使采用1 0 3 规约情况也非常复杂如某保护厂家自称其装置1 0 3 规约有1 0 0 多个版本。 4 ) i e c6 0 8 7 0 1 0 3 标准缺乏统一解释 问题产生的原因：( 1 ) 1 0 3 标准虽然利用通用分类服务( a s d r d ) 提供了语义扩展的兼容 手段，但由于其自身的缺陷( 如提供非常有限的自我描述机制) ，使各制造商、应用开发商 所自行定义的部分无法彼此兼容；( 2 ) 对1 0 3 等标准规约的统一解释工作做得不够；( 3 ) 缺 乏对标准规约进行兼容性、一致性测试的强制规定。 这样，出现了尽管大家都采用1 0 3 ，但彼此之间仍存在不同定义的尴尬局面。 5 ) 故障信息冗余度太高，信息处理缺乏智能性 目前t 己投运系统基本具备了故障信息的数据远传功能，但实际运行效果并不理想，尚 未真l e 达到实用化。主要原因有：( 1 ) 子站缺乏对原始故障信息的智能过滤和预处理。大量 故障信息直接上传，传输速度慢，极大影响了故障分析速度。典型情况下，一次故障中一个 厂站产生的故障信息约1 0 m b ，完全传输需3 0 分钟以上。( 2 ) 主站缺乏对来自各个子站信息 的智能综合处理。大量原始信息产生“信息爆炸”现象，使得调度运行人员无法快速了解现 场真实情况，从而难以做出准确判断。 1 4 本文主要研究内容 电网继电保护及故障信息处理系统是一个全新的系统，主站系统的应用功能是整个系统 的关键，尤其是故障发生时，故障判断和分析的智能化程度主要取决丁= 主站系统的快速处理 能力和智能分析水平目前，国内对该系统的作用和定位基本达成一致，但对系统的硬件软 件平台结构布局、高级应用功能等方面各有各的理解。 本文主要对电网故障信息处理主站系统进行了研究，提出了合理的主站系统的硬件平台 构架、软件平台构架及功能模块的设计。硬件平台构架的设计充分考虑了系统的独立性、安 全性和可靠性；在故障信息合理分类的基础上，从故障分析各个阶段的目的出发，对主站系 统的功能模块进行了合理划分。 连云港电网是江苏电网中的重要组成部分，随着苏北地区开发步伐的加快，连云港经济 快速发展，对电力的需求越来越大，这就对连云港电网的快速稳定、安全可靠的运行提出了 更高的要求。本文将主站系统应用丁：连云港，通过光纤数据网络采集变电站微机保护装置和 故障录波装置的运行信息，全面掌握装置的运行工况；对保护动作信息和故障录波信息进行 及时、全面的分析：进行基波和各次谐波分析，正序、负序和零序序分量分析，进行单端、 双端故障测距等诸多功能。 5 第二章电嗣故障信息处理系统主站方案设计 第二章电网故障信息处理系统主站方案设计 2 1 电网故障信息处理系统主站的设计原则 1 ) 实现基本功能 故障信息系统中的基本功能与环节包括：设备接入、装置规约转换、故障信息本地存储、 故障信息远传等。基本功能的实现应注意以下几点： ( 1 ) 设备接入和规约转换是基础 子站装置应保持规约的一致性 子站规约转换部分模块化，系统升级可通过规约模块的增减和替换来实现，规约 模块的增减和替换需以数据库配置的方式进行。 ( 2 ) 本地存储机制是保证故障信息完整性的关键 子站必须具有完善的就地存储和自动转发功能。确保即使网络中断，所有重要信 息仍能妥善本地存储。一旦网络恢复，能按照一定策略自动上传相关信息。子站 本地必须配置数据库管理系统和文件管理系统。 ( 3 )故障信息能即时远传是关键 主站须配备简易网管系统，以实现对通道和各通信节点的监控。保证通道和通信 设备一直处于良好状态，一旦电力系统发生故障，信息可即时上传； 通信软件必须支持断点续传功能。另外，当采用m o d e m 连接方式时，故障录波信 息的下载将1 e 常耗时( 超过3 0 分钟) 。因此，在远方调用故障录波文件时，主站 端应提供录波信息的及时存及时绘功能。 2 ) 重视智能化处理的实现 子站必须具备故障信息的智能预处理功能，主站必须具备对来自全网各子站信息的智能 综合处理功能。