【电力系统继电保护故障信息采集及处理研究7700字（论文）】

电力系统继电保护故障信息采集及处理研究目录TOC\o"1-3"\h\u3641绪论 1263602继电保护装置 1309202.1继电保护装置的种类 193912.2继电保护基本原理 4171212.3继电保护系统的组成 5288753故障采集及信息处理系统 5171523.1故障采集及信息处理系统构成 561953.2硬件平台设计 6220323.2.1硬件平台设计考虑因素 6167133.2.2主站系统的硬件平台 7147523.3软件平台设计 7269494应用功能设计 8318174.1应用分类 8229364.1.1智能化特性的应用 8189504.1.2继电保护系统的网络化应用 9157054.2主站系统的信息划分 9154824.3主站系统的应用功能划分 1032506总结 1222076参考文献 141绪论近几年来，继电保护和故障数据处理系统越来越受到电网输电管理部门的关注。发生故障的时候，子站负责采集保护装置的保护动作数据与故障录波器的录波数据，并经过网络实时传输到主站进行第一时间分析处理，显著增强了电网故障分析水平、解决事故的效率和故障数据管理。特别是2003年美国和加拿大出现“8·14”大断电事故后，此系统的运行受到了各个领域的关注。如今，国内对此系统的功能与定位已经几乎达成统一，可是对该系统的通信协议等还存在不一样的看法。研究变电站故障与严重威胁运行安全的异常工况，来讨论其对策的反事故自动化举措。因为在其发展阶段，无触点继电器主要用于保护变电站和它的组件(发电机等)。避免其遇到损坏，因此也叫继电保护。基本目标是:在变电站出现故障或不正常运行情况时，在尽可能短的时间内与尽可能小的范围里，自动把有缺陷的装置从系统里移除，或者向值班的工作人员发送信号，指出异常运行模式的根本原因并消除，来降低其影响。2继电保护装置2.1继电保护装置的种类完成继电保护作用的装置叫做继电保护设备。尽管继电保护有各种种类,继电保护设备也各不相同,但都包含着下列主要的环节：①信号的采集，就是测量程序；②分析信号和处理环节；③判断环节；④作用信号的输出环节。上列讲述的只局限在构成变电站的各个组件的继电保护问题，每个国家变电站的运行经验已证实，只装变电站各组件的继电保护，还远远不能够阻止出现全变电站长时间大范围停电的重大故障。因此需要由全局出发，由整个变电站出发，用相应的继电保护装置切除故障元件后，研究系统的运行状况，系统在不稳定时会有什么特性，怎么尽快复原系统顺利运转。以上都是为保护系统而要探索的。系统保护的目标是大型变电站的稳定运转被损坏的时候，把影响控制在最小的范围，且尽力短的减低负荷的断电。大型变电站的正常运转首先要通过合理的变电站结构布局来保证，这是在系统设计、运行规划与调度里需要考虑的事情。基于此，合理配置和正确整定系统保护，同一时间与系统安全自动化配合，实现变电站顺利运转的目标。考虑到机、炉、电等是发电不能或缺的组成部分，任意部分出现故障都会影响发电安全，尤其是大机组的一直增长与系统规模的快速变大，大变电站与大机组的互相影响与协调已经成为电力安全生产的一大难题。变电站继电保护与安全自动装置的配置方案要思考机、炉设备的接受水平，设备的设计生产也要全面的考虑变电站安全经济运行的实际需要。对于巨型发电机组的安全，不只是要有健全的继电保护设备，还要积极探索与普及预测故障技术，做到有备无患，以此加强大型发电机组的安全性和可靠性。继电保护装置的类型重点涵盖下列几种：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——设置以避免受保护设备或线路里可能产生的最大负载电流。比如大电机启动电流等非故障电流，来保证设备与线路的顺利运转。实现上下过流保护的选择性，在时间限制内有对应的级差。B、速断保护——根据被保护设备可能产生的最大短路电流出现三相短路电流而整定的。