（电力系统及其自动化专业论文）基于数字电网技术的电力系统故障的快速诊断.pdf

t h ee l e c t r i c a lp o w e r s y s t e mf a u l td i a g n o s i s a b s t r a e t t h ee l e c t r i c a lp o w e rs y s t e mf a u l ta f f e c t s ，t h es c o p ei nab i gw a yb r o a d ，t h e p r o c e s si sq u i c k ，s e tt h ev e r yh i g hr e q u e s tt ot h ef a u l tj u d g m e n ta n dp r o c e s s i n g r e q u e s t sa c c u r a t e l yt om a k et h ej u d g m e n tf a s t ，t a k e st h ee f f e c t i v ea c t i o nr a p i d l y ， t h ei s o l a t i o nf a u l t ，r e s t o r e st h ep o w e rs u p p l y ，a v o i d st h ea c c i d e n te x p a n d i n g t h e a r t i c l eh a sa n a l y z e dt h es y s t e mf a u l tp o w e rf l o wc h a r a c t e r i s t i c ，u s e sm e t h o d s p l i t t i n g n o d e p i e c e m e a lp o w e rf l o wt e c h n o l o g y ，a p p l i c a t i o np r i n c i p l e o f s u p e r p o s i t i o na n dm u l t i p l ep o r tt e c h n o l o g y ，e s t a b l i s h e st h ee l e c t r i c a ln e t w o r kf a u l t c o n d i t i o nm o d e l ，t h r o u g ht h ef a u l ta n a l y s i se x p e r ts y s t e m ，c a r r i e so nt h ef a s tf a u l t j u d g m e n tt h et h e o r ym e t h o d t h ea r t i c l ee l a b o r a t e ds y s t e m a t i c a l l yt h r o u g h t h ed a t a a c q u i s i t i o n ，t h ei n f o r m a t i o nf i l t r a t i o na n dt h ei n f o r m a t i o nf u s i o n ，t h ei n f o r m a t i o n m o d e l i n g ，d i g i t a ls i m u l a t i o n ，t e c h n o l o g i e sa n d s oo n ，c a r r i e so nt h eo n l i n er e a l t i m e t r a c kc o m p u t a t i o nt ot h ee l e c t r i c a ln e t w o r ko p e r a t i o n ，e s t a b l i s h e st h ed i g i t a l o p e r a t i o ne l e c t r i c a ln e t w o r k a n di nt h i sf o u n d a t i o n ，u s e st h ea r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e t e c h n o l o g y ，t h ef a s ta c c u r a t ed i a g n o s i se q u i p m e n t ，t h ef a u l tt y p e ，t h ef a u l tp h a s e ， t h ef a u l tp o s i t i o n ，p r o v i d et h ef a u l tm o s tr e l i a b l ed i r e c te v i d e n c ei n f o r m a t i o n ；t h e p r o m p t r e m i n d e r o p e r a t i o np e r s o n n e lp r o c e s s e s ，a n dg i v e s t h e p r o c e s s i n g s u g g e s t i o n k e y w o r d ：e l e c t r i c a lp o w e rs y s t e mf a u l t ，t h e i n f o r m a t i o n m o d e l i n g ，f a u l t m o d e l i n g ， f a u l td i a g n o s i s 2 独创性声明 本人声明所甲交的学何论文是我个人住导师指导卜进行的研究l ：作及取得的研 究成果。