子站智能预处理的目的是确保将有效的信息在第一时间上传至土站；主站智 能综合处理的目的是完成对电网故障的准确判断以及对继电保护动作行为的准确评价，更高 的要求则是进一步给出系统恢复的建议。 另外，高精度的故障测距功能、功能强大的故障波形分析功能，以及涵盖国内外大多数 保护特性的继电器特性分析功能应是土站不可或缺的标准配置。其中，故障测距是对故障信 息进行有效分析的重要方面；故障波形分析是揭示电网一次系统故障演变的重要手段；继电 器特性分析是揭示继电保护系统动作行为的重要手段。 3 ) 设计方案开放、灵活、易于扩展 设计方案的开放、灵活、易于扩展应同时体现在硬件系统和软件系统两个方面。 在硬件系统，能接入各种保护及故障录波装置、适应多种装置接口、适应多种通信介质、 和多级主站及监控系统对接，主站能提供经济型、标准型、企业型多种配置、系统结构和配 置能根据用户的需要进行剪裁，等等。 在软件系统，应提供信息分级及数据“定购”机制。信息分级用于解决信息上传的优先 级问题，优先级至少应分为实时上传、延时上传、空闲上传、召唤上传等级别。不同用户、 不同主站对不同信息优先级的要求都不相同：数据“定购”用于解决信息的发送途径问题。 不同用户、不同主站需要不同的数据，数据“定购”机制可以完全开放的方式实现一个子站 对多个主站的问题。多个主站可“定购”同一子站的数据，由子站根据“定购”情况，自动 给各主站传输所需要的信息。总之，系统设计中要体现信息“定购”与“发布”的概念，即 子站是信息发布者，各级主站以及监控系统是信息定购者，“定购”的内容利用数据库进行 配置而非固化在程序中，信息发布者和定购者之间应呈现多对多的架构，而非一对一。 6 第二章屯网故障信息处理系统主站方案设计 4 ) 保证系统的安全性、可靠性及相对独立性 绝对保证继电保护和故障录波器以及安白装置的独立、安全及可靠运行。监控系统与故 障信息管理系统应独立组网，互不影响，使之能独立、安全及可靠运行。如果两个系统必须 耦合，则只能通过标准规约，在报文层面上进行耦合。 2 2 系统主站的硬件结构 2 2 1 硬件平台的特点0 1 哪 分析主站系统硬件平台，从系统的独立性、安全性和可靠性来分析，继电保护及故障信 息处理主站系统具有如下特点： 1 ) 主站系统的独立性 主站系统侧重于在电网发生故障后实时地进行故障处理和故障分析，e m s 等系统侧重 于电网正常运行时的实时监视和控制，因此主站系统与e m s 等现有系统应该是相互独立的。 所以宜采用相对独立的硬件平台，以避免不同系统之间的干扰。 2 ) 主站系统的可靠性 电网故障的突发性决定了主站系统必须具有很高的可靠性，以保证故障时故障信息的可 靠上传。为此，采_ 【 j 冗余设计，设置两台服务器作为主备用通信服务器，且每台通信服务 器均可通过拨号网络或电力专线数据网络与子站系统通讯。同时，通讯服务器最好采用 u n i x 操作系统和基u - u n i x 的底层通信服务，因为u n i x 比w i n d o w s 有无可比拟的安 全可靠性和灵活开放性。 3 ) 主站系统的安全性 根据我国电力二次系统安全防护的总体要求，电网继电保护及故障信息处理主站系统大 多数麻用属于二级安全区的非控制生产区。而w e b 信息发布的应用戍属于二级安全区的生 产管理区。根据安全等级和防护水平的要求，士站系统的安全1 1 区和安全i i i 区之间应该设 置安全隔离的硬件防火墙，并采取签名认证和数据过滤筲措施。 此外，为了防止主站系统的数据遭到网络黑客或病毒的侵扰，主站系统与外部系统之间 应该采用安全的网络隔离方案。为此，主站系统的通信服务器与外部网络连接的网关上应该 设置软，硬件防火墙。同时，数据库服务器宜采用主，备方式来保证数据安全。 