（电路与系统专业论文）基于实时监测与分析平台的故障信息系统的研究[电路与系统专业优秀论文].pdf

独创性声明 本人声明所里交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，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，也不包含为获得安徽大学或其他教育 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谢意。 靴敝储麟：锚石 料嗍。占年4 l 帅日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解安徽大学有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权安徽大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 研红彳岛 导师签名：刚 签字日期：2 硼6 年4 - 月3 d 日签字日期：o 增多年r 月珥日 学位论文作者毕业去向：怯a 工作单位：拿缬继匙也i 勾有限2 习 电话：b ，567 7 7 7 。岁 通讯地址：今日莎韦蔫言7 匡斜子通知；邮编：z 弘。口导 摘要 摘要 随着安徽电网的快速发展，电网自动化系统的功能和性能不断提高，变电站 自动化程度达到了相当高的水平。丽与此相比，各种微机保护、故障录波设各所 产生的大量信息却缺乏统一有效的管理，继电保护信息的监控、系统故障以及保 护动作行为的分析和管理的自动化水平显得相对滞后。在这种情况下，建立继电 保护信息管理网络，按照业务划分组织和应用数据，为事故分析和处理提供依据， 提高继电保护运行管理的自动化水平就显得刻不容缓。 目前市场上已存在很多厂家研发的故障信息管理系统，但大多数的系统都没 有达到满意的使用效果。本课题就是针对故障信息系统实现的难点，在安徽省调 度中心现有的实时蠊测与分析平台上建立起一套符合安徽省电网现状的故障信 息处理系统，不仅可以实现继电保护相关数据与信息的高效利用和充分共享，还 能够在实时监测这个强大的平台下实现故障信息分析，计算和管理等各项任务的 自动化、网络化，工作方式的标准化、规范化，真正做到继电保护设备的“可控、 在控”，使继l u 保护专业管理现代化。提高电网安全运行的调度系统信息化、智 能化水平，从整仆上提升电刚调度运行管理水i r 。 系统刮分为厂站端子站系统、调度端系统( 省涧、地调主站系统) 。厂站端子 站系统安装在变电站内，解决站内继电保护装置、故障录波器以及其它安全自动 殴备的接入和数据转发问题，主站系统主要实现建屯在继电保护和故障信息基础 之上的各种应用功能。 关键词：镀机保护故障信息系统实时监测i e c 6 | 8 5 0 i e c 6 0 8 7 0 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fa n h u ip o w e rg r i d ，t h ef u n c t i o n so ft h en e t w o r k s y s t e mh a v eb e e nh i g h l ya u t o m a t e d b u tm e a n w h i l e ，m u c hi n f o r m a t i o np r o d u c e d b yk i n d so fm i c r o c o m p u t e rb a s e dp r o t e c t i v er e l a y i n g s ，f a u l tr e c o r d e r sa r es h o r t o fe f f e c t i v em a n a g e m e n t , t h ea u t o m a t i cl e v e l i n c l u d i n g m o n i t o ro f r e r l a y p r o t e c t i o na n da n a l y s i so ft h ef a u l t si sr e l a t i v e l yd r o p i n gb e h i n d i nt h i sc a s e i ti s u r g e n t l yt os e tu pi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tg r i d ，p r o v i d er e s o l v e n t sf o rs y s t e m f a u l t sa n dh e i g h t e nt h ea u t o m a t i cl e v e l r e c e n t i y t h e r ea r em a n yk i n d so ff a u l ti n f o r m a t i o np r o c e s s i n gs y s t e m s r e s e a r c h e db ym a n yc o r p o r a t i o n se x i s t i n gi nt h em a r k e t ，b u tm o s to ft h e m p e r f o r mu n s a t i s f a c t o r y a i m e da tg e t t i n gr e s o l v e n t s ，t h i sp a p e r , b a s e do ne x i s t e d r e a l - t i m es u p e r v i s o r ya n da n a l y z es y s t e m ,b u i l d s u p af a u l ti n f o r m a t i o n p r o c e s s i n gs y s t e ma c c o r d i n gt oa n h u ip o w e rg r i d i tn o to n l yr e a l i z e sp r o t e c t i v e i n f o r m a t i o ne f f e c t i v e l yu s e da n dd a t as h a r e d ，b u ta l s oc o m b i n e st h ep o w e r f u l r e a l t i m ef l a tt oa u t o m a t i c l yp e r f o r ma n a l y i n g ，c a c u l a t i n g , a n dm a n a g i n gt a s k s ， w h i c hs t a n d a r d i z e st h ep e r f o r m a n c ea n di m p r o v e st h ed i s p a t c hl e v e l t h es c h e m ei sm a i n l yc o m p o s e do fd i s p a t c hs t a t i o na n ds u b s t a t i o n m a n a g i n g c o m p u t e r w h i c hi n s t a l l e d a t s u b s t a t i o n m a n a g e t h ei n f o r m a t i o no f m i c r o c o m p u t e rb a s e dp r o t e c t i v er e l a y i n ga n df a u l tr e c o r d e r a f t e rf i n i s h e d c o l l e c t i o nt h em e s s a g e so fm i c r o c o m p u t e rb a s e dp r o t e c t i v er e l a y i n ga n df a u l t r c c o r d e r ，m a n a g i n gc o m p u t e rw i l lc l a s s i f y , s a v e ，c a l c u l a t ea n da n a l y z et h e m a n d u s e f u lt r i pi n f o r m a t i o nw i l lb es e n tt od i s p a t c hs t a t i o nt h r o u g hs p e c i a ll i n ea n db e p r o c e s s e df u r t h e ra td i s p a t c hs t a t i o n k e y w o r d s ：m i c r o c o m p u t e rb a s e dp r o t e c t i v er e l a y i n g f a u l ti n f o r m a t i o ns y s t e m r e a l t i m em o n i t o ri e c6 1 8 5 0i e c6 0 8 7 0 2 第一章绪论 第一章：绪论 本章首先简单阐述了故障信息系统的特点及发展现状，对实现故障信息系统 的复杂性和难点做了简要的分析，然后指出了该系统研究的重要意义以及未来的 发展前景，最后突出了本论文的特色与基本结构，并对作者所做的实际工作予以 说明。 1 1 故障信息系统的发展现状与研究意义 1 1 1 故障信息系统的主要特点与重要作用 电网故障信息处理系统通常由设在网( 省) 调度中心的主站或设在地区调度 ( 或设备直管单位) 的主站和若干个设在其所管辖的变电站、发电厂的子站，通 过电力系统的数据通信网络( 或专线) 连接而成( 见图1 ) 。故障信息系统的任 务是收集管理电网中各运行厂、站中的保护装置、安全自动装置等涉及电网异常 时动作的装置的动作信号、断路器的分合信号以及装置的运行异常信号，微机保 护装置和故障录波器的故障录波数据和故障报告、保护的定值等；以及对这些数 据、信号的综合、统计、计算和分析等处理与管理，实现继电保护运行、管理和 电网故障处理的网络信息化、自动智能化，达到为调度员安全、准确、迅速处理 电网事故提供信息支持与决策参谋；为继保人员对保护、安全自动装置及故障录 波器的动作行为分析和现代化运行管理提供必要的支持，这两个目的t l - 2 1 。 