电力系统继电保护故障信息采集及处理系统-西南交大毕业论文

论文题目 论文题目 电力系统继电保护故障信息采集及处理系统 学生姓名 学 号 类 型 网络教育 专 业 电气工程及其自动化 层 次 指导教师 日 期 西西南南大大学学网网络络与与继继续续教教育育学学院院 毕 业 论 文 学习中心编号 学习中心名称 目 录 一 绪论 4 一 研究目的与意义 4 二 继电保护研究现状 4 三 继电保护发展趋势 5 二 继电保护装置的原理与构成 7 一 继电保护装置的种类 7 二 继电保护的基本任务及要求 11 三 继电保护基本原理 13 四 继电保护系统的组成 14 三 故障采集及信息处理系统及硬件平台设计 16 一 故障采集及信息处理系统构成 16 二 硬件平台设计 17 三 主站系统的硬件平台 18 四 软件平台设计 19 五 应用功能设计 21 一 主站系统的信息划分 21 二 主站系统的应用功能划分 21 六 结语 25 电力系统继电保护故障信息采集及处理系统 摘 要 本文提出一种电力系统继电保护故障信息采集及处理系统的设计方案 主要 由主站系统 通信网络和子站系统三部分组成 该系统的应用价值和作用主要体 现在主站系统的功能设计上 在综合分析国内外主要继电保护故障信息采集及处 理系统研究的基础上 着重论述了主站系统的硬件 软件平台构架及功能模块的设 计 其中硬件平台由相互独立的主站系统与EMS等现有系统构成 构架的设计充分 考虑了系统的独立性 安全性和可靠性 软件平台的设计分别对两层软件架构与三 层软件架构两种可行的方案进行了比较 并分析其合理性与适用性 功能模块的设 计基于故障信息的合理分类 从故障分析的各个角度对功能模块进行合理划分 最后简要地展望了主站系统的现存问题以及未来的发展趋势 关键词 继电保护 故障录波 故障信息处理 管理信息系统 系统设计 西南大学网西南大学网络络教育学院本科教育学院本科毕业论毕业论文文 4 一 绪论 一 研究目的与意义 近年来 继电保护及故障信息处理系统受到电网调度运行管理部门越来越多的 重视 在故障时 该系统由子站负责搜集保护装置的保护动作信息和故障录波器的 录波信息 通过网络实时传送到主站端 供调度和保护人员及时分析和处理 从而 大大提高了电网故障的分析水平 事故处理效率以及故障信息的管理水平 尤 其是2003年美加 8 14 大停电事故发生后 该系统的作用得到了广泛的关注 它 在电网多点故障和连锁误跳闸的情况下 优先时地上传重要的异常信息到达省网调 度端 从而为调度人员统一调度并对事故进行统一指挥提供了有效的依据 目前 国内对该系统的作用和定位已基本达成一致 但对系统的通信协议 硬件 软件平 台结构布局 功能界定等方面有不同的理解 研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况 以探讨其对策的反事故自动 化措施 因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件 发电机 变压器 输电线路等 使之免遭损害 所以也称继电保护 基本任 务是 当电力系统发生故障或异常工况时 在可能实现的最短时间和最小区域内 自动将故障设备从系统中切除 或发出信号由值班人员消除异常工况根源 以减 轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响 二 继电保护研究现状 随着电网规模的扩大和全国联网的发展 电力系统中投入电网的各种保护 自 动装置 故障录波器等设备越来越多 在出现故障时 这些设备记录了大量的数 据和信息 如何综合利用这些信息来判断故障的元件和性质 故障重演 保护动作 分析和录波分析 已成为分析电力系统事故和辅助调度员进行故障处理的重要课 西南大学网西南大学网络络教育学院本科教育学院本科毕业论毕业论文文 5 题 目前 网络通信技术得到了快速的发展 变电站已经具备了以数据方式向电 网调度中心传输各种信息的能力 如何有效地综合运用这些信息从而提高整体调 