继电保护及故障信息管理系统子站的应用

继电保护及故障信息管理系统子站的应用继电保护及故障信息管理系统子站的应用 发布 2011 09 03 作者 来源 luhaifei 查看 737 次 用户关注 一 引言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 并采取及时正 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 一 引言 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 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 并采取及时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 EMS 系统 MISMIS 系统等互联互通 继电保护及故障信息管理系统由主站系统和子站系统组成 本文主要就河 南南阳 22220kV 遮山变电站改造及运行过程的实际情况进行分析 对继电保护及 故障信息管理系统子站的应用提出一些着法 二 系统结构 22OkV 南阳遮山变电站是南阳局所属的 6 座 220220kV 变电站之一 设计规模 为 OSFPS8 12120000 220 自耦主变 2 台 均为有载调压 220kV 出线 4 回 母联 兼旁路 1 回 采用双母线带专用旁路接线 1lOkV 出线 7 回 分段 1 回 专用 旁路 1 回 采用单母线分段带旁路接线 35kV 出线 8 回 分段 1 回 专用旁路 1 回 4 回电容器电容器 采用单母线分段带旁路接线 遮山变子站需接入的不同厂家保护设备种类较多 主变保护采用南自厂的 WBZ 500 220kV 线 旁 路保护采用许继的 WXHWXH l1 WXH 1515 WXH 802 南瑞 继保的 LFP 901A 北京四方的 CSL 103103 22OkV 母线保护采用南瑞继保的 RCS 915A 1lOkV 线 旁 路保护采用许继的 WXH 811811 和南瑞继保的 RCS 914D 1lOkV 母线保护采用南瑞继保的 RCS 915A HOW 母联保护采用南京中德的 NSP788 35kV 出线分段旁路及电容器保护采用南京中德的 NSP788 和 NSP782 录波器分别是南京银山的 YS 8A 和深圳双合的 WGLWGL 12 遮山变子站系统采用分层分布式结构 系统的纵向结构分为站控层和间隔 层两层结构 层间传输介质采用光纤光纤 一 间隔层 间隔层配有保护通信管理机 1 台 加插 MOXA 多串口卡 1 块 并配有 RS 232 422 485485 转换器若干 独立组屏 保护设备均分散安装在各保护屏上 全部通过串口和管理机通信 所有保护皆不支持网络功能 实现各种保护的规 约转换 不具备串口接入的老保护 设备仍以硬接点接入监控系统 其结构 示意图如图 1 1 两种接入模式的比较 保护装置和故障录波器接入子站系统的保护通信管理机一般有直接和间接 接入两种模式 两种接入模式的特点见表 1 2 接入模式的选择 考虑到遮山变子站接入的国内外的保护种类繁多 同一厂家的不同类型的 保护装置都采用不同的规约 为了实现规约的统一化和标准化 最好采用间接 接入 的模式 即各厂家的保护装置都通过自己的规约转换器与子站的保护通信 管理机通信 通讯规约采用标准的 IEC60870 5 103 规约 这样可以大大降低 接口的复杂程度 维护起来更加容易 但由于南阳变是改造站 有些装置早在 1994 年就已投运 要求各厂家都采用各自的规约转换器通信的难度较大 综合 遮山 变的实际情况 决定采用直接接入模式 另外 由于故障录波数据量较大 所以调试时曾希望与故障录波器通过以 太网进行通信 但 YS 8A 是 1996 年投运的老产品 不支持网络功能 只能 通 过串口进行通信 这就大大增加了录波数据读取的时间 子站系统的性能受到 影响 而据 WGL 12 厂家介绍录波数据目前只能保存在装置中不能送出 所以暂 时无法取到 WGL 12 的录波数据 3 与主站的通信 为了能够使故障发生后将所有的信息快速地传送到主站端 遮山变子站与 主站端采用了以太网方式进行通信 通信规约采用标准的 103 规约 由于目前 国 