基于实时监测与分析平台的故障信息系统的研究 图1 故障信息系统结构图 由此可以看出，故障信息处理系统具有如下特点： a 涉及面广。需要考虑继电保护、调度运行、变电运行和管理等多方面的需求。 b 功能复杂。涉及n - 次装置的实时监测和控制、电网故障的自动分析、继电 保护动作行为的自动分析、继电保护相关计算分析、继电保护专业管理等方面的 几十个应用功能。 c 跨地域。涉及直属厂站、下属单位、上级部门的互联。 d 跨系统。涉及到变电站自动化、调度自动化、d m i s ( 调度管理信息系统) 等系统。 e 接入设备种类多。需要兼容各种不同厂家、不同型号的保护、录波器等自动 装置。 f 数据和信息复杂。有实时的、非实时的，自动采集的、人工维护的，一次系 统的、二次设备的，正常情况的、故障情况的，继电保护人员关心的、调度人员 关心的等。 g 专业管理的特殊性。与调度自动化系统相比，主要体现在三个方面：多头管 理，对同一装置由不同单位、不同部门、不同专业的人员进行管理：全局可见， 必要时应能跨归属单位、跨调度管辖范围获得装置的有关信息：协同合作，工作 流程跨部门、跨单位。 第一章绪论 h 各单位管理方法的差异性。 i 系统所管理的对象是继电保护、安全自动装置、故障录波器，是电网的二次 设备，是用来保障一次设备的安全稳定运行；系统是继电保护运行、管理的技术 支持系统和电网故障时的信息支持、辅助分析、决策系统，与调度自动化系统相 比，实时性要求不是太高。因此，必须充分考虑系统建设和维护的成本，特别是 系统维护的成本，在不影响功能和性能的前提下，采用合理的系统结构和相应的 技术措施，尽量降低系统建设、维护的投入。 i 系统涉及对保护装置、故障录波器、自动装置等二次设备的直接访问和控制， 对可靠性、安全性及数据准确性有极高的要求。 1 1 2 故障信息系统的发展现状及应用难点 现阶段，我国的电网运行管理工作的自动化程度已经达到了很高的水平，相 比之下，继电保护监控、系统故障及保护动作行为的分析和管理的自动化水平就 显得相对滞后。虽然大量的微机保护在系统中投入运行，但在配置上还是着重于 保护功能本身，在数据共享及分析方面考虑较少。对于常规的变电站自动化系统 而言，当电网发生故障时，缺乏有效的手段将保护的动作情况及故障信息主动上 送到调度中心，调度中心的运行人员通常只能靠变电站当地的运行人员的口头汇 报进行事故处理，对故障测距、阻抗分析、保护动作统计等功能的实现均停留在 自动化程度及智能化程度较低的水平t 3 l 。 微机继电保护的迅速发展以及规模的扩大，也使得对继电保护及故障信息管 理系统的需求己经刻不容缓。同时，微机保护装嚣的大量使用及其数字化信息也 为继电保护及故障信息管理系统的实现奠定了基础。在电力工业部文件电调 ( 1 9 9 4 ) 6 4 7 号文关于开展电力系统继电保护管理工作的决定中，首次提出 了建立“继电保护管理信息系统”的要求：“加强运行统计分析及其管理工作。 各级都要建立、完善继电保护有关运行指标数据库和管理信息系统。”此后，国 家电力公司在加强电网管理的规定、关于明确“九五”期间电力系统继电保 护工作目标的通知、一流电网调度机构考核实施细则、全国电网二次系统“十 五”规划纲要等一系列文件中都对继电保护运行信息管理系统的建立、实施及 考核提出了明确的要求1 4 1 基于实时监测与分析平台的故障信息系统的研究 目前在国内、国际从事故障信息处理相关领域研究的单位主要包括：上海申 瑞电力自动化科技有限公司、北京四方继保自动化有限公司、南京银山电子有限 公司、华北电力大学、上海许继电气有限公司、南瑞继保、日本h i t a c h il t d 以及 德国s i e m e n s 公司等。这些公司所建立的故障信息系统大胆采用了国内外计算 机领域和数据通信领域的相关新技术，取得了明显的效果，在产品的设计方面， 也注意到了国内外在电力自动化相关领域的最新发展趋势，推动了电力自动化技 术的发展，产生了较大的社会效益和经济效益。 目前故障信息系统比较典型的解决方案为： 基于w i n d o w s 的c l i e n t s e r v e r 模式系统和b r o w s e s e r v e r 结构。c s 结构 是技术发展非常成熟的软件系统体系结构，通过将任务合理分配到c l i e n t 端和s e r v e r 端，降低了系统的通讯开销，可以充分利用两端硬件环境的优 势。b s 结构是随着i n t r a n e t 以及i a v a 技术的兴起而发展起来的软件系统 构造技术。所有的信息都可以发布到网络，用户只需要浏览器工具就可以 随时了解自己所需要的信息。 基于l i n u x 的嵌入式结构，使用跨平台的软件技术，定制自己需要的操作 系统信息，从而提高了主机抗病毒的能力，保证系统在健康的“绿色环境” 下运行。 两种方案各有优点，采用w i n d o w s 操作系统的优点是：技术成熟、运行稳 定。在很多工程中都采用这种操作系统，应用非常广泛，使用容易掌握，便于操 作人员的维护。但系统容易受到病毒的攻击，安全性能比较低。l i n u x 系统可自 行定制系统所需要的各种模块，对于非用户来说完全就是一个黑箱，因此安全性 能比较高。