度智能信息化水平成为推动电网故障信息系统研制开发的主要动力 三 继电保护发展趋势 微机保护经过近 20 年的应用 研究和发展 已经在电力系统中取得了巨大的 成功 并积累了丰富的运行经验 产生了显著的经济效益 大大提高了电力系统 运行管理水平 近年来 随着计算机技术的飞速发展以及计算机在电力系统继电 保护领域中的普遍应用 新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中 以期取得更好的效果 从而使微机继电保护的研究向更高的层次发展 继电保护 技术未来趋势是向计算机化 网络化 智能化 保护 控制 测量和数据通信一 体化发展 1 计算机化 随着计算机硬件的迅猛发展 微机保护硬件也在不断发展 电力系统对微机 保护的要求不断提高 除了保护的基本功能外 还应具有大容量故障信息和数据 的长期存放空间 快速的数据处理功能 强大的通信能力 与其它保护 控制装 置和调度联网以共享全系统数据 信息和网络资源的能力 高级语言编程等 这 就要求微机保护装置具有相当于一台 pc 机的功能 继电保护装置的微机化 计算 机化是不可逆转的发展趋势 但对如何更好地满足电力系统要求 如何进一步提 高继电保护的可靠性 如何取得更大的经济效益和社会效益 尚需进行具体深入 的研究 2 网络化 计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱 它深刻影 响着各个工业领域 也为各个工业领域提供了强有力的通信手段 到目前为止 除了差动保护和纵联保护外 所有继电保护装置都只能反应保护安装处的电气量 西南大学网西南大学网络络教育学院本科教育学院本科毕业论毕业论文文 6 继电保护的作用主要是切除故障元件 缩小事故影响范围 因继电保护的作用不 只限于切除故障元件和限制事故影响范围 还要保证全系统的安全稳定运行 这 就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据 各个保护单元与 重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作 确保系统的安全稳定运行 显然 实现这种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机 网络联接起来 亦即实现微机保护装置的网络化 3 智能化 随着智能电网的发展 分布式发电 交互式供电模式对继电保护提出了更高 要求 另一方面通信和信息技术的长足发展 数字化技术及应用在各行各业的日 益普及也为探索新的保护原理提供了条件 智能电网中可利用传感器对发电 输 电 配电 供电等关键设备的运行状况进行实时监控 然后把获得的数据通过网 络系统进行收集 整合 最后对数据进行分析 利用这些信息可对运行状况进行 监测 实现对保护功能和保护定值的远程动态监控和修正 另外 对保护装置而 言 保护功能除了需要本保护对象的运行信息外 还需要相关联的其它设备的运 行信息 一方面保证故障的准确实时识别 另一方面保证在没有或少量人工干预 下 能够快速隔离故障 自我恢复 避免大面积停电的发生 保护 控制 测量 数据通信一体化在实现继电保护的计算机化和网络化的 条件下 保护装置实际上就是一台高性能 多功能的计算机 是整个电力系统计 算机网络上的一个智能终端 它可从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和 数据 也可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任 一终端 因此 每个微机保护装置不但可完成继电保护功能 而且在无故障正常 运行隋况下还可完成测量 控制 数据通信功能 亦即实现保护 控制 测量 数据通信 体化 西南大学网西南大学网络络教育学院本科教育学院本科毕业论毕业论文文 7 二 继电保护装置的原理与构成 一 继电保护装置的种类 实现继电保护功能的设备称为继电保护装置 