据我所知，除文中特别加以标占和致谢的地方外，本论文不包含任何其他 个人或集体己经发表或撰弓过的研究成果。也不包含为获得 佥g 墨! ：些厶：兰 或其 他教育机构的学位或证fs 而使j 4 j 过的材料。与我一同l ：作的同忠对本研究所作的任 何贡献均已往论文中作了明确的说明并表示跗意。 学位论文作者签名：乡长嶷奠交签字同期：旆j j 月同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 佥g 坠! ：些厶堂 有芙保留、使川学位论文的规定， 有权保留行向国家有关部门或机构送交论文的复印r l ：和磁盘，允许论文被商阅平借 阅。本人授权 金日曼l ：些厶：羔可以将学何论文的全部或部分内容编入有天数据库 进行检索，可以采川影印、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： 兹尊叙 签字同期：刎年i1 月f 同 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 2 弋 翮繇p ”证 签字同期：。汐学年i1 月f 媚 电话： 邮编： 第一章概述 1 1 研究对象 随着我国国民经济持续稳步发展，作为基础行业的电力系统也得到了迅速 酌发展。随着负荷的猛增，装枫容量越来越大，网架结构越来越复杂，电压等 级也越来越高。从以2 2 0 k v 为主体的输电网架结构，逐步过渡到以5 0 0 k v 为主 体的网架结构，同时，“十一五 期间1 0 0 0 k v 特高压电网建设，将把我国电力 系统带到一个更高的水平。并且网际以5 0 0 k v 交流、直流联阚系统使得电溺系 统向着超大规模方向发展，系统阆的耦合越来越强，局部电网可能引起的故障 波及面也越广。 一次系统的发展和微机技术的应用，使得以微机保护为特征的电网二次系 统和患动化系统也变得越来越复杂，与之相适应的通讯系统复杂化、多样化的 同时，信息量也急趣浩瀚。加之电力系统的强偶合性，故障的快速性特点，一 星系统发生故障，呈现在电网生产人员面前需要及时处理的信息“海量化挣。 巍子电网是个庞大的系统，“发、输、用电”即时平衡、同酎完成的特性， 系统中每个环节的运作必须进行协调控制，才能保证电力生产的有序进行。没 有统一的组织、指挥、协调管理，电网就无法维持正常运行。现代化电网就其 性质两言，必须实行“统一调度、分级管理 的原则，电网调度作为电网运行 的指挥中心，其作用就是负责领导电网内的发、输、变、配电设备的运行、操 作和事故处理，保证电网的安全、优质、经济运行，向用户提供满足电能质量 标准的电能。电网调度指挥中心的调度运行人员职责就是采取各种有效的措施 和手段维护电力系统的安全、稳定、经济运行。 尽管在电力系统领域已采取了多种技术措施加强电网的安全稳定运行，僵 无论何种结构的电网，都不可避免会遭遇各种因素所弓| 起的事故，弓| 起电力系 统故障或异常的原因可以有以下几种情况： ( 1 ) 电瓣设备本身引起的故障，如发电、供电设备发生重大事故，发电机、 变压器、断路爨、电流互感器故障等。 ( 2 )自然灾害引起的电网事故，如线路遭雷击、污闪、山火、对树枝放电、 外力破坏等。 ( 3 ) 电力负荷异索引起发用电不平衡，电网调度运行人员未及对处理，孳l 起 频率、电压等稳定问题，主要输电线路输送功率超过稳定限额等。 ( 4 ) 局部电网事故由于保护装置原因造成不能有效隔离故障，或引起事故扩 大等。 在出现上述异常情况后，电网调度运行人员需要借助于各种手段，判断电 网事故的性质和范畴。现代化电网所配备的调度囱动化系统可以为电网运行入 员提供一定的电网运行情况判断的基本信息，随着电网规模的扩大、现代信息 技术的发展，以及作为信息传输基础的电力通信网络建设的加强，呈现在电网 调度运行人员面前的应翊系统和信息与冀俱增，这些系统的应用一方面加强了 电网运行监视手段，另一方面也增加了电网调度运行人员对众多“海量”信息 进行判断、处理的难度。 1 2 定义 电霹故障：故障是指电能量传输路径遭到破坏的事件，翱电网一次系 统遭到破坏，能量传输受到影响。故障一般有：线路、主变、母线、p t 、 c t 、开关、刀闸的一相接地、两相接地短路、两相短路、三相短路、一相 断线、两相断线。 设备缺陷：是指电能量传输路径尚未遭到破坏，但是设备本身存在巨 大隐患的事件。如：开关拒动、刀阕卡死等一次设备缺陷；保护拒动等二 次设备缺陷。 2 第二章现有的控制技术分析 电力系统发生故障时的基本特征将引起发、用电不平衡，系统的网络拓扑 情况会发生变化，系统频率、电压、潮流会出现波动。因此电网调度运行人员 可以通过系统频率、电压、潮流的变化情况判断系统如现了异常情况，并根据 网络拓扑情况、保护动作情况和事敌处理规定，采取各种手段和措施进行必要 的调节，来恢复系统的频率和电压至正常状态。 