但l i n u x 系统应用比较少，开发的： 作量大，成本高，而且不便于维 护。 故障信息处理系统是一个涉及到众多专业，众多部门，众多领域的复杂系统， 上述的解决方案在一定程度上满足了故障信息处理系统的应用需求，但目前在实 际应用中却有大多数的系统几乎是失败的，究其原因，主要有三点： 1 通信信道的问题。传统的故障信息系统中，调度端与厂站端之间的通 信大都是通过m o d e m 来连接，一方面系统的信息量相当庞大，另 一方面m o d e m 的带宽又非常小，两者之间的矛盾导致了通信信道 第一章绪论 的不可靠，极易造成通道的中断和堵塞以及重要数据的丢失。 2 系统维护的问题。电网中的故障数据中，波形，定值以及开关量等信 息既非常重要，也相当庞大，建立故障信息处理系统的目的就是要尽 量降低系统的维护量，否则系统的建立就是没有意义的。但现有的故 障信息系统只是简单的将信息的维护量要么全部下发到厂站端( 子 站) ，要么全部由调度端( 主站) 来维护，或者两端分摊任务，没有 从根本上解决系统维护的问题。 3 主站与子站之间的通信问题。尽管目前子站的建设已有相关的标准可 循，如i e c 6 1 8 5 0 ，i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 3 等等，但主站与子站之间的通信在 国际国内却还没有一个统一的标准。因此各个厂家所建立的子站或主 站都各有自己的一套标准，对于那些由不同厂家建成的故障信息系统 中，主站与子站之间，或者子站与子站之间的信息交换出现了矛盾， 不能实现信息的共享以及开放性的要求。 本系统针对上述难点，分别采取了对应的解决方法： 1 利用安徽电网已建成的调度数据专网( s d h ，s y n c h r o n o u sd i g i t a l h i e r a r c h y ) 取代以前采用m o d e m 连接方式，物理连接如图2 所示。采 用光纤传输的方式解决了通信信道窄的难题，保证了系统的可靠性以及 信息的完整性。 图2 主、子站之间的通信连接 基于实时监测与分析平台的故障信息系统的研究 2 本系统所依靠的实时监测与分析平台包含了定值单管理，整定计算，定 值单发布等众多功能强大的系统，尽管各个系统由不同的部门来维护， 但所有的信息在整个平台上却是共享的，满足开放性的要求。在这种情 况下，故障信息系统的信息就可以由不同部门的工作人员在完成自己工 作任务的同时也完成了对本系统的维护工作，极大的降低的系统的维护 量，甚至使某些系统处于一种免维护的状态。 3 针对主站与子站之间的通信问题，本系统的主站与子站不采用不同厂家 的产品，而是全部由自己来设计生产，主、子站之间的通信协议在参考 i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 3 与华东1 0 3 标准的基础上，制定出安徽版的1 0 3 标准， 同时考虑到华东地区的规范，因此有一定的通用性，这样就从管理上， 从整体解决了主、子站之间的通信问题。 1 1 3 故障信息系统研究的重要意义 电力系统是我国能源行业的最重要的组成部分，在我国的现代化建设中起 着举足轻重的作用，电力发展必须与国民经济的增长相同步。根据国家电网公司 有关专家进行的预测：预计2 0 0 3 2 0 1 0 年全社会用电量年均增长速度为6 6 7 0 “1 ，用电需求的不断增长必然促使电网建设规模的不断扩大。但在电网规模不 断扩大的同时，保障电网的安全稳定运行是关键，因此建立故障信息管理系统， 全面掌握电网的故障信息，正确迅速地分析故障原因，不管是现在还是面向未来， 对于提高电网安全稳定运行的能力具有重要意义。 故障信息分析处理系统的建立，实现了在电力系统发生故障后将完整的保 护装嚣动作报告和录波报告迅速传送到省调及相关继电保护部门，使所有关心故 障状况的人员( 尤其是调度人员及保护专业人员) 能及时、准确地掌握电网的故障 情况，提高事故的分析处理水平。同时，实现了在日常运行中对全网微机型保护 和录波装置运行状况的动态、实时监测，大大提高了系统保护装置的运行水平。 1 2 论文的基本结构以及所要达到的目标 1 2 1 论文的主要结构 0 第一章绪论 第一章绪论 介绍故障信息处理系统在电力系统管理中的重要地位，回顾了国内外故障信 息系统的发展现状，并突出了该课题的重要意义。 第二章本系统与现有系统的无缝结合 此章是本课题最大的特色之一，主要说明了故障信息系统不是孤立的存在于 电网各个变电站的保护装置中，而是建立在现有的实时监测与分析平台的基础 上，并突出了编码在这样一个庞大系统中的重要性，使不同的人员从系统的海量 数据中获得自己所关心的内容，舍弃不需要的内容，从而提高整个系统以及工作 人员的效率。 第三章故障信息系统规约的分析与研究 通过分析实现故障信息系统的难点引出本系统所要遵循的规约：i e c 6 1 8 5 0 与i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 3 ，分别简要介绍了两种标准的特点与参考模型，说明此标准是 未来故障信息系统的发展趋势。 第四章故障信息系统的总体方案 在本章中主要介绍作者所参与的安徽省故障信息处理系统的总体方案，包 括主站的建设，子站的建设，主站与子站之间的通信以及关键的技术性问题，突 出了系统主站和子站分别所能达到的功能。 