虽然继电保护有多种类型 其装 置也各不相同 但都包含着下列主要的环节 信号的采集 即测量环节 信号 的分析和处理环节 判断环节 作用信号的输出环节 以上所述仅限于组成 电力系统的各元件 发电机 变压器 母线 输电线等 的继电保护问题 而各 国电力系统的运行实践已经证明 仅仅配置电力系统各元件的继电保护装置 还 远不能防止发生全电力系统长期大面积停电的严重事故 为此必须从电力系统的 全局和整体出发 研究故障元件被相应继电保护装置动作而切除后 系统将呈现 何种工况 系统失去稳定时将出现何种特征 如何尽快恢复系统的正常运行 这 些正是系统保护所需研究的内容 系统保护的任务就是当大电力系统正常运行被 破坏时 尽可能将其影响范围限制到最小 负荷停电时间减小到最短 大电力系统的安全稳定运行 首先必须建立在电力系统的合理结构布局上 这是系统规划设计和运行调度工作中必须重视的问题 在此基础上 系统保护的 合理配置和正确整定 同时配合系统安全自动装置 如解列装置 自动减负荷 切水轮发电机组 快速压汽轮发电机出力 自动重合闸 电气制动等 达到电 力系统安全运行的目的 鉴于机 炉 电诸部分构成电力生产中不可分割的整体 任一部分的故障均 将影响电力生产的安全 特别是大机组的不断增加和系统规模的迅速扩大 使大 电力系统与大机组的相互影响和协调问题成为电能安全生产的重大课题 电力系 统继电保护和安全自动装置的配置方案应考虑机 炉设备的承受能力 机 炉设 备的设计制造也应充分考虑电力系统安全经济运行的实际需要 为了巨型发电机组的安全 不仅应有完善的继电保护装置 还应积极研究和 西南大学网西南大学网络络教育学院本科教育学院本科毕业论毕业论文文 8 推广故障预测技术 以期实现防患于未然 进一步提高大机组的安全可靠性 继电保护装置的种类主要有以下几种 1 电流保护 按照保护的整定原则 保护范围及原理特点 A 过电流保护 是按照躲过被保护设备或线路中可能出现的最大负荷电流来 整定的 如大电机启动电流 短时 和穿越性短路电流之类的非故障性电流 以 确保设备和线路的正常运行 为使上 下级过电流保护能获得选择性 在时限上 设有一个相应的级差 B 电流速断保护 是按照被保护设备或线路末端可能出现的最大短路电流或 变压器二次侧发生三相短路电流而整定的 速断保护动作 理论上电流速断保护 没有时限 即以零秒及以下时限动作来切断断路器的 过电流保护和电流速断保护常配合使用 以作为设备或线路的主保护和相邻 线路的备用保护 C 定时限过电流保护 在正常运行中 被保护线路上流过最大负荷电流时 电流继电器不应动作 而本级线路上发生故障时 电流继电器应可靠动作 定时 限过电流保护由电流继电器 时间继电器和信号继电器三元件组成 电流互感器 二次侧的电流继电器测量电流大小 时间继电器设定动作时间 信号继电器发出 动作信号 定时限过电流保护的动作时间与短路电流的大小无关 动作时间是 恒定的 人为设定 D 反时限过电流保护 继电保护的动作时间与短路电流的大小成反比 即短 路电流越大 继电保护的动作时间越短 短路电流越小 继电保护的动作时间越 长 在 10KV 系统中常用感应型过电流继电器 GL 型 E 无时限电流速断 不能保护线路全长 它只能保护线路的一部分 系统运 行方式的变化 将影响电流速断的保护范围 为了保证动作的选择性 其起动电 流必须按最大运行方式 即通过本线路的电流为最大的运行方式 来整定 但这 西南大学网西南大学网络络教育学院本科教育学院本科毕业论毕业论文文 9 样对其它运行方式的保护范围就缩短了 规程要求最小保护范围不应小于线路全 长的 15 另外 被保护线路的长短也影响速断保护的特性 当线路较长时 保 护范围就较大 而且受系统运行方式的影响较小 反之 线路较短时 所受影响 就较大 保护范围甚至会缩短为零 2 电压保护 按照系统电压发生异常或故障时的变化而动作的继电保护 A 过电压保护 防止电压升高可能导致电气设备损坏而装设的 雷击 高 电位侵入 事故过电压 操作过电压等 10KV 