速断保护功能，理论上电流速断保护不受时间控制。因此断路器在零秒或更短时间内被切断。过电流保护与电流速断保护经常组合应用，来当作设备的主保护与相邻线路的备用保障。C、定时限过电流保护——在顺利运转里，当被保护线路通过最大负载电流的时候，功率继电器不应工作，当线路发生这一级别的故障时，电流继电器应可靠动作；它是三个元件来构成的:电流继电器、时间继电器与信号继电器；定时限过电流保护的动作时间和短路电流的强弱没有关系，动作时间是不变的；。D、反时限过电流保护——继电保护的动作时间和短路电流的强弱形成反比，就是短路电流愈强，继电保护的时间愈短；短路电流愈弱，继电保护的时间愈长。于10KV系统经常使用的感应型过电流继电器。E、无时限电流速断——它无法保护整条线路，仅可以保护部分线路。系统工作方式的改变会影响电流速断的保护范畴。然而，对于其他模式缩短了保护范畴，规章要求最小保护范畴不可以小于线路总长度的15%。此外，被保护线路的长度也影响速断保护的特性。在线路比较长的时候，保护范畴更大，受系统运转模式的影响更小。相反，线路愈短影响愈大，保护范畴乃至于可以减小到零。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——安装以阻止因为电压增加而破坏电气设备。10KV开闭所端头、变压器高压侧装设避雷器，重点运用在保护开关、变压器；安装在变压器低压侧的避雷罩用于阻止雷电波，其设计目的是由于雷电波穿透低压侧而击穿变压器的绝缘。B、欠电压保护——阻止电压一下子降低使得电气设备的顺利运转遭受损失而设的。C、零序电压保护——为阻止变压器一相绝缘破坏形成单相接地故障的继电保护。重点用在三相三线制中性点零点绝缘的变电站。零序电流互感器一次侧是被保护线路，铁芯外包在电缆上，二次线组连接在电流继电器；电缆的相线应与地绝缘，接地线电缆的末端也应穿过零序电流互感器；原理:在顺利运转和相间短路期间，一次侧的零序电流是零，而在二次侧内有一个小的不对称电流。在线路出现单相接地的时候，接地的零序电流反映在二次侧，电流继电器的电流实现或超过设定值，继电器工作并产生信号。3.瓦斯保护：当油浸式变压器内部出现故障的时候，短路电流造成的电弧让变压器分解油等绝缘材料，且造成气体，运用气体压力或脉冲让气体继电器动作。故障性质能够区别成轻瓦斯与重瓦斯，在故障严重的时候，继电器的触点断路器且出现警告。轻瓦斯操作信号通常仅有信号报警，不触发跳闸功能。由于变压器初次调试、加油等因素。气体可能与油混合并积聚在气体继电器的顶部。瓦斯继电器的上部可用于释放空气，一直到瓦斯继电器充满油。出于安全思考，最好在停电时给变压器放电。容量为800KVA或更大的变压器应该配备瓦斯保护。4.差动保护：这是一种保护装置，当变电站发生短路故障时，根据被保护装置保护中产生的差动电流动作。通常用作主变压器、发电机和并联电容器的保护设备，可分为：A、横联差动保护——它通常用于发电机的短路保护与并联电容器的保护。通常情况下，当装置的每相都是双绕组的时候，使用此差动保护。B、纵联差动保护——通常用在主变压器的保护，是专门保护变压器内部与外部故障的主保护。2.2继电保护基本原理继电保护设备的作用是精准区分被保护元件是在顺利运转模式，还是在保护区内或区外有故障。为了达到该功能，保护设备必须基于变电站故障前后的电气和物理变化的特征来构造。变电站出现故障后，工频电气量变化的重点特征是：1)电流变大。在发生短路时，故障点和电源间的电气设备与输电线路的电流从负载电流增加到超越负载电流。2)电压降低。在出现相间短路与接地短路的时候，系统各点间的相间电压降低，越临近短路点，电压愈低。3)电流和电压间的相位角发生变化。顺利运转的时候，电流和电压之间的相角为负载功率因数角，通常是20°左右。在三相短路的情况下，电流和电压间的相角是线路的阻抗角确立时，通常是60°～85°，反方向保护三相短路的时候，电流和电压间的相角为180+(60°~85°)。