第五章小结与展望 对论文的研究课题和主要工作进行总结，并对课题存在的问题进行分析， 对课题的下一步的工作进行了展望。 1 2 2 论文最终的目标 本课题是针对安徽省电网中所有的2 2 0 k v 电压等级变电站，发电厂建立起 一套稳定的故障信息处理系统，要求在实际应用中满足特定的调度需求： 1 省调调度台能够实时掌握现场继电保护设备状态 在目前的调度自动化e m s 系统中，实时采集的数据主要是开关状态量和电 气量( 电压、电流、有功、无功) 等数据，没有实时反映继电保护设备工作状态 的信息量。调度员仅仅在操作改变继电保护设备状态时，通过人工手动设置。显 然，这种人工设置的保护设备状态实时性差，正确性低，信息少，对调度员实用 基于实时监测与分析平台的故障信息系统的研究 性不强，也不利于调度员掌握电网二次设备状态。 因此在本系统中，要建立起继电保护设备状态实时数据库，并提供图形化用 户界面，使调度员实时掌握现场方向高频保护、高频闭锁保护、后备保护、重合 闸、母差保护等所有保护信息。 2 故障发生时能够立即给调度员和保护人员提供相关故障信息 在电网发生故障时，应立即给调度员，保护人员提供必要的精简的故障信息， 供调度员参考，以便调度员快速分析故障原因、故障类型，拿出处理措施，尽快 隔离故障点，减小事故影响范围。 因此在本系统中，要在故障发生时，能够及时提供故障类型，保护动作情况， 故障测距等重要信息。 3 对保护整定定值单要求 电网新设备投运及有关设备改造，相应继电保护整定定值单更新后，及时以 书面和电子文档形式传递到调度台及现场，并保证格式统一、整定正确和资料完 整，核对无误后执行定值单，并存档供查询。 在满足上述调度需求的前提下，要求该系统最终能够实现： l 、实现2 2 0 k v 电网继电保护状态信息远程监测； 2 、实现2 2 0 k v 电网故障情况下继电保护故障信息可靠获得； 3 、实现2 2 0 k v 电网继电保护装置定值自动核查。 第二章实时监测与分析平台的应用 第二章实时监测与分析平台的应用 本章主要阐述了由故障信息系统获得的数据的流向，即实时监测与分析平台。 该平台是本故障信息系统的一大优势，在这个平台上故障信息系统的许多功能都 得到了优化和延伸。系统建立在继电保护在线管理平台基础上，可以对安徽省全 网进行在线的实时计算，以及离线的数值分析。 2 1 继电保护在线管理平台 继电保护在线管理平台是继电保护实时监测与分析系统的核心，它作为继电 保护管理工作规范化的发布台，具有动态性，时效性、可用性。它采用多层结构 体系，软件设计基于b s ( 浏览器j l 务器) 结构实现，应用服务器、数据服务器 分别采用s u n 公司j 2 e e 体系和m s s q ls e r v e r ，运行稳定可靠，易于维护，应 用功能全面而实用。它把各种继电保护设备管理的应用程序都集成到统一的数据 平台上，具备完善的保护、自动装置及故障录波器的数据采集、信息处理、故障 综合分析处理功能，还具有强大的故障计算、整定计算、定值管理功能，这样真 正实现了继电保护运行、计算、管理的网络化和自动化。 为了易于管理，继电保护在线管理平台只允许有两个图形化界面的数据入 口，一个是整定计算数据库，它提供电网网络拓扑信息及一次设备参数和编码信 息；另一个是基于设备编码的定值单数据库，它不仅提供定值通知单的整定值， 而且可以将实时数据纳入对应编码设备的定值单数据库中。获得实时数据可能有 两种方式：一是通信服务程序与变电所子站通过t c p i p 协议进行s o c k e t 通信， 通信规约为安徽电网继电保护信息管理系统站问通信规约v i 0 ( 采用 i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 4 网络通信协议结合i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 3 继电保护数据体) 主站为 s o c k e t 客户端，各变电所子站为s o c k e t 服务端。通信程序作为s o c k e t 客户端连 接到每一个变电所子站，实现i e c 6 0 8 7 0 5 一1 0 4 网络通信规约的链路控制，完成 各种数据报文的收发；二是s c a d a e m s ( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t a a c q u i s i t i o n 数据采集与监视控制系统、e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m 能量管理 系统) 系统采集到的一次设备状态信息及继电保护装鼠信息，可直接从系统服务 器中访问。通信规约采用标准通信规约，便于维护、扩展、和数据交换。 基于实时监测与分析平台的故障信息系统的研究 在线管理平台中集成的应用程序，均采用标准的基于x m l ( e x t e n s i b l e m a r k u pl a n g u a g e ，可扩展标记语言) 技术的描述方法。