开闭所端头 变压器高压侧装设避 雷器主要用来保护开关设备 变压器 变压器低压侧装设避雷器是用来防止雷电 波由低压侧侵入而击穿变压器绝缘而设的 B 欠电压保护 防止电压突然降低致使电气设备的正常运行受损而设的 C 零序电压保护 为防止变压器一相绝缘破坏造成单相接地故障的继电保护 主要用于三相三线制中性点绝缘 不接地 的电力系统中 零序电流互感器的一 次侧为被保护线路 如电缆三根相线 铁芯套在电缆上 二次绕组接至电流继 电器 电缆相线必须对地绝缘 电缆头的接地线也必须穿过零序电流互感器 原 理 正常运行及相间短路时 一次侧零序电流为零 相量和 二次侧内有很小 的不平衡电流 当线路发生单相接地时 接地零序电流反映到二次侧 并流入电 流继电器 当达到或超过整定值时 动作并发出信号 变压器零序电流互感器 串接於零线端子出线铜排 3 瓦斯保护 油浸式变压器内部发生故障时 短路电流所产生的电弧使变压器 油和其它绝缘物产生分解 并产生气体 瓦斯 利用气体压力或冲力使气体继 电器动作 故障性质可分为轻瓦斯和重瓦斯 当故障严重时 重瓦斯 气体继电 器触点动作 使断路器跳闸并发出报警信号 轻瓦斯动作信号一般只有信号报警 而不发出跳闸动作 西南大学网西南大学网络络教育学院本科教育学院本科毕业论毕业论文文 10 变压器初次投入 长途运输 加油 换油等原因 油中可能混入气体 积聚 在气体继电器的上部 玻璃窗口能看到油位下降 说明有气体 遇到此类情况 可利用瓦斯继电器顶部的放气阀 螺丝拧开 放气 直至瓦斯继电器内充满油 考虑安全 最好在变压器停电时进行放气 容量在 800KVA 及以上的变压器应装 设瓦斯保护 4 差动保护 这是一种按照电力系统中 被保护设备发生短路故障 在保护中 产生的差电流而动作的一种保护装置 常用做主变压器 发电机和并联电容器的 保护装置 按其装置方式的不同可分为 A 横联差动保护 常用作发电机的短路保护和并联电容器的保护 一般设备 的每相均为双绕组或双母线时 采用这种差动保护 B 纵联差动保护 一般常用作主变压器的保护 是专门保护变压器内部和外 部故障的主保护 5 高频保护 这是一种作为主系统 高压长线路的高可靠性的继电保护装置 目前我国已建成的多条 500KV 的超高压输电线路就要求使用这种可行性 选择性 灵敏性和动作迅速的保护装置 高频保护分为相差高频保护 方向高频保护 相 差高频保护的基本原理是比较两端电流的相位的保护 规定电流方向由母线流向 线路为正 从线路流向母线为负 就是说 当线路内部故障时 两侧电流同相位 而外部故障时 两侧电流相位差 180 度 方向高频保护的基本工作原理是 以比 较被保护线路两端的功率方向 来判别输电线路的内部或外部故障的一种保护装 置 6 距离保护 这种继电保护也是主系统的高可靠性 高灵敏度的继电保护 又 称为阻抗保护 这种保护是按照长线路 故障点不同的阻抗值而整定的 7 平衡保护 这是一种作为高压并联电容器的保护装置 继电保护有较高的灵 敏度 对于采用双星形接线的并联电容器组 采用这种保护较为适宜 它是根据 西南大学网西南大学网络络教育学院本科教育学院本科毕业论毕业论文文 11 并联电容器发生故障时产生的不平衡电流而动作的一种保护装置 8 负序及零序保护 这是作为三相电力系统中发生不对称短路故障和接地故障 时的主要保护装置 9 方向保护 这是一种具有方向性的继电保护 对于环形电网或双回线供电的 系统 某部分线路发生故障时 而故障电流的方向符合继保护整定的电流方向 则保护装置可靠地动作 切除故障点 二 继电保护的基本任务及要求 1 电力系统继电保护的基本任务是 1 自动 迅速 有选择性地将故障元件从电力系统中切除 使故障元件免于 继续遭到破坏 保证其他无故障部分迅速恢复正常运行 2 反应电气元件的不正常运行状态 并根据运行维护的条件 如有无经常值班 人员 而动作于信号 以便值班员及时处理 或由装置自动进行调整 或将那些继 续运行就会引起损坏或发展成为事故的电气设备予以切除 此时一般不要求保护 迅速动作 