家对子站和主站之间通信所采用的规约标准并没有具体的定义 应用服务数 据单元符合 DL T 667 1999 远动设备及系统第 5 部分传输规约第 103 篇继 电保护设备信息接口配套标准 链路协议符合 OL T634 5104104 20022002 远动设 备及系统第 5 104 部分 传输规约采用标准传输子集的 IEC60870 5 101101 网络访 问 为今后方便过渡到 IEC61850 变电站通信网络系列系列标准打下基础 二 站控层 站控层设有系统服务器 Web 服务器 和继电保护工程师站各 1 台 它与 保护设备及自动装置间的通信通过保护通信管理机来实现 与保护通信管理机 通过以太网进行通信 其结构示意图如图 2 1 两种结构模式的比较 对整个子站系统来说 现在常用的有两种模式 并行主站模式和前置机模 式 下面是这两种模式的比较 1 并行主站模式 优点 所有保护 故障录波器和安全自动装置都直接上站内局域网或通 过保护通信管理机上站内局域网 监控系统和子站系统通过站内局域网共享保 护信息 各自的侧重点不同 这样不但提高了通讯效率 同时采用双网结构 将会提高系统的可用率 缺点 监控系统和子站系统以及站内装置必须在同一网段内 设计时需 考虑网络安全 避免两个系统互相影响 必须绝对保证继电保护和故障录波器 以及安全自动装置的独立 安全及可靠运行 2 前置机模式 优点 监控系统与子站系统完全独立成网 互不影响 容易保证两套系 统以及保护 录波装置的独立 安全 可靠地运行 缺点 由于采用单网结构 系统可用率将比并行主站模式低 2 结构模式的选择 综上所述 由于南阳遮山变是采用监控系统的子站 监控系统和故障信息 系统都是同一公司的产品 在系统设计时就考虑到了两个系统处于同一网段中 的网 络安全问题 从而有效避免了两个系统的互相影响 可以保证保护和故障 录波器的安全可靠运行 同时采用双网系统也提高了系统的可用率 信息共享 也容易实现 根据这种情况 遮山变子站系统采用了并行主站模式 二 功能和特点 常规的变电站子站系统一般包括通信管理 保护管理 录波管理 用户管 理等功能 且为单机系统 而遮山变子站采用 c S 及 B S 模式 有着较为突出 的功能特点 见表 2 三 经验与认识 一 建设子站系统的标准 目前 建设子站系统尚没有统一的标准可循 只能根据其本身特点设计开 发专门的数据类型和应用功能 弱化部分实时功能 不能完全照搬变电站监控 系统 SCADA EMS 的功能和技术指标要求 故障信息管理系统毕竟不是实时 数据采集系统 没必要对响应时间 数据模型种类 辅助计算处理能力等提出 过高 要求 二 子站系统的作用和地位 继电保护及故障信息管理系统子站在整个继电保护及故障信息管理系统中 像一座桥梁 一端连着各种保护装置和故障录波器 一端连着调度值班人员 在发 生复杂电网事故特别在出现继电保护异常动作后 子站系统传送的继电保 护事故信息 为调度值班人员进 一步恢复电网提供支持 也是制定反事故措 施的基础 从 而提高电网安全运行水平 所以继电保护及故障信息管理系统子 站在变电站自动化系统中是不可替代的 三 与监控系统的关系 对于 500 kV 及重要的 220 kV 变电站 设计规程都要求建立计算机监控系 统 因此 摆正继电保护及故障信息管理系统子站与监控系统的关系显 得尤为 重要 既要做到软硬件资源的合理配置 留有发展和扩充的余地并做到双方信 息的共享 又要考虑到网络的安全 避免两个系统互相影响 由于两个系统的侧重点不同 监控系统主要是针对变电站运行的正常监控 装置 其采集的信息不能满足事故分析 而且 由于保护和录波信息的特殊性 使 得监控系统不可能处理所有的保护和录波数据 因而把子站系统作为一个独 立的系统是必要的 当然它必须对监控系统留有数据接口 以实现数据的共享 四 界面的友好性和系统的二次开发 应根据用户的具体要求 符合不同用户的操作习惯 界面更加友好 操作 更加简便 方便用户自行定义 修改数据 并留有灵活的数据接口 方便用户 进行历史数据的二次利用开发 扩展系统的应用 五 通信规约 一定要采用标准通信规约 便于维护 扩展和数据交换 决不可强调应用 的特殊性或专用性而自定规约 否则会产生无穷后患 四 结束语 近年来 国内许多地区都在逐步建立独立的保护信息网络 不同程度地开 展了继电保护及故障信息管理系统的试点工作 以利于加快对电网事故及保护 