x m l 是1 9 9 6 年开始开 发，1 9 9 8 年就成为了标准，它解决了h t m l 不能解决的两个w e b 问题，即i n t e r n e t 发展速度快而接入速度慢的问题，以及可利用的信息多，但难以找到自己需要的 那部分信息的问题。x m l 完全面向数据语义，可提供描述结构化信息的格式， 具有极强的数据语义和元素结构描述能力。这样，为在线管理平台中其它应用提 供了统一的通用接口，大大减少了软件系统的开发工作量和后期的维护工作量。 在线管理平台与常规s c a d a 系统不同，因为它对实时性要求并不是太高， 而且还要兼顾运行管理部分。统一平台、统一界面、统一维护管理是基于网络的 继电保护实时监测与分析平台的最大优势。 2 2 实时监测与分析平台的框架结构 继电保护实时监测与分析应用设计着重考虑三点1 5 7 1 一是多种渠道采集现 场保护装置最常用信息，故障时只需要采集故障基本动作信息：二是数据源必须 准确可靠，且维护简单，在线管理平台维护必须完全由继电保护专责统一维护； 三是不能简单地建立主站和子站，必须与继电保护运行管理工作结合起来，既能 监视，又能分析。图3 为继电保护实时监测与分析应用设计图。 圈圈霞圈 一一一一一一一一一一一j 一一一一一一一一一一一一一一l 一一一一一一一一一一j 一一一一一一一一一一，一一一l 一一一一一一一一一一， 至堕翌 里堕! 堕圈 堕圈i 继电保护在线管理平台 信息筛选 图3 继电保护实时监测与分析系统应用设计图 第二章实时监测与分析平台的应用 通过将多渠道采集继电保护装置信息送到继电保护在线管理平台后，先进行 数据筛选，取出一次设备、二次设备运行状态。图形化网架建模及统一设备编码 经数据源入口检测保证了原始数据及编码的准确性。继电保护在线管理平台利用 可靠的底层数据源完成高层次的功能，结合一次设备运行状态进行整定计算实时 监测；利用图形化定值单模板生成器生成的h t m l 表单进行定值单w e b 发布及 整定值实时分析：结合定值单数据及筛选的继电保护装置信息进行检错与纠错， 最后在调度台或保护科终端准确显示二次设备状态。 2 2 1 设备库的建立与编码原则 电力系统的调度信息管理需要处理相当大的信息量，以安徽省为例，目前仅 2 2 0 k v 变电站或发电厂就接近1 0 0 多个，而每个变电站内又存在变压器信息，发 电机信息，线路信息等，对于保护分类又包括线路开关保护，母差保护，发电机 或发变组保护，故障录波器等信息，这么庞大的信息量如果没有统一，完备的编 码来实现，那么不管是对于调度管理人员还是现场操作人员都是相当可怕的。由 此可见，高效、简洁的编码能有效地组织起来用户所关心的设备信息，同时也为 整个实时监测与分析平台打下了基础，提高了系统的自动化水平。安徽省调度通 信中心在以往的生产管理中没有形成一个统一数据库，各科室维护各自专业的设 备数据，建立了许多设备库，这已成为传统，结果是使各专业间设备名称不统一、 不一致，设备参数不统一、不一致，各专业间的设备信息在中心无法共享。为此， 现在在调度信息管理系统中，建立了中心统一的数据库( 设备库指以统一设备树 的方式管理一次、垃备、二次保护设备、自动化设备、办公及计算机设备) 。该设 备库具备以下特点： ( 1 ) 设备命名规则采用调度专业统一的命名规则，避免了各个专业命名的不规范； ( 2 ) 设备编码，采用调度统一编码，保证了每一个设备对象的唯一性。编码有具 体的意义，通过编码可以获知设备的基本信息，规范了不同软件间交换设备 信息的接口； ( 3 ) 利用数据建模技术，创建统一设备树。设备树应包含调度、运方、市场、保 护、自动化、通信各专业的设备数据： ( 4 ) 根据专业划分，对设备库中设备类、设备对象、设备属性进行分层的读和写 基于实时监测与分析平台的故障信息系统的研究 的权限划分，使各专业管理设备参数方面责任清晰，不交叉，保证设备参数 的唯一性、一致性； ( 5 ) 通过建立设备参数审核体制，保证了设备参数的准确性和权威性； ( 6 ) 中心及相关单位可以查询各专业管理的全部设备参数。 设备的编码原则如下： 1 编码目的是唯一标识对象，不一定必须反映对象某些属性。属性使用记录的 另外字段表示。 2 编码主要是数据库使用，接口使用，不需要操作人员的干预。要方便计算机 处理，不要求一目了然。但是编码必须有意义，通过编码可以获得设备的基 本信息，如地理位置、设备类型、设备编号等。 3 力求编码的稳定性，设备编码不随管理方式变化而变化。 4 按4 位分段，段数固定为3 段。 5 第一段是位置码，第二段是类型码，第三段为序号码。 6 编码的含义主要体现在和其他系统数据库进行数据的交换。 编码的体系如表1 所示： 段位置段类别段 序列段可选段 位数4444 性质序号大类小类 位数2222 x xx xx xx x x x x x x x x x 表l 其中： 位置段分为：前两位是位置性质，如调度机构，发电单位，变电所( 又分为江 北，江南) 。后两位是序号，代表具体的位置。 例如安徽省调是o 1 0 0 ，o l 代表调度机构，o o 代表它在调度机构中的序号。 类别段分为：前两位是大类，如线路，发电机相关。 后两位是小类，如发电机，励磁机。 例如0 2 11 是主气门，0 2 代表汽轮机相关，l l 代表主气门在汽轮机相关的序号。 序号段比较复杂，对于具有唯一编号的设备，比如一次设备，“# 1 ”就代表0 0 0 1 ， 可为不同的一次设备建立相应的对照表。