而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时 以免暂短 地运行波动造成不必要的动作和干扰而引起的误动 3 继电保护装置还可以与电力系统中的其他自动化装置配合 在条件允许时 采取预定措施 缩短事故停电时间 尽快恢复供电 从而提高电力系统运行的可 靠性 2 电力系统继电保护的基本要求是 继电保护装置为了完成它的任务 必须在技术上满足选择性 速动性 灵敏 性和可靠性四个基本要求 对于作用于继电器跳闸的继电保护 应同时满足四个 基本要求 而对于作用于信号以及只反映不正常的运行情况的继电保护装置 这 四个基本要求中有些要求可以降低 1 选择性 西南大学网西南大学网络络教育学院本科教育学院本科毕业论毕业论文文 12 选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时 其继电保护仅将故障 的设备或线路从电力系统中切除 当故障设备或线路的保护或断路器拒动时 应 由相邻设备或线路的保护将故障切除 2 速动性 速动性是指继电保护装置应能尽快地切除故障 以减少设备及用户在大电流 低电压运行的时间 降低设备的损坏程度 提高系统并列运行的稳定性 3 一般必须快速切除的故障有 1 使发电厂或重要用户的母线电压低于有效值 一般为 0 7 倍额定电压 2 大容量的发电机 变压器和电动机内部故障 3 中 低压线路导线截面过小 为避免过热不允许延时切除的故障 4 可能危及人身安全 对通信系统造成强烈干扰的故障 故障切除时间包括保护装置和断路器动作时间 一般快速保护的动作时间为 0 04s 0 08s 最快的可达 0 01s 0 04s 一般断路器的跳闸时间为 0 06s 0 15s 最快的可达 0 02s 0 06s 对于反应不正常运行情况的继电保护装置 一般不要求快速动作 而应按照 选择性的条件 带延时地发出信号 3 灵敏性 灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况 时 保护装置的反应能力 能满足灵敏性要求的继电保护 在规定的范围内故障时 不论短路点的位置 和短路的类型如何 以及短路点是否有过渡电阻 都能正确反应动作 即要求不 但在系统最大运行方式下三相短路时能可靠动作 而且在系统最小运行方式下经 过较大的过渡电阻两相或单相短路故障时也能可靠动作 系统最大运行方式 被保护线路末端短路时 系统等效阻抗最小 通过保护 西南大学网西南大学网络络教育学院本科教育学院本科毕业论毕业论文文 13 装置的短路电流为最大运行方式 系统最小运行方式 在同样短路故障情况下 系统等效阻抗为最大 通过保 护装置的短路电流为最小的运行方式 保护装置的灵敏性是用灵敏系数来衡量 4 可靠性 可靠性包括安全性和信赖性 是对继电保护最根本的要求 安全性 要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作 即不发生误动 信赖性 要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动 作 即不拒动 继电保护的误动作和拒动作都会给电力系统带来严重危害 即使对于相同的电力元件 随着电网的发展 保护不误动和不拒动对系统的 影响也会发生变化 以上四个基本要求是设计 配置和维护继电保护的依据 又是分析评价继电 保护的基础 这四个基本要求之间是相互联系的 但往往又存在着矛盾 因此 在实际工作中 要根据电网的结构和用户的性质 辩证地进行统一 三 继电保护基本原理 继电保护装置必须具有正确区分被保护元件是处于正常运行状态还是发生了 故障 是保护区内故障还是区外故障的功能 保护装置要实现这一功能 需要根 据电力系统发生故障前后电气物理量变化的特征为基础来构成 电力系统发生故障后 工频电气量变化的主要特征是 1 电流增大 短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电流将 