电网调度运行人员首先将根据电网中系统频率、电压、潮流的变化判断系 统是否有异常事件发生，然焉禳据s c a d a 系统所提供的断路器变位情况和现场 调度的电话汇报，确定断路器交位状态、保护动作情况等信息，判断事故的性 质和范围，判断系统异常事故是属于一次系统的问题，还是二次设备的问题。 对事故的判断必须依据整个网络拓扑情况变化，故障录波器所记录的电流电压 变化情况、保护设备的动作时序等相关信息。 就目前的技术手段和管理体系而言，电网调度运行人员对电网事故的第一 信息来源是s c a d a 系统所提供的断路器状态变化信息，系统电压、频率、潮流 信息，变电运行人员汇报的信息，确定现场设备的事故前和事故薅状态，实现 对系统故障或异常情况的判断，并据此形成故障处理、系统恢复的依据。 2 1s c a d a e m s 系统 传统意义上的调度皇动化系统主要是指馋为电潮静态安全分t 据基础的s c a d a e m s 系统。近来在此萋磁置，扩展了自动发电控制a g c ( a u t o m a t i cg e n e r a t i o nc o n t r 0 1 ) ，自 动电压控制a g c ( a u t o m a t i cv o l t a g ec o n t r 0 1 ) ，以及局部区域自动稳定控制的a s c ( a u t o m a t i cs t a b i l i t yc o n t r 0 1 ) ，形成了现代电网的调度自动化系统，实现了正常网络的部 分翅环控铡。 根据系统内部的功能与作用的不同，调度自动化系统基本可以划分为信患采集和执彳予 子系统、信息传输予系统、信息分析处理和决策子系统。其部分系统可以在故障分析中 进行充分剃翅。 ( 1 ) 信息采集和执行子系统 指安装在厂站端的各种智能型电子设备，采集各种表征电力系统运行状态的实时信 息，如电流、电握、有功、无功等测量信息，开关刀闸分合位置等状态信息，变压器 抽头等调节信息等。嚣对根据调度指令、自动化装置指令执行设各控制翱调节功能， 荠把相应的信息上传主站信息分析处理和决策子系统。 ( 2 ) 信息传输子系统 是信息采集和执行子系统和信息分析处理和决策子系统的桥梁，一般由电力传输网构 成，现代电力传输主要是竞纾瓣络，随羞电力数据网络建设步伐魏热淡，高速传输成 为主流。可以为故障诊断系统提供传输服务。 ( 3 ) 信息分析处理和决策子系统 以现代信息技术作为支撑的信息分析处理和决策子系统，是电网调度自动化系统的核 心，该系统通过各种应用软件实现对厂站端上传的信息进行分析处理。为电网调度人 员提供监视、控制电网运行状态提供必要的信息和手段，为电网的事故分析和处理提 供决策支持。对各种信息的有效管理、有机集成、方便共享是体现调度自动化应用水 平的关键。 2 ，2 继电保护装置 继电保护装置是电网安全运行的重要保护措施，当系统发生故障时能够快速、灵敏、 可靠地切除故障元件，对继电保护装置的评价标准除了原来的“快速性、灵敏性、选择 性、可靠性”外，随着技术发展和应用需求的提高，加上了信息化的要求。保护信息化 包含两层含义，一是保护装置提供的信息应该能够准确描述保护动作行为，二是保护装 置能够提供标准的信息接口，以便对装置信息进行方便地调用和分析。 保护装置的信息基本可以分为以下几种类型，整定信息( 包括控制字和软压板) ，异 常告警信息，保护动作信息，输入输出信息，实时采样信息，故障录波信息等。不同保 护对于信息表述方式是不一致的，对保护信息的有效分析和分类，将有助于对信息的处 理和应用。 整定信息：( 1 ) 装置特征信息：如装置型号、参数、版本号、t a ，t v 变比，为保护 装置的基本信息； ( 2 ) 动作值信息：如各种测量元件的门槛值、各种时间元件的设定值、各种告警信 息的门槛值等，这些信息确定了保护装置对电网故障的n 向应。 ( 3 ) 保护策略信息：如内部逻辑组合方式、保护功能和模式的选择等，确定装置在 特定系统中的应用模式。 ( 4 ) 保护信息的输出定义：如描述保护装置出口跳闸、启动失灵、启动重合闸、 异常告警等关键信息，这些信息描述了保护动作行为结果。 ( 5 ) 保护对象参数信息：如线路保护的线路长度、线路的正序阻抗、零序阻抗等。 ( 6 ) 录波信息：保护内部的故障录波。 异常告警信息：( 1 ) 装置硬件元件异常信息； ( 2 ) 装置软件模块异常告警信息； ( 3 ) 装置对外接口或通道异常信息： ( 4 ) 装置采集的采集量异常信息： ( 5 ) 装置人机界面异常。 保护事件信息：保护装置的动作信息完整地记录了保护装置内部各种元件的动作时 序，是描述和分析保护动作行为的主要依据，许多保护可以灵活地设置那些信息以软 报文方式作为事件信息输出，那些信息以硬接点形式输出。无论什么类型、什么原理 的保护装置，就保护各种元件的动作行为来讲，都经历了一系列的判断，构成一个完 整的动作时序，这些事件逻辑关联，时序相依，是分析故障的关键信息。 4 保护装置的采样信息：交流采样信息，首先是判断交流回路工作是否正常的依据，同 时也能提供电网故障前后，高速采样的实时信息。有些保护装置还能提供，滤波前和 滤波后的采样信息。 保护录波信息：保护录波为分布式录波，可以作为故障录波器信息的补充，同时还可 以采用多点信息的应证。