对于不具有唯一编号的设备，如自动化 设备，办公设备，可按建立的先后顺序赋为0 0 0 1 ，0 0 0 2 。 第二章实时监测与分析平台的应用 2 2 2 继电保护整定计算组态网络系统 继电保护装置是电力系统不可分割的一部分，是电力系统安全运行的保证， 合理配置与正确使用继电保护装置十分重要“1 。为满足电网对继电保护的可靠 性、选择性、灵敏性、速动性的要求，充分发挥继电保护装置的效能，必须合理 地选择保护的定值，以保持各保护之间的相互配合关系。因此做好电网继电保护 定值的整定计算工作是保证电力系统安全运行的必要条件。从完整的角度看，继 电保护整定计算组态网络系统为实时监测和分析平台提供了强大的手段，该组态 网络系统包括电网参数管理、故障分析计算、保护配置、保护定值计算、保护定 值管理、保护定值的统计分析等功能，能从电网参数到保护定值单执行整个过程 的全部工作，并且实现各功能块之间的有机结合和无缝连接，可靠保障数据的安 全性、一致性、和继承性，提供方便、直观的人机对话界面，操作简捷，设置灵 活，一定程度上可满足系统自身的可维护和管理的特点。 组态( c o n f i g u r a t i o n ) 就是用应用软件中提供的工具、方法、完成工程中某 一具体任务的过程。组态的设计思想是将单独的、庞大的、复杂的应用程序分成 多个模块，每个模块又可以分成组件，但这里的组件不再是简单的代码集，而是 自给自足的组件。这些组件模块或组件可运行在同一机器上，也可运行在局域网、 广域网甚至i n t e r n e t 上的不同机器上，具有“即插即用”的特性。整定人员使 用通用的软件工具提供的人机界面进行灵活的组态方式，快速构建适合本电力网 整定计算规则的软件。组态软件具有专业性，一种组态软件只能适合某种领域的 应用。在电力系统继电保护整定计算工程中也引入组态的概念。由人机界面生成 继电保护整定计算工程的过程就叫整定计算工程组态。目前组态软件已经扩展到 管理信息系统( m s ) ，管理和科学计算一体化，远程监测和维护以及在互联网上 的一系列的数据整合。 组态平台按照继电保护专业功能分成很多模块，每个模块又可以分成很多 组件，对用户来说，在可视化组态平台界面上根据自己的整定需求任意调用各种 专业数据：而在组态平台底层，实际上是在同一模块中各组件间，不同模块各组 件间之间数据的相互调用和重新组合。因此各组件必须有可重用的能力，这样就 做到不论用户的整定需求有多复杂，利用各组件可重用性进行组合达到需求，而 基于实时监测与分析平台的故障信息系统的研究 不是编程实现功能。在实际的组态平台上，列出部分模块如表2 模块序号模块含义模块功能说明 l 网络图形化建模，编码基于c 1 i e n t s e r v e r 的建模方式 2 p s 图形化平台在图形化平台上集成各功能模块 用图形化进行电力系统短路电流计 3 短路电流计算 算 针对复杂电网，给出整定计算使用 4 全网计算 的基础数据 针对复杂电网，给出整定计算使用 5 特殊分支系数计算 的特殊基础数据 6 2 2 0 k v 电网继电保护整定用于1 i o k v 辐射性电网的整定计算 7 绘制继电保护参数图 自动绘制且可以方便地打印出来 可进行l 、全网变电所节点自电抗 计算2 、变电所出线等值电抗计算 3 、发电机、变压器支路等值电抗计 8 综合阻抗计算算。这种计算在电力运行部门称综 合阻抗计算。它是为方便1 1 0 k v 电 网计算时进行2 2 0 k v 系统等值而使 用的。 表2 组态平台部分模块结构 根据组态的设计思想，继电保护整定计算网络系统也主要由几个子模块共同组 成，包括整定计算工程组态编辑器模块，全网快速计算子模块，4 超组件整定计算 文稿模块，每个模块完成自己的功能。 2 2 2 1 整定计算工程组态编辑器模块 该子模块集整定计算、定值管理、装置实时监测为一体，实现了省级、地 级调度一体化闭环管理，定值单和参数管理子系统是整定计算模块的输入与输 出，与整定计算紧密结合在一起。功能结构如图4 所示： 第二章实时监测与分析平台的应用 图4 整定计算工程组态编辑器模块功能图 整定计算程序、模板生成程序、定值单发布系统通过共享数据交互信息： 整定计算程序：负责定值的计算整定并将整定计算结果输出到共享数据，将整定 计算系统中的一次设备信息、整定计算结果写入共享数据目录。 模板生成程序：提供图形化的工具给用户自己绘制定值单模板，而用户无需掌握 任何计算机语言，解决了系统维护不方便的问题。 定值单发布系统：其结合定值单数据库中的定值数据和共享数据中的定值单模板 信息实现定值单的增加、编辑、删除、发布。强大、实用的定 值单发布系统功能能提高继电保护的运行和管理水平，它使管 理人员和操作人员能随时了解现场保护装置的运行情况。 2 2 2 2 全网快速计算子模块 全网计算模块不只是简单的分支计算，它囊括了与实际应用中密切相关的十 二个部分，如最小正序助增系数、最大零序分支系数等。由于该模块是自主开发， 使得其与实际结合得更密切、更合理、功能更完善，执行速度更快。实时计算和 离线计算同时并用，数值分析采用离线计算方式：系统阻抗和参数计算采用实时 计算模式，以确保查询的结果是最新数据。图形化的电网故障分析，能方便地对 保护装置及保护定值进行管理。 