异常 的处理 增加反事故的手段 提高电网安全运行的水平 本文提到的这套 继电保护及故障信息管理系统克服了以往子站系统单机运行 功能简单等缺点 充分满足了 用户的需求 并已在多个厂站投运 摘要 本文通过介绍山西电网继电保护故障信息分析处理系统的开发使用情况 详述了保护故障信息系统应实现的功能及技术特点 客观分析了建立该系统时 应注意的几个问题 关键词 继电保护故障信息系统 分析处理 前言前言 随着电力系统的发展 微机型保护和故障录波装置在系统中所占的比例日益加 大 录取系统故障信息的能力也日益加强 为了充分发挥微机型装置的优良性 能 山西省从 97 年开始 在经过充分调研及可行性研究的基础上 设计了山西 电网故障信息分析处理系统的结构 规模及其实现方式 确定了系统的技术方 案 并 于 2000 年 6 月建成系统并投入运行 目前 该系统连接了山西电网十 个 220KV 变电站的微机型保护和故障录波装置 继电保护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 的保护装置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 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 实现了保护人员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健康 运行水平 1 1 系统组成系统组成 山西电网故障信息分析处理系统组成如图一所示 1 11 1 变电站端变电站端 在变电站端设置专门的子站系统 所有数据采集和分析系统的硬件单独组屏 尽量不影响原有保护和录波装置的独立运行性能 管理屏通过 Modem 与调度 端 中心站连接 通过工控机与现场设备连接 工控机经由插在 IPC 中的多功能 MOXA 卡将 RS 232 信号转换成 RS485 422 信号 同时进行串行口扩 展 经双绞 线连接到站内微机保护和故障录波设备 管理屏装设一台 GPS 授时装置 为了 尽量减少对运行装置的影响 GPS 仅采用了 软对时 方式 即 GPS 只校正工 控机的时钟 工控机再通过串口为所连接的装置对时 非微机保护装置及其它 监控信号以开关量的方式接入变电站管理屏 工控机以各连接设备的通讯协议接收数据后 将数据格式进行转化 录波器数 据格式转化为 ANSI IEEE c37 111 1991 COMTRADE 格式 保护报告转成文本文 件 以 TCP IP 协议与调度端中心站进行数据传输 1 21 2 中心站端中心站端 中心站设一台通讯主机和一台数据管理服务器 通讯主机通过 MODEM 经专用微 波话路与变电站管理屏连接 系统发生故障后可同时接收相关变电站上传的 信 息 经分析处理后将最终数据存入管理服务器 服务器负责存储 统计所有变 电站的信息 对接收的数据经过初步分析 并经维护人员归纳 总结后通过 Internet 发布 每个终端可以共享服务器提供的标准化数据及资源 实现整个 局域网对最新故障数据的共享 同时 调度员可以浏览管理服务器上原始的故 障数据及波形信息 通讯主机与服务器之间遵循 TCP IP FTP 协议 2 2 系统功能系统功能 2 12 1 故障信息的及时 准确处理功能故障信息的及时 准确处理功能 变电站管理机能自动完成对本站所连接的保护和录波装置的正常查询 动作报 告和自检报告的自动搜集和分析处理 当分析到有保护跳闸报告时能自动拨号 将 报告上传至中心站 并在管理机上以醒目的方式就地显示 实现了对所有连 接装置动作信息的自动管理 提高了故障处理的自动化水平 管理屏的 GPS 装置可以精确地同步各装置的时钟 极大地提高了系统故障分析 的准确性 消除了因时钟的影响而造成事故分析不便的隐患 通过远传系统 继电保护各级管理部门在系统发生故障时可以及时 准确取得 有关数据而无须赶到现场 缩短了处理故障的时间 中心站后台软件具有完善的分析工具对上传的数据进行分析 如故障测距 波 形分析 矢量计算 谐波分析等 故障测距提供了多种算法 为故障点的查找 带来很大方便 双端测距算法的实现 大大提高了故障测距的精确度 这也正 是本系统实现的最有效 实用的故障处理功能 2 22 2 运行设备的远方监控 维护功能运行设备的远方监控 