可以作为故障元件、故障相别、故障类型、故障距离的初步 判断。 2 3 故障录波器 作为电网故障或异常情况记录的黑匣子，故障录波器必须完整地记录电网扰动的整 个过程，并作为评价保护装置动作性能的主要手段。因此，故障录波器的信息记录与处 理能力会在相当程度上影响着电网故障分析的进程和效果。基于现代信息技术和微电子 技术的数字式故障录波器的应用，推进了故障分析技术的进步与发展，其显著特点在于 电力系统变化过程和保护装置的动作行为可以用明确的时序记录下来，并较之以往的基 于s o e 的信息描述提供了更详尽的信息，这种信息可以以数据文件的方式实现信息传输， 为详细分析电力系统故障及其发展过程提供了很好的技术支持。 故障录波器，一般采用启动触发定时记录工作模式，完整记录故障电流、电压波形， 并以c o m t r a d e 格式存储和传输信息文件。c o m t r a d e 格式有头文件( h e a d e r ) 、配 置文件( c o n f i g u r a t i o n ) 、数据文件( d a t a ) 、信息文件( i n f o r m a t i o n ) 组成。 ( 1 )头文件( h e a d e r ) ：提供辅助信息，使用户能较好地了解暂态记录的总体情 况，为长度不定的自由形式a s c i i 格式的结构文件。 ( 2 ) 配置文件( c o n f i g u r a t i o n ) ：提供数据文件的存储格式，帮助软件理解数据 文件中记录的信息。固定格式或事先定义格式的a c s i i 文件。 ( 3 ) 数据文件( d a t a ) ：记录暂态过程的实际数据值，数据组织的格式必须严格 与配置文件定义的格式一致。 ( 4 ) 信息文件( i n f o r m a t i o n ) ：存储与暂态过程相关的断路器跳闸信息和保护动 作信息。 由于故障录波器启动元件设定的灵敏度比较灵敏，在电网发生故障时系统中会有大量 的故障录波器启动，产生大量的录波报告。而对于电网故障分析来讲仅需要与断路器 跳闸相关的故障录波信息，因此，需要在终多的故障录波文件中进行过滤，获取一部 分有用的信息，提高传输和处理的效率。故障录波器记录故障信息后会形成一个故障 文件，信息的输出分两个环节，其一是简要信息输出，包括故障时间、相别、持续时 间、故障电流大小、故障测距结果等，这些信息应该主动上传；其二是详细的电流电 压波形信息，这些信息等待主站调用。 2 4 动态安全监视和控制系统 该系统又称为广域测量系统( w a m s ) ，这类系统的数据来源是基于g p s 技术 的同步相量测量装置( p m u ) ，p m u 设备的特征在于利用g p s 全球卫星定位系统， 5 实现电力系统发电机同步功角和母线电压相量动态监视，为电网的稳定运行监 视提供手段。由于p m u 主要侧重于运行情况下的电网动态过程监视，其交流电 流回路一般接测量回路电流互感器，有些场合也接保护回路电流互感器。 p m u 装置带有g p s 时钟同步功能，所采集的电流电压信号按2 5 帧s 的速率 带时标实时上送电网调度中心，p m u 所形成的数据遵循i e e e l 3 4 4 或c 3 7 1 1 8 数 据传输协议，并具备在电网发生故障时动态数据记录能力，可以以c o m t r a d e 格式提供电网动态过程的数据。p m u 装置的相量数据带有耩确的时标，可以有 效地保证不同地点上送到电网调度中心数据的网时性。 广域测量系统( w a m s ) 主要是利用p m u 装置所提供的信息特征，如数据的 采集密度较高、相量数据带有精确的时标等，实现对电网动态变化过程的监视。 p m u 装置信息的特征相对于s c a d a 系统信息而言，可以提供电网运行状态变化 过程的信息，而不仅仅是某一时刻的断面信息，可以实现对电网动态过程的有 效监视，如在瞧网实时电压动态监税，系统功角监视的基础上实现电网运行稳 定裕度告警；实现对电网小扰动的监视、控制，系统低频震荡现象的鉴测，并 辅之于有效的计算工具寻找低频震荡的原因及控制策略；通过对不同机组电动 势角的监视，实现不同机组的p s s 协调控制：通过对不同断面潮流的实时监测 实现区域性在线稳定控稍、广域保护系统( w i d ea r e ap r o t e c t i o n ) 等。 对此类系统的关注起始于1 9 9 6 年美国加州大停电事故，在1 9 9 6 年美国加 媸大停电的事故分析时，安装在部分厂站端的时步相焦测量装置对整个事件发 展过程中的分析及事故后的仿真计算起到了一定的辅助作用。目前，大部分 w a m s 系统仅仅处于试点应用阶段，没有形成比较成熟的应用，对于电网的动态 监视控制系统的效用问题还需要进步探索和研究，其应用效果将取决于基于 p m u 数据的算法对电力系统分析、控制的有效性，实现控制的手段等因素，同 对对电力系统表态安全监视分莘厅系统运用性能的提高将也是检验w a m s 系统效 用的指标之一。 由于其数据的来源独立于e m s 系统的s c a d a 信息，因此，基于p m u 的系统 可以作为电网安全预警系统和e m s 系统的紧急备用。该系统应用功能的实现将 取决于现代信患技术的发展，主要是在电力系统分析应用算法、手段上的突破。 