2 2 2 3 超组件整定计算文稿模块 超文本整定计算文稿是指将全网计算后得到的所有数据与继电保护整定文 基于实时监测与分析平台的故障信息系统的研究 稿联系起来，在i e 浏览器中进行相互调用，用户在浏览器界面上只要用鼠标单 击或双击即可控制整定文稿与整定程序的数据交互和自动整定。超文稿整定界面 如图5 ： m o s 年2 月 1 4 星期= 超文本整定计算稿 纛程名计算人? 支核存档日期拿档卷 设备投产整定专职复算人审棱人2 0 0 4 0 9 - 2 80 0 0 0 1 耋前状擘荽线触a o z o 切换批注志号名一”。一夹 整定计算蚰申 会富变接地距离计算人批注凰圉 2 2 0 k v 台龙4 8 6 0 线路垃会官变倒： z 0 1 ： 2 0 1 = 0 7 + 1 6 0 3 = 1 12 s e t1 1 o0 ( 1 1oo ) z 0 2 ： i i t h2 8 4 6 2 8 4 5p h , 肝o = 0 5 0 0 0 0 0c 盯仉小方式 2 8 4 5l j 嘟= 2 9 5 6 3 4 9c u t4 8 6 2 2 8 4 8j u r a = 0 5 0 0 0 0 0c o t0 z 0 2 = -1 2 8 2 + 0 貅0 5 0 0 0 0 0 *3 2 0 0 =2 5 8 2i 5 。 w i t h4 8 6 1p 8 肿忙2 8 3 7 1 1 1 c u t 2 8 4 6 , 小方式 4 8 8 1l i k f = 5 3 1 8 3 0 2c u t4 8 6 2 4 8 6 1j l k p = - 2 5 3 7 1 1 1c w r2 8 4 6 z 0 2 = -1 28 2 + 0 辟28 3 7 1 1 l +1 3 0 0 = 4 2 3 3 1 5 。 w i t h4 8 6 2p 8 , k p 0 = 2 8 3 7 1 1 1c u t 2 8 4 6 小方式 4 8 6 2u k f = 5 3 1 8 3 0 2c g t 4 8 6 1 4 8 6 2j u 【p = 2 8 3 7 1 1 1 c o t 2 8 4 6 z 0 2 =1 2 8 2 + 0 貅8 0 3 7 1 1 1 -1 3 0 0 =4 2 3 31 5 。 k l i t = 2 80 1 60 = 1 6 s e t2 5 01 5 ( 厚值) z 0 3 ： t i t h2 8 4 6 2 8 4 5p l i ，k p 0 = 0 5 0 0 0 0 0c v r 仉小， 式 图5 超文稿整定界面图 2 3 故障信息系统与实时监测平台的联系 基于实时监测平台的故障信息处理系统是利用了业已在安徽省内建成的调 度数据专网，结合变电站计算机监控技术的发展，研究一种新型故障处理模式， 同时对已经建成的系统进行改造，使之适合新系统的运行要求。由上面实时监测 与分析平台的描述可以看出，本课题具有其它故障信息系统所没有的优势，课题 所建立的系统可以作为一个模块，直接挂在实时监测平台上，利用计算机技术和 网络技术将目前变电站的各种故障信息进行整合，提供统一时标和统一数据格 式，通过电力通信网自动上传故障信息。而实时监测系统在后台运行，根据全网 的网络拓扑，实时的进行全网的短路电流计算以及定值的整定计算。调度端用开 放式数据库管理故障信息并在调度m i s 网上发布故障信息。本系统结合实时监 测平台，能够实现电力系统故障信息的自动处理，降低工作人员的维护量，提高 第二章实时监测与分析平台的应用 电网故障处理的速度和准确性，从而提高了电网的安全运行水平。 实时 g i n 平台作为后台软件，为故障信息系统的高层应用奠定了基础，结合 起来形成的系统具有： a 强大的绘图功能。 b 数据关联。该功能可在一个画面中同时显示实时数据和任意时刻的历史 数据。 c 网络拓扑。能提供网络拓扑功能，在用户生成画面的同时自动生成拓扑 关系。设备间的连接应具备自动探测或捕捉功能。可通过某点或某设备点亮 相关链路，可识别或忽略相关节点。如图6 所示： 图6 网络拓扑图 d 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。 e 支持图形数据的本地、网络和数据库存取。 基于实时监测与分析平台的故障信息系统的研究 f 支持树状结构的对象浏览器，各类方式的打印功能以及。流行的界面风格。 g 短信功能。对于需要及时获得重故障信息的管理人员，可以利用短信群 发的功能通知，以便其能够快速的获得第一手资料，从而为故障的解决 提供方便。 基于网络的安徽电网故障信息处理系统要在安徽电网内推广应用，最终形成 覆盖全省电网的故障信息处理系统。 第三章故障信息系统规约的分析与研究 第三章故障信息系统规约的分析与研究 重点介绍了故障信息系统所要遵循的标i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 3 与i e c ( 国际电工 委员会) 6 1 8 5 0 ，包括两种标准的背景，具体内容以及提出的新的技术规范，如 x m l ，c o m t r a d e 等，最后指出标准在实际中的应用现状，指出现实中i e c 6 1 8 5 0 标准实施的难点以及最终选择i e c 6 0 8