2 2 2 主站系统的硬件平台构架 考虑了主站系统的以上特点，主站系统的局域网硬件平台构架如下图2 - 1 所示： m a t 薹 图2 1 主站系统硬件平台构架 7 东南大学工程硕士学位论文 2 3 系统主站的软件结构 2 3 1 操作系统软件 1 ) 提供最新版本的完整的操作系统，它应包括操作系统生成包、编译系统、诊断系统 和各种软件维护、开发工具。 2 ) 操作系统具有良好的实时性、多任务性。 3 ) 操作系统能防止数据文件丢失或破坏。 4 ) 操作系统有系统生成的方法，使之适应件和实时数据库的变化。 5 ) 操作系统能支持虚拟存贮的能力。 6 ) 操作系统能支持用户开发的程序装入实时系统运行，实现其开发的功能。 7 ) 操作系统能效地管理各种外部设备。 2 3 2 支持软件 提供用于系统诊断、管理，维护，扩充及远方登录等服务的软件工具。 2 3 3 数据库及数据库管理系统 1 ) 主站系统中应具备完善的数据库功能。数据库的规模能满足予站系统基本功能所需 的全部数据，并适合所需的各种数据类型，数据库的各种性能指标能满足系统功能和性能指 标的要求。 2 ) 数据库有良好的实时性、可靠性、可扩充性和适应性，便于数据规模的不断扩充和 数据间形成的结构不断更新，适应新应用程序的不断加入和旧应用程序的修改。 3 ) 数据库应采_ j 商用型数据库；可方便地与其他系统互连，使系统具备开放性和可开 发性。同个数据( 或实体) 在数据库中的地址具有惟一性，不可以重复出现。在特殊情况 下，为了提高系统的处理效率和可靠性，可适当存在数据的冗余，但严格保证数据的安全性、 一致性、可靠性、实时性和可维护性。 4 ) 为实现数据库的安全性，数据库应具有用户级安全设计，不同级( 或组) 别的用户 在打开数据库时对其进行身份验证，使其对数据库享有不同的操作权限。 5 ) 为实现数据库的一致性，系统戍提供可靠的数据库备份工具，保证准确完整的数据 库备份与恢复。另外，数据库系统应具有可靠的事务处理和并发控制机制。 6 ) 应实现数据的结构化存储。即不但存储了设备参数，而且存储了设备之间的关联关 系，如一次设备之间、保护与保护间的关系、保护与录波器间的关系、保护与设备的关系、 设备与厂站的关系、厂站与电网的关系等等。 7 ) 能将系统发生的故障时间、类型、地点、保护动作情况、故障时的模拟量等信息， 以及正常运行时设备状态变更、异常情况记录至数据库中。具备数据库管理功能，能将各变 电站送来的各种信息进行处理，并能方便地进行不同条件的查询，如按各种编号( 如单位、 厂站、线路等) 、设备型号、报告类型( 动作报告、启动报告、告警报告等) 、时间段等多种 条件查询，并能实现查询后的转存备份，统计分析、打印历史记录等工作。 2 3 4 人机接口软件 所有应用画面均汉化，用户可在画面上定义数据库和各种数据集的动态数据和各种动态 字符、矢量汉字，可独立完成画面的在线编辑、修改及调用。 2 3 5 网络系统 网络系统采用成熟可靠软件，它管理子站的数据通信，保证它们的有效传送、不丢失， 自动选择、协调网络通信。通信协议建议采用t c p i p 。 8 第二章电网故障信息处理系统土站方案设计 2 3 6 应用软件 应用软件的结构具有灵活性，对各种功能采用模块式连接，当某一种功能运行不正常时 不应影响其它功能的运行。 。 2 4 主站系统功能要求 2 4 1 系统总体要求 继电保护及故障信息管理系统主站是一个对电力系统故障信息进行采集、传输、处理 的分布式、准实时系统，由设在调度端的主站( 包括省调端和地调端) 和若干设在变电站、 发电厂的子站通过电力系统的通讯网络组成。主站系统总体功能要求如下： 1 ) 系统硬件应采用性能可靠、工作稳定的计算机硬件系统。系统硬件和有关的接口设 备技术性能指标符合国际工业标准，并能充分满足本规范如所描述系统的故障信息采集、管 理和分析应用系统的功能要求和业务范围内的特殊功能要求。 2 ) 主站处理体现层次性、综合性和智能性。电力系统发生故障后，系统对信息的处理 是分层次的，即：第一时间上传故障简报；随后，上传故障详细信息；再次，上传详细波形 数据。