6 第三章电力系统故障处理流程 3 1 电网攀故处理的原则 在电网发生事故蜃，电溺调度运行人员需要在第时闯获取事故相关信息， 准确判断事故性质和范畴，形成对系统搴故的处理方案，并尽快隔离故障点， 避免事故的扩大，减少事故的损失，恢复对用户的安全供电。 显然，在电网故障时，电网运行人员如何从众多的信息( 如事故遥信、系 统电压、频率波动、重要线路潮流越限、现场调度运行人员的汇报等) 中获取 准确的事故信息是事故处理和系统恢复的前提。 由于技术实现手段上的原因，尽管调度自动化系统的应用可以为电网的事 故处理提供一定躲信息，但对于事故对获取的信息分析、提炼、翔断很大程度 上仍然处于人工处理阶段，还远没有实现智能调度所要求达到的事故信息处理 程度。 目前在电网发生故障后，调度员首先需要电话确认故障跳闸的设备，根据 现场的电话汇报并结合电网调度中心所获取的事故遥信、系统电压、频率、潮 流等住处，形成对事故情况的判断、分析和确定处理方案或步骤。一般调度员 对事故的处理遵循以下原则： ( 1 ) 确认系统事件的发生，如事故遥信、电压、频率异常、潮流越限。 ( 2 ) 确定事故的性质，属于设备( 如变压器、电流互感器、电压互感器等) 故障；还是线路故障( 如雷击、污闪等) 。 ( 3 ) 确认断路器状态变化情况，如断路器是否跳闸、是否重合等。 ( 4 ) 确认保护及安全囊动装鬣是否动作，动 乍是否合理。 ( 5 ) 确定事故波及的范畴。 ( 6 根据相关调度觏程进行系统恢复。 ( 7 ) 查明事故原因，并作消缺处理的安排。 ( 8 ) 形成事敌简报或详细分析。 故障发生时刻的一次系统电流、电压模拟信息，断路器状态变化翻保护装 置的跳闸时序是事故判断的关键信息，全网不同地点设备所记录信息时序上的 一致性是形成正确事故判断的基础，这类信息时序上的一致性只能通过全球定 位系统( g p s ) 技术的应用来保障，即故障录波器、断路器跳闸信号的接入设备、 保护装置等应采取g p s 乍为时钟同步信号的输入源。 对于电网中发生的简单事故，可以容易地从现场运行人员中获取比较准确 的事故信息，形成麓确的事故判断与处理方案，僵瓣予毙较复杂的事故，一般 电网调度运行人员很难在事故发生的较短时间内获取准确、完整的事故信息。 在这种情况下要比较快遣确定事故处理方案会泷较困难。从某种程度上讲，教 7 障时信息获取的有效性与事故处理及时性的相关程度是调度自动化系统实用效 果的重要标志之一。 现代信息技术、微电子技术、计算机技术的应用，使电网的一次、二次设 备和电网通信能力已经完全支持智能化调度所要求遥信命令的传输和遥控等操 作命令下达的实现，但对于各种故障相关信息的处理，还远没为对智能化调度 的实现提供足够的支持，从而实现故障的自动决策判断，提高系统事故处理的 准确性和及时性，加快系统的恢复。在电网发生事故，调度运行人员确定事故 的性质和范畴，并进行系统的紧急处理( 如发电机出力的调整，线路潮流的控 制等) 后，将根据用户和网络的重要性等级来决定事故的恢复步骤。 为便于说明问题，将分别就线路故障、母线故障、变压器故障的事故处理 原则、流程做一简单描述，以便于获得电网运行人员对于电网事故处理所需掌 握的关键要素。 3 2 线路故障处理原则 线路作为构成电网架构的主要组成部分，特征是绝缘具有可恢复性，线路 故障的大部分( 6 0 7 0 ) 故障是单相瞬时性故障，因此，在系统稳定容许的前 提下，将自动重合闸作为确保电网安全的重要措施实施，大量线路故障发生后 可以通过自动重合闸装置作用有效地恢复系统接线的完整性。 线路故障跳闸后( 包括故障跳闸，重合闸不成功) ，现场运行人员必须检查 断路器分、合闸情况，保护动作情况，故障录波器是否记录反映系统有故障， 并马上汇报电网调度。为加速事故处理，可不待查明事故原因强送一次，在强 送电前就考虑以下几方面。 ( 1 )强送端的选择应使系统稳定不致遭到破坏。在强送前，要检查有关主干 线路的输送功率在规定限额之内。必要时应降低有关主干线路的输送功率 或采取提高系统稳定度的措施。 ( 2 )现场值班人员完成对故障跳闸线路的有关回路( 包括断路器、隔离开关、 电流互感器、电压互感器、耦合电容器、阻波器、高压电抗器、继电保护 等设备) 进行外部检查，并将检查情况汇报电网调度。 ( 3 )线路故障跳闸至强送的间隔时间一般为1 5 m i n 或以上。 ( 4 )强送端变压器中性点必须接地，强送电端的断路器必须完好，且具有完 备的继电保护。 ( 5 )强送前强送端电压控制和强送后首端、末端及沿线电压应作好估算，避 免引起过电压。 断路器允许切除故障的次数应在现场规程中明确规定，断路器实际切除故 障的次数，现场应作好记录。线路故障跳闸是否允许强送或强送成历后是否需 要停用重合闸，或断路器切除故障次数已到规定的次数，均由发电厂、变电站、 值班人员根据现场运行规定向有关调度提出要求。 8 当线路保护和高压电抗器保护同时动作跳闸时，则应按线路和高压电抗器 同时故障来考虑事故处理。在未查明高压电抗器保护动作原因和消除故障之前 不得进行强送，如系统急需对故障线路送电，在强送前则应将高压电抗器退出 后才能对线路强送。同时必须符合无高压电抗器运行的规定。 线路一侧断路器跳闸后，有同期装置且符合合环条件，则现场值班人员可 不必等待调度指令，迅速用同期并列方式进行合环。