由负荷电流增大至大大超过负荷电流 2 电压降低 当发生相间短路和接地短路故障时 系统各点的相间电压或相 电压值下降 且越靠近短路点 电压越低 西南大学网西南大学网络络教育学院本科教育学院本科毕业论毕业论文文 14 3 电流与电压之间的相位角改变 正常运行时电流与电压间的相位角是负荷 的功率因数角 一般约为 20 三相短路时 电流与电压之间的相位角是由线路的 阻抗角决定的 一般为 60 85 而在保护反方向三相短路时 电流与电压之间 的相位角则是 180 60 85 4 测量阻抗发生变化 测量阻抗即测量点 保护安装处 电压与电流之比值 正常运行时 测量阻抗为负荷阻抗 金属性短路时 测量阻抗转变为线路阻抗 故障后测量阻抗显著减小 而阻抗角增大 不对称短路时 出现相序分量 如两相及单相接地短路时 出现负序电流和 负序电压分量 单相接地时 出现负序和零序电流和电压分量 这些分量在正常 运行时是不出现的 利用短路故障时电气量的变化 便可构成各种原理的继电保护 此外 除了上述反应工频电气量的保护外 还有反应非工频电气量的保护 四 继电保护系统的组成 一般情况而言 整套继电保护装置由测量元件 逻辑环节和执行输出三部分 组成 1 测量比较部分 测量比较部分是测量通过被保护的电气元件的物理参量 并与给定的值进行 比较 根据比较的结果 给出 是 非 性质的一组逻辑信号 从而判断保护装置是 否应该启动 2 逻辑部分 逻辑部分使保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围 最后确定是 应该使断路器跳闸 发出信号或是否动作及是否延时等 并将对应的指令传给执 行输出部分 3 执行输出部分 西南大学网西南大学网络络教育学院本科教育学院本科毕业论毕业论文文 15 执行输出部分根据逻辑传过来的指令 最后完成保护装置所承担的任务 如 在故障时动作于跳闸 不正常运行时发出信号 而在正常运行时不动作等 西南大学网西南大学网络络教育学院本科教育学院本科毕业论毕业论文文 16 三 故障采集及信息处理系统及硬件平台设计 一 故障采集及信息处理系统构成 电网继电保护及故障信息处理系统是由子站系统 主站系统和连接二者的通 信网络构成 系统的总体结构如图 1 所示 子站系统的主要任务是负责采集变电 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 子站系统安装于厂站现场 采用分布式结构 一般包含 多个子站 每个子站一般由一台保护管理机或集控中心来完成站内装置信息的采集 和通信 主站系统的主要任务是基于子站上传的信息进行故障告警 故障分析 故障 处理 信息的归档和统计等 主站系统采用分布式的 C S 结构 主要应用于地调或 省调 通信网络负责信息的远程传输 一般采用以电力数据专线网 SPDnet 为主 公众电话交换网 PSTN 为辅的广域网通信方式 从整个系统看 子站系统侧重于 信息的采集和通信 而主站系统侧重于信息的分析 处理和管理 目前 由于高压 电网的厂站内各种智能装置新旧不一 类型多样 装置的通信协议往往各自独立 西南大学网西南大学网络络教育学院本科教育学院本科毕业论毕业论文文 17 子站系统需要解决如何将这些装置连接到保护管理机并进行数据通信 数据统一 和数据同步的问题 从应用的角度上看 子站获得各种装置的信息是一定的 整个 系统的作用主要体现在主站系统上 因此 主站系统的平台结构和功能界定对于整 个系统功能的发挥具有重要作用 二 硬件平台设计 在硬件平台的设计中 需要充分考虑以下三个方面 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 EMS等侧 重于电网正常运行时的实时监视和控制 因此 主站系统与EMS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 采用冗余设计 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信 