除提供常规的故障信息采集和上传功能外，系统应提供专业分析工具对上传的信息和 数据进行综合分析， 如波形分析、双端故障测距、继电器动作行为分析，故障信息归档等 等；系统还应具有专家系统模块，能综合利川专家经验、网络拓扑知识、故障信息等，判断 故障设备和故障类弛，并进行推理、分析和评价。 3 ) 本系统软件应建立在统一而完整的数据库平台上，通过数据库接口软件和用户接口 软件在统一的图形界面窗口下可以进行集中的数据库管理、实现各种计算、统计分析和管理 功能。支持系统和数据库等采用商用软件。 4 ) 无论该系统出现何种情况，本系统应绝对不影响继电保护和故障录波器的安全、可 靠及独立运行。 5 ) 系统应能同时考虑继电保护人员、调度人员、现场运行人员和管理人员的需求。 6 ) 系统应既能满足电网故障情况下对故障信息的快速采集、传送和分析应用，又能实 现日常运行中对微机继电保护和故障录波器的监测功能。 7 ) 本系统在进行系统结构设计时，本系统应预留标准接口，以便为其它系统提供数据 发布和资源共享。本系统因规模扩大需要增加设备、软硬件升级需要更新时，应能满足该系 统在线过渡和升级，即不影响该系统止常运行及正常运行必须具备的功能；至少应满足无损 过渡和升级，即不影响可能获得信息及历史信息发生不可修复的更改、缺失，毁灭。 8 ) 系统整体技术水平应达到国内领先水平。 2 4 2 主站对子站的功能 1 ) 数据采集功能：采集各变电站子站系统的信息、数据，包括：保护动作报告、异常 告警信息。对子站及保护装置运行状态进行全面监视，并把相关信息存入相应数据库。 当发生大面积系统事故时，大量数据需要上传，系统应具备海量信息处理机制，确保系 统不会崩溃，死机。 一般情况，各种数据按照优先级顺序传送到主站。 第一级：保护动作总报告及故障录波简报，要求秒级内自动上传至主站；此级要求针对 的是保护故障信息。 第二级：保护动作分报告( 详细报告) 、保护启动报告，保护自检报告，要求在1 分钟 内传送至主站；此级要求针对的是保护故障详细信息及告警信息。 第三级：采样点数据、开关晕状态、保护定值，故录的详细报告，就地保存在录波器内， 主站可根据授权随时调阅。此级要求针对的是保护实时信息及历史信息。 2 ) 巡检功能：随时检查各变电站子站的运行状态及通道状态，当子站运行状态或者通 道发生问题及时给出告警信号，提醒值班员注意。 9 东南大学工程硕士学位论文 3 ) 对时：可接收g p s 时钟，对子站进行g p s 对时功能。 4 ) 主站对不同子站的上传内容可以进行自定义，避免不必要信息的上送。( 注：该功 能实现需要所连接子站具备智能预处理功能，并且允许在主站端进行信息订购。 2 4 3 系统主要功能要求【1 l - 1 2 l 1 ) 监视主画面功能要求 正常情况下，对厂站端的继电保护装置、故障录波装置的运行状况和檀定参数进行监测， 对运行设备的参数进行查询。要求采用与电气一次接线图方式一致的图形化管理和图形化信 息发布。通过点击电网地理接线图上任意一个子站，可调出该子站电气主接线图、保护装置、 故障录波器配置图等；通过点击电网地理接线圈上某一线路可调出该线路的保护配置、线路 参数、运行状态、整定值、c t 变比、历史事件等信息。双击保护装置或故障录波装置图标， 可再弹出保护装置的具体情况汇总，以便于继保人员监测装置。 针对继保人员和调度运行人员等不同客户对故障数据的不同需求，主站系统面向不同运 行人员的监视客户端画面应能体现出不同的信息显示。 2 ) 图形与参数维护功能要求 主站系统具备完善的图形管理与参数维护功能，即图模一体化功能。系统提供常用的电 力系统元件库，包括线路、母线、断路器、变压器、发电机、电抗器等电力系统元件。为了 日常维护，系统可提供最常使用的编辑功能，可以编辑( 如添加、删除等) 电网地理接线图 和各变电站电气主接线图，方便地增加和修改子站信息。 