如无法迅速合环时，电网 调度运行人员可指令拉开另一侧线路断路器，5 0 0 k v 线路应尽量避免长时间充 电运行。联络线跳闸后，在强送成功进行合环时应确保不会造成非同期合闸的 可能。 3 3 母线故障处理原则 当母线发生故障停电后，现场值班人员应检查断路器动作情况、检查现场 故障录波器系统是否有故障，是否有保护动作跳闸。可以自行将故障母线上的 断路器全部拉开，再汇报有关调度。当母线故障停电后，现场值班人员应对停 电的母线进行外部检查，并把检查情况报告值班调度员，调度员应按如下原则 进行处理： ( 1 )找到故障点并能迅速隔离的，在隔离故障后对停电母线恢复送电。 ( 2 )找到故障点但不能很快隔离的，若系双母线中的一组母线故障时，应对 故障母线上的各元件的检查确保无故障后，冷倒闸至运行母线并恢复送 电，联络线要防止非同期合闸。 ( 3 )经过检查不能找到故障点时，用外来电源对故障母线进行试送。对发电 厂母线故障，如电源允许可对故障母线进行零起升压。 ( 4 )如必须用本厂电源试送时，试送断路器必须完好，并有完备的继电保护， 母差或主变压器后备保护应有足够灵敏度，必要时可缩短主变压器后备保 护时间，以保证灵敏度和快速性。 当g i s 设备发生故障时，必须查明故障原因，同时将故障点进行隔离修复 后对g i s 设备恢复送电。 3 4 变压器故障处理原则 由于变压器结构比较复杂，变压器的主保护( 包括重瓦保护、差动保护等) 同时动作跳闸，未经查明原因和消除故障之前，不得进行强送。 变压器主保护瓦斯、差动、压力释放等之一动作跳闸，在检查变压器外部 无明显故障，检查瓦斯气体，证明变压器内部无明显故障，检查故障录波器录 波图，未发现有系统异常情况时，可以试送一次。 对于变压器电气量主保护或后备保护动作跳闸，检查故障录波器是否记录 有故障，在找到故障并有效隔离后，一般可对变压器试送一次；若电气量保护 动作，但故障录波器并没有显示系统有故障，或者故障地点发生在电气量保护 9 范围以外，则应该将误动的保护退出运行，变压器恢复运行。 变压器过负荷及其他异常情况，一方面应汇报调度，同时按现场规程进行 处理，变压器故障处理流程示慈图见图l 一4 。 从电网中典型的事故处理流程分析可知，线路、母线、变压器由于设备的 特性不同，在事故处理过程中所采用的策略是不一样的，但就对于故障判别分 析的核心来讲是一致的，即必须完整获取断路器、保护、故障录波器信息后才 能形成事故判断处理的基础，有针对性地隔离故障和恢复系统的正常运行。 3 5 电网事故处理的启示 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 操作，从某种意义上讲电网调度自动化系统为电网的运行提供了有效的监视和 控制手段。 调度自动化系统所提供的信息是把握整个系统故障事件处理的关键，从电 网事故发生后电网运行人员对整个事故判断、处理和系统恢复过程来看，事故 判断和处理所需要的保护动作信息、断路器与保护动作时序信息，以及作为故 障羊别重要手段的模拟量等关键信息的缺乏，使得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持，也无法达到智能化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 决策支持技术支撑平台。 随着现代化电网的应用技术发展、电力通信网络的迅速发展，调度自动化 系统如何适应技术的发展为电网的安全稳定运行提供有力的技术支撑，对于传 统的调度自动化应用技术发展提出了挑战。在电网动态安全监视、预警，在线 决策控制，电网的事故处理等方面的应用技术的发展得到了越来越多的关注。 因此，明确电网事故处理的信息来源、信息处理的原则、信息处理机制、 信息应用对象等问题，根据电网事故处理原则和应用需求，确定相关应用系统 的建设原则和功能定位成为一种必然。 在电网发生故障后除进行事故处理所需要的事故性质、范畴的界定外，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， 保护装置在故障时的动作行为，保护装置的整定值，保护装置的动作原理、逻 辑设置，以及保护装置积压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关联，由于故障录波器记录的信息可以实现i e e e 标准电力系统暂态数据交换通用格式( c o m m o nf o m a tf o rt r a n s i e n td a t a e x c h a n g e ，简称c o m t r a d e ) 格式的输出，因此，有时对于复杂故障可以利用故 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事件的响应行为。 这种分析将有利于合理评估保护装置在电网故障时的行为，并根据系统性的评 1 0 价结果，及时调整保护装置的设定值，从而更好地适应系统安全的需要。 