同时 通信服务器最好采用UNIX操作系统和基于UNIX的底层通信服务 因为UNIX具有 Windows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 站系统的大多应用属于二级安全区的非控制生产区 而Web信息发布的应用应属于 三级安全区的生产管理区 根据安全等级和防护水平的要求 主站系统的二级安全 区与三级安全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 等措施 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 西南大学网西南大学网络络教育学院本科教育学院本科毕业论毕业论文文 18 式来保证数据安全 三 主站系统的硬件平台 考虑到主站系统的以上特点 主站系统的局域网硬件平台构架如图2所示 西南大学网西南大学网络络教育学院本科教育学院本科毕业论毕业论文文 19 四 软件平台设计 主站系统的软件平台功能要求完成与子站的通信 并把故障时子站上传的信息 存人数据库 同时提供各种应用功能模块供主站用户及时地进行故障分析 处理及 日常业务管理 因此 主站软件系统中的通信服务层 应用服务层和数据库三大模 块是必需的 主站系统软件平台有如下两种设计方案 方案1 采用通信服务层和应用服务层2层软件体系结构 直接操作数据库 如 图3所示 该方案结构简单 易于实现 方案2 采用3层软件体系结构 即在方案1的基础上 把通信服务层和应用服 务层中的数据访问逻辑独立出来构成数据访问服务层 如图4所示 西南大学网西南大学网络络教育学院本科教育学院本科毕业论毕业论文文 20 方案2有以下特点 主站软件系统的可移植性大大增强 目前不同地区的主站 系统往往采用不同类型的数据库 针对不同的数据库环境 方案2只需对数据访间 控制层进行修改 而方案1中的通信服务层和应用服务层的所有模块都需要更改 维护量很大 主站系统的用户级别访问控制更灵活 主站系统的用户包括保护 调度 安检和系统管理员等 不同用户具有不同的权限 这些权限在数据访问层更 容易实现跟踪和控制 而且 该层也便于维护不同用户对公共数据的一致性 大大 简化了主站用户的计算机系统对数据库客户端环境的依赖 当然 这一方案必须保 证数据访问服务层具有足够高的可靠性和稳定性 综上分析 方案2比方案1更加合理 也体现了软件设计的可复用性 两种方案 均适用于主站系统二级安全区和三级安全区 但考虑到二级安全区集中了主站系统 的大多数应用 宜采用方案2 而三级安全区主要是Web应用 可以采用方案1 二 级安全区和三级安全区通过各自的通信服务层来通信 以保持两个区的公共数据的 一致性 西南大学网西南大学网络络教育学院本科教育学院本科毕业论毕业论文文 21 五 应用功能设计 一 主站系统的信息划分 主站系统所处理的信息都来源于各个子站 从时间上可以划分为电网正常时的 信息和电网故障时的信息 此外 还可以按照不同的角度对这些信息进行划分 1 按照信息的来源不同 分为 来自录波器的录波文件列表和录波文件 来自 微机保护装置的开关变位信息 保护动作信息 故障简报等 来自其他采集装置的 状态信息等 2 按照信息的类型不同 分为开关量信息 开关信息 保护动作信息等 和 模拟量信息 电压 电流等 3 按照信息的意义不同 分为动作类 状态类 自检类等 d 按照故障时信 息到达主站时间的优先不同 依次分为 故障简报 保护动作信息 开关变位信息 保护的录波数据等 故障录波器的录波信息等 4 按照获得信息的方式不同 分为主站召唤的信息和子站上传的信息 另外 主站系统还可以允许用户对到达主站的信息自定义分类 例如分为重点信息 一般 信息和次要信息等 以方便用户识别重要信息 主站系统的应用都是基于以上信息 进行信息管理和故障分析的 不同的信息分类方式直接关系到应用功能模块的设计 二 主站系统的应用功能划分 主站系统的作用主要定位于电网发生故障后实时 