图形管理应具备多窗口方式，其中主框架的菜单与 ：具条均能自定义，子窗口的菜单、 工具条、对话框、快捷键、字体、布局等均有一致的风格。应具备以f 功能基本功能： ( 1 ) 基本图元：提供线路、母线、断路器、变压器、发电机、电抗器等电力系统基本元 件。 ( 2 ) 图元操作：缩放、对齐、拖动、漫游、跳转，属性编辑等操作；提供可变大小的导 航图，使用户更容易掌握图形的全局。 ( 3 ) 支持面板的个性定制。 ( 4 ) 支持树状结构的对象浏览器。 ( 5 ) 支持全屏显示。 ( 6 ) 支持各类方式的打印功能。 ( 7 ) 支持流行的界面风格。 主站系统具备完善的可扩展性和易维护性。当接入新的子站时，只要通过在主站进行简 单的设置增加对子站的描述，并自动实现新接入子站的所有配置信息的上传和入库，主站系 统只需对画面电力图元布置等进行少量的维护即能完成新接入子站的所有配置信息的完整 入库，无需主站维护人员太多的手工干预。 3 ) 保护管理功能要求 主站系统具备完善的保护管理功能： ( 1 ) 保护监视：可在一个画面中同时显示装置属性数据和运行数据( 如整定值、当前定 值区号、压板状态、开关量、模拟量等) 。 ( 2 ) 事件告警：提供醒目( 如画面闪动、音响提示) 的方式显示系统的各类事件，能对 事件动态分类和查询，能对产生事件的设备进行定位。 ( 3 ) 定值校核：具备召唤相应保护的定值与数据库中的定值单相比较，当出现不一致定 值项时，系统自动以高亮度显示有关差异数据。 ( 4 ) 定值组切换：支持将保护当前运行定值切换到预先整定的其它定值组上运行。 ( 5 ) 定值下装：支持在主站端进行远程的保护装置定值下装和校核，定值下装过程中必 1 0 第二章电网故障信息处理系统主站方案设计 须进行待f 装定值项的返校、确认等安全性检查。同时主站系统必须提供方便的对该功能的 “开放”和“关闭”控制功能，并无需对系统进行结构上的调整。 ( 6 ) 压板投退：支持在主站端进行远程的保护装置乐板投退控制，压板投退过程中必须 进行待投退压扳项的返校、确认等安全性检查。同时主站系统必须提供方便的对该功能的“开 放”和“关闭”控制功能，并无需对系统进行结构上的调整。 ( 7 ) 全站对时：应提供对所有连接子站的系统对时和子站装置的对时功能。 ( 8 ) 信息定购：保护动作或正常工作产生的告警信息、动作事件、通讯状态告警等信息 是否上送主站可以进行定制，正常时这些信息全部保存丁二子站，主站需要时可以从子站召唤 这些信息；主站系统应提供远程修改存储于子站的信息定购原则，根据不同时期的信息定制 要求灵活设定定购原则。 ( 9 ) 故障信息归档：提供按不同故障对历史故障相关的所有信息进行归档管理的功能， 将与该次故障相关的所有故障信息整理成故障信息包，包括保护告警信息、动作事件、故障 简报等，便于运行管理和分析查询。 4 ) 主站通信服务功能要求 站间通讯服务能适应多种不同的物理通讯介质( 电力数据网、电力专线等) ，并不受不 同物理通讯介质的影响。 主站系统支持同时连接多个不同子站，且当多个故障同时发生，主站通讯服务能准确、 迅速地接收同时上送的大量故障信息，不能造成信息阻塞而导致信息丢失。 5 ) 故障录波分析功能要求 ( i ) 在线故障分析功能 主站系统应提供在线故障分析功能。当系统发生故障时，首先接收各子站上传的故障简 报并实时地在监视画面上显示。在调度员：t = 作站和继保专业人员l 作站中以图形画面方式和 语音提示方式推出事故报警提示和故障简报：并且应在全网接线幽上对应的站点及故障线路 将以动态闪烁的方式快速直观地显示故障站点和故障线路。故障简报包括：变电站名称、故 障线路、断路器编号、故障时间、故障类型、重合闸时间、重合闸是否成功这些简要信息量。 所有的故障简报均记录至主站系统数据库备查。 ( 2 ) 离线故障分析功能 主站系统同时应提供故障数据的离线分析功能。根据传送到主站的子站故障录波器记录 的故障录