维护功能 变电站定时对连接装置进行巡检 一旦装置有自检异常报告 自动收集并保存 同时可以就地显示或声响等方式提醒运行人员 管理机每天自动调取一次各装 置定值 也可由中心站远方操作随时调取装置定值 可自动记录接入变电站管 理屏的开关变位情况并给出汉化的变位信息和有关提示 在中心站可以远方调取各连接装置的实时采样数据及波形 装置自检报告 开 关变位状况 当时定值等 监视装置的运行状况 对录波装置 还可以实现远 方启动录波的功能 2 32 3 故障信息的管理 统计功能故障信息的管理 统计功能 中心站服务器管理系统的设计基于 Browser Server 模式 采用满足国际技术标 准的通讯协议及数据库环境 实现数据库的管理功能 接入本系 统的所有装置 的动作信息 自检信息及录波数据都记录在数据库中 可以方便地进行不同条 件的查询和统计 如按照单位 厂站 线路名 开关号 保护及录波装置 型号 等 同时 要求该软件具备查询或统计后相应数据的转存 备份 删除等功能 2 42 4 图形功能图形功能 中心站通讯机可显示山西电网地理接线图 通过点击地理接线图中任一变电站 可调出该变电站的主接线图及保护 录波装置的配置图 点击任一装置即可调 出 该装置的历史数据 当系统发生故障 有报告传到中心站时 变电站主接线 图中有明显标志自动显示故障报告的存在 图形具有方便的编辑功能 如添加 删除设备 等 3 3 使用情况使用情况 3 13 1 连接装置连接装置 山西电网故障信息分析处理系统连接了目前使用较多的微机型线路保护和故障 录波装置及部分变压器保护 还接入了部分开关量信号 线路保护装置 南自厂生产的 WXB 11C 15 型保护和南瑞生产的 LFP 900 系列保 护 故障录波装置 南京银山公司生产的 YS 8A 录波器和电自院远动室 深圳深宁 公司生产的 WDS 2B 录波器 变压器保护装置 南自厂生产的 WBZ 03 04 保护和南瑞生产的 LFP 970 系列保 护 开关量信号 根据各厂站的需要接入目前无法监测到的信号 如各电压等级母 线接地信号 装置直流电源消失信号等 装置的连接过程中 LFP 900 系列保护和 YS 8A 录波器比较容易接入 后台接 收的信息也与装置本体差不多 但对于早期投产的微机型装置 如 WXB 11 线 路保护 WBZ 03 04 变压器保护及 WDS 2B 录波器 如果进行组网 必须对设备 进行升级 WXB 11 需升级为 WXB 11C 型 WBZ 03 04 变压器保护 原装置的运 行程序没有联网功能 需要对程序进行修改 而 WDS 2B 录波器需升级为 WDS 2E 型 对于这些装置的联 网 需要做的工作很多 但联网后调取的信息非常 有限 上传报告的内容比装置本体打印的内容少得多 运行中还存在许多问题 如 WXB 11C 15 保护 只 能调取两个周波的故障波形 运行中经常出现无法与 变电站管理屏通讯的情况 原因是保护装置的打印机卡纸 卡纸时保护串口不 进行通讯 WBZ 03 04 保 护组网后 WBZ 03 装置不能调取定值 WBZ 04 装置 调取的定值有一项错误 所以 在建立保护故障信息系统时 早期的微机型装 置是否接入 其必要性 有待于进一步探讨 3 23 2 系统特点系统特点 1 保护及录波装置的动作 自检报告在变电站端经过数据格式转换后 文件 体积比较小 传输速率较高 同时 通讯模块软件支持断点续传 缩短了占用 通道时间 提高了远传成功率 2 对变电站连接的各种装置的通信软件采用了模块化设计 对不同厂站的设 备通过连接装置的设置完成通讯软件设置 而无需重新编制软件 当变电站扩 容或设备变更时 站端软件调整 维护工作量小 使用方便 3 中心站软件具备灵活 丰富的故障分析功能 可以显示有关电气量的曲线 和相量 当光标在曲线上移动时 可实时显示光标所在位置各电气量的有效值 瞬时值 相角 谐波值等 可对选定的曲线进行叠加 拉伸 压缩 放大 缩 小等显示 4 提供了对故障线路的多种测距算法 有单端测距 双端测距 对侧助增测 距 3 33 3 存在问题商榷存在问题商榷 山西电网故障信息分析处理系统于 2000 年 6 月投入试运行 运行期间经历了十 多次系统故障 故障报告基本完整 但时效性不佳 根据运行情况分析 有一 些问题值得在建设信息系统时引起重视 1 为了确保电网故障时故障数据自动上传的时效性 准确性