从电网中典型的事故处理流程分析可知，故障判别、分析的核心是对断路 器、保护、故障录波器信息的综合分析，对一过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、处理和决策支持 度，电网调度自动化基本构成特点和信息来源决定了其所处理问题的针对性和 有效性，电网故障分析处理的应用需求对于调度自动化系统提出了新的发展要 求，而这种应用需求实际上构成了智能调度的重要组成部分，因此，对于调度 自动化应用领域进行分析将有助于合理地确定电网故障分析系统的发展定位， 界定各相关系统之间的关系。 第四章故障分析系统的必要性和意义 由于各种原因，电力系统在运行中故障是经常发生的。随着电力客户对供 电可靠性的提高，对电力故障进行快速诊断，以便迅速采取措施恢复供电的要 求越来越高。传统的做法是由电力运行人员在故障时，收集各种现场信息，按 照有关的技术导则加上长期的运行经验，进行分析判断，再采取相应措施。但 实际中会存在以下问题： 4 i 综自系统的缺陷 综合自动化的发展，使得一个集控中心站集中管理若干个，甚至十几个无 人值班的变电站：当发生故障时，集控中心会有大量报警信息集中涌现，加之 信息无序状态、相互覆盖等原因，使得运行人员要在极短的时间内抓住报警实 质，判断故障元件有时是十分困难的。即使是经验丰富的运行人员，由于受现 场环境影响，心理也是非常紧张的，也可能出现误判断。 4 2 强偶合系统的复杂性 电力系统是一种强偶合系统。一点故障，甚至是扰动都会波及到很大的范 围，1i o k v 及以下系统虽然是开环运行，但其故障也会影响到上级电网的潮流 分布，甚至可能越级跳闸，在倒闸操作时也存在短时环网情况。2 2 0 k v 以上系 统全是电磁环网，故障影响非常大，波及范围广，现象复杂。 4 3 多重故障和连锁故障带来的困难 电力系统故障往往不是孤立的，经常遇到多重故障并发的情况，同时拌有 连锁故障的可能性。譬如，某点单相接地，导致其余两相电压升高，造成多点 击穿的情况。这种情况导致问题更加复杂，分析更加困难。 由于以上等等原因，导致运行人员很难在短时间内收集完整信息，作出准 确判断，延误了处理时间，有的甚至误判断，处置不当，扩大事故。显然传统 的分析方法无法适应新形势的要求。 现代电子技术和电力应用软件的发展为快速故障分析诊断提供了新途径。 如果应用某种技术，建设快速故障诊断系统，自动处理大量报警信息，诊断故 障元件和故障类型，指导运行人员迅速处理故障，将对保证电网安全稳定运行 具有重要意义。 1 2 第五章国内外研究状况分析 国内故障信息系统的建设基本始于2 0 0 0 年，经过这些年的工程实施已实现 了一些基本应用，但目前很大程度上仍然是处于探索阶段，系统的作用、定位 及应实现的各种应用还远未被充分认识，更由于缺乏完整的系统应用开发规范 性技术准则，加上部分地区所采取的通道质量不能适应故障信息系统的信息传 输要求，所连接的保护和故障录波器设备接口规范性一致性比较差，系统实施 存在一定程度的随意性，因此系统发挥的效用还远没有达到应有的功能，存在 的主要问题有如下几个方面。 5 1 系统处于非实时阶段 目前建设的故障信息系统，还停留在收集保护和故障录波数据的层面上， 信息缺乏有效的组织，没有分析手段，基本上只是在事故发生后，提供非实时 信息，供人工分析事故原因用，不具备实时处理能力。 5 2 系统的定位不明确 现在已有的故障信息系统更多地从保护专业应用的角度考虑系统的功能配 置、系统的建设问题，对于信息的来源与处理很少从立足于为电网事故处理提 供决策支持的角度进行思考，同时对于应用功能的要求可以说是非常初级，一 般仅要求实现现场保护打印输出结果的信息调用，而没有对故障信息系统信息 的来源、信息的特征、信息的处理方式、故障信息系统应解决的问题、与目前 各种应用的相关性、如何在已获得的各种故障信息的基础上形成各种价值提升 的应用分析等进行系统性的应用分析。 由于系统的架构设计和功能定位的模糊性，导致了系统的建设和功能扩展 缺乏系统性，在实际系统的建设过程中体现了如下主要不足。 ( 1 ) 信息的接入不规范 系统的功能定位不清晰，导致目前已建设的大多系统仅仅实现了厂站端的 数字式保护和故障录波器信息的上传，还没能将系统作为电网调度自动化系统 中的重要组成部分进行建设，系统建设过程中对信息来源没有确定规范的要求， 因此，系统所接入的信息对于电网事故分析不充分，还不足以为电网调度运行 人员提供事故处理的决策支持，系统对电网运行、事故处理的效用远没有发挥。 对于故障分析所需要保护和故障录波器信息接入情况如下。 数字式保护信息的接入： 作为故障信息系统的主要信息来源或集成对象，有以下几种基本信息汇集 方式：通过保护管理机实现信息的汇集后再接入子站，进口的数字式保护设备 基本采取这种模式；通过数字式保护的数据通信口直接接入故障信息系统的子 站。由于在许多地方监控系统也接入数字式保护的信息，部分电力用户要求数 1 3 字式保护提供两个数据通信口：一个数据1 ：3 给监视系统，一个数据口给故障信 息处理系统。并将保护装置的数据通信口直接与i o 测控单元相连，但这种应 用模式的合理性值得商榷。 静态保护信息的接入： 在变电站内，并非所有保护装置都实现了数字化，具备信息传递的功能，对 于静态保护的动作信息并未作为系统应用的必要条件之一接入，这样，对于电 网故障分析就不具备信息的完整性，仅仅停留在对数字式保护信息的收集，或 者说只能实现对数字式保护动作行为的判断、分析。 