准实时的故障通知并进行故 障判断 分析 处理和决策等 以及电网正常运行时对二次系统本身 而不是对一 次电网 的实时监视 管理和控制 目前 由于继电保护及故障信息处理系统还处 西南大学网西南大学网络络教育学院本科教育学院本科毕业论毕业论文文 22 于推广和发展阶段 对于主站系统的应用功能划分还没有形成统一的看法 在对江 苏和福建两省的主站系统实施过程中 在充分了解用户需求的基础上 结合对系统 的理解 我们对主站系统的应用功能按以下方法进行划分 并已在实际系统中实现 和应用 1 电网正常时 主站系统允许用户将定值库中的定值与主站召唤得到的现场 保护装置的实际运行定值进行核对 系统提供了与继电保护整定计算系统的接口 允许保护人员根据整定计算生成的定值单按照用户定制的流程 确认后在用户权限 许可下 可远程下发修改运行定值命令给子站 达到修改定值的目的 及早消除潜在 的隐患 允许用户对厂站内装置的历史信息和运行信息进行查询和统计 包括装置 的运行定值 模拟量测量值 开关量状态等 而且可以按地区 变电站 线路和保 护装置来分级索引 主站系统还可以通过采用特定算法来分析 比较各套保护的模 拟量测量值和监视装置的自检信息 录波器的运行状态信息等 达到监视电网二次 设备运行状态的目的 2 故障时 主站系统实时收到子站自动上传的故障信息后立即告警 告警方 式可以有图形告警 列表告警和多媒体告警等 图形告警会在电网地理接线图或 站内主接线图的相关故障设备上闪烁告警 列表告警会以列表方式突出提示故障简 要信息 实际系统中 考虑到子站上传的信息由于录波通道配置信息不规范化和冗余信 息 膨胀 告警的同时还进行了信息预处理 包括信息过滤配置 信息规范化 对信息加以分类从而识别和剔除误传信息等 以方便后续的故障诊断和故障分析基 于有效信息进行 3 故障发生后 主站系统必须提供各种完整分析模块 最大化地利用所有的 信息帮助用户全面分析故障 波形分析模块能分析录波文件 显示各个通道数据的 波形 并可进行谐波 相量图 序分量 功率以及高频信号 开关信号等的分析 西南大学网西南大学网络络教育学院本科教育学院本科毕业论毕业论文文 23 故障诊断专家系统模块帮助用户定位故障元件 并分析哪些保护误动 拒动或是正 确动作 故障测距模块提供多种单端和双端测距算法 精确定位线路故障地点 针 对线路两端录波数据不完全同步的情况 系统提供了基于电压模值稳定和基于不同 步角计算的非同步双端测距算法进行测距 还可以辅助以过零点 突变量 人工调 节等多种原理性和可视化的同步手段 使同步误差限制在一个采样点以内 进而利 用同步测距算法 提高双端测距的准确性 动作行为分析模块通过分析保护的动作 原理并用实际测量值验算动作方程来分析保护动作的行为 可以帮助用户找到保护 误动 拒动是否是整定值不适合所引起 或者是保护本身原理的缺陷所引起 4 故障开始后 子站系统按照信息的优先权来分批传送各类故障信息 主站 系统对故障的处理过程是按照信息到达主站的时间先后进行逐级分析 并最终形成 完整的故障分析报告 整个过程是分时间 分层次的 这样处理将方便调度分析人 员逐步认清故障的性质和原因 分析故障过程兼顾了快速判断和全面分析的效果 其关系如图5所示 5 故障分析结束后 主站系统应该提供故障信息归档人库 生成完整故障报 西南大学网西南大学网络络教育学院本科教育学院本科毕业论毕业论文文 24 告 生成检修报告等工具 并可以通过Web发布故障信息 提供录波数据文件供下 载等 综上分析 应用功能模块划分如图6所示 西南大学网西南大学网络络教育学院本科教育学院本科毕业论毕业论文文 25 六 结语 本文对电网继电保护故障采集与信息处理系统进行了全面论述 重点分析了主 站系统的硬件 软件平台构架及高级应用功能的设计 并分析了主站系统的安全可 靠性和合理性 从实际应用效果和发展趋势来看 该系统在以下几个方面还有待进 一步解决 1 目前 子站系统与主站系统处理故障录波文件采用了全文传送的方式 当 多点故障时因为文件数据庞大而通信带宽有限造