故障录波器信息接入： 作为事故分析关键信息的断路器分、合闸信息许多地方的系统并没有接入， 这样，在分析保护装置动作行为时就无法与断路器动作情况实现有机关联；同 时，作为故障录波器，对于事件量接入缺乏统一的规范。 ( 2 ) 信息的预处理不够 系统在主站端体现为实现的应用功能较弱，在厂站端对所接入的信息没有 进行有效的预处理，并实现保护信息与故障录波器信息的有效关联；由于对于 系统功能定位的不确定性造成了厂站端缺乏信息过滤的原则，没有对信息的应 用实现按信息的特征，如事故信息、异常信息、状态信息等进行区别分类，并 根据应用的类别，事故处理、设备消缺、保护动作行为详细分析等需要实现信 息的分类传送，这样信息利用、传输的有效性没有得到充分体现。 从系统的特性来考虑厂站端的功能，其一在于完成数字式保护、故障录波 器、静态保护出口动作信号、断路器动作信号等涉及事故分析处理信息的汇集， 其二在于汇集这些信息后根据不同应用的需要实现信息的分类处理、过滤和传 输，基于这样应用的系统设计才能实现信息传递的有效性和及时性，以实现将 “合适的信息在适当的时机送给最需要的人员 。 尤其在电网规模不断扩大、变电站内l e d 智能型设备所能提供的信息呈指 数曲线上升时，实现对变电站内信息的有效处理可以避免在电网故障时由于变 电站大量无用信息的上送，使电网运行人员陷于“信息泥潭”，影响对事故的有 效处理。 信息应用的基本原则是变电站内信息的完整性和电网调度信息的有效性。 因此，信息过滤的原则在于一、二类信息必须采取主动上送方式，如对于电网 事故处理急需的信息以第一时间将信息上送电网调度，断路器跳闸、保护出口 动作信息，故障相别、持续时间、故障元件的模拟量有效值等；装置异常告警 信息必须主动上送到设备检修部门；对于其他信息可以采取事后调用的方式， 这样在电网发生事故及事故处理过程中就不会有“海量”的信息涌向电网调度， 运行人员可以比较有序地快速处理事故。 ( 3 ) 信息的应用不充分 1 4 目前系统的作用主要还是保护专业人员的保护装置电网事故动作情况分 析，没有实现保护专业其他应用系统的有效关联，这样，故障信息系统在很大 程度上仅仅成了变电站内传真机功能的延伸，在利用数字信息实现对各种类型 数字式保护装置作行为分析、保护装置运行可靠性分析等方面基本没有应用方 面的考虑和摸索。因此，系统在电网调度层面实的应用十分有限，还没有充分 利用故障信息系统的信息实现以往各种相关系统的价值提升，这样的实际应用 效果远不足以推进系统的建设，也使电力用户对该系统的价值认同出现较大差 异。 另一方面，目前系统的实施更多地考虑了将信息上送到电网调度中心，未 注重当地功能的应用和实现，也没有意识到故障信息系统所汇集的信息对于设 备运行维护人员的价值，因厂站端实现的功能和维护手段较弱，没能有效地过 滤信息。 同时，由于各厂站端一般还有原来的保护、故障录波器联网系统，故障信 息系统的建设很大程度上还不足以提供有效的手段实现当地各种保护管理机、 故障录波器等系统的集成化维护，在功能方面还远没能完成其他保护管理机等 系统的应用。因此，系统的维护就得不到厂站运行人员的积极响应和支持，也 影响了系统作用的发挥、提升。 ( 4 ) 信息的传输不配套 由于故障信息系统传递的信息具有准实时的特征，正常时并不需要信息的 传递，真正需要系统发挥作用的时候往往在电网发生故障时，可谓“养兵千日， 用兵一时”，因此，实现对传输通道、厂站端设备状态的实时监视是保证电网 故障信息系统在系统故障时实现重要信息及时上送的基础，作为故障信息系统 的应用基础，必须建立在数据网络通道。 作为电网事故处理的决策支持，对于故障信息系统的信息传递必须做到“不 错、不漏”，信息传输的安全机制就显得尤为重要，信息传递的完整性和有效性 很大程度将依托于可靠、有效的数据通信网络或有足够带宽的专线通信。按照 安全分区的原则，故障信息系统的数据属于安全区i i ，在采用数据网络通信方 式时必须考虑到与安全区i 实时数据通信网络的有效隔离。 5 3 信息应用界定不明确 故障信息系统的信息主要实现数据汇集和信息交换，因此，系统建设过程 中必须考虑数据的完整性、安全性；确定与哪些系统实现数据交换，交换什么 信息，以什么格式进行信息交换等涉及信息流规范化的问题，以及接口的界面 如何定义等问题。在变电站需要与监控系统实现信息交互，在地区调度系统需 要与检修系统进行信息交互，在电网调度需要与整定计算软件系统实现信息交 互，与d m i s 系统进行数据交互等。 目前阶段这种信息的接口规范因地域、工程、用户习惯而异，基本上是一 个地区、个工程一种方案，客观上造成了王程实施标准化、规范化的困难。 在实现与各种不同的应用系统实现数据接口时，交互信息的内容、数据格式、 信息流转机制等需要从应用的视角予以明确，尤其是系统在结构土必须适应未 来应用发展的需要。 1 6 第六章故障分析系统的功能定位 现代信息技术的应用，电力通讯网络的发展，使得实现对电网事故、保护 装置的动作行为及时有效分析成为可能，对涉及电网安全运行的所有的保护装 置运行信息、动作信息、整定信息、通道信息、断路器动作信息、故障录波信 息等，进行有效的集成、分类、分析，以完成对电网事故分析及保护行为判断， 是实现电网智能化调度和运行的重要前提。 同时，由于在电网事故发生时，特别是复杂故障发生时，故障录波信息、 综合自动化信息的泛滥，对信息的过滤、处理分析，找出事故的本质，也是十 分必要的。 还有