4)测量阻抗出现变化。测量阻抗就是测量点的电压和电流之比。顺利运转的时候，测量阻抗是负载阻抗，当金属短路的时候，测得的阻抗变成了故障后的线路阻抗，所以测得的阻抗明显下降，阻抗角变大。发生不对称短路到时候，会出现相序分量。比如两相和单相接地短路的时候，产生负电流与负电压分量；单相接地的时候，显示负序与零序电流与电压分量。这些零件在顺利运转的时候是不存在的。通过运用短路期间电气量的转变，可以形成不同的继电保护原理。2.3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，且和给定的值开展对比，按照对比的成果，给出“是”“非”性质的逻辑信号，以此辨别保护装置是不是需要开启。2.逻辑部分逻辑部分使保护装置按照相应的逻辑关系确定故障的种类与范围，最终决定断路器是不是需要触发信号等。且把相应的命令发送到实现的输出端。3.执行输出部分逻辑部分让保护装置按照相应的逻辑关系确定故障的种类与程度，最终决定断路器是不是需要触发信号等。且把相应的命令发送到实现的输出端。3故障采集及信息处理系统3.1故障采集及信息处理系统构成电网继电保护和故障数据处理系统是子站系统、主站系统与连接二者的通信网络构成。系统的整体构造如图1表示。子站系统的重点任务是搜集变电站上的微机保护装置、故障录波器和每个电子智能装置的数据，且将数据标准化后传输到主站系统。子站系统安装在厂站现场，运用分布式架构，通常涵盖几个子站。各个子站通常有一个安全管理机或一个集中控制中心用于获取站内数据与通信设备信息。系统构架如图1表示。图1系统结构主站系统的重要目的是根据子站传输的数据开展故障报警、故障分析、故障处理等。主站系统运用分布式C/S构造，重点用在地调等。通常运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,而主站系统注重数据的解析、处理以及管理。因为如今高压电网厂站中智能设备的新旧种类繁多，设备之间的通信协议通常是独立的，子站系统应解决怎么把这些设备连接至保护管理机且开展数据传输、集成与同步的问题；由应用的层面而言，子站接收不同设备的信息是肯定的，整个系统的功能重点表现在主站系统中。所以，主站系统的平台构造与功能规范对系统的运行起着关键的功能。3.2硬件平台设计3.2.1硬件平台设计考虑因素1.主站系统的独立性主站系统偏向电网故障后的及时对故障进行处理与故障解析，EMS等偏向电网顺利运转时的实时监控。所以主站系统和EMS等系统需要是互相独立的，因此要使用比较独立的硬件平台，躲避各个系统间的阻挠。2.主站系统的可靠性电网故障的突然性要求主站系统一定要有高度可靠，来确保在发生故障时对故障数据可靠的传输。因此使用冗余结构，并将两个服务器设置为主/备用数据业务服务器，每个通信服务器都能够经过网络或电力线数据网络和子站系统通信。同一时间，最好在通信服务器上使用UNIX操作系统与基于UNIX的通信服务，因UNIX拥有Windows独一无二的可靠安全。3.2.2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。图2主站系统硬件平台构架3.3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,且把故障中上传子站的数据存储在数据库中，并向主站的用户提供不同的应用功能模块，以便他们能够第一时间分析故障、处理和日常业务管理。所以，主软件系统的三个模块:通信服务层、应用服务层与数据库是必不可少的。主站系统软件平台有下列两个方案:方案1:通信服务层与应用服务层的两层软件架构被直接部署来访问数据库。例如图3表示，简单且方便达成。图3主站系统软件平台构架(方案1)方案2:引入三层软件架构，就是基于图1，通信服务层与应用服务层的数据访问逻辑独立，形成数据访问服务层。例如图4表示。图4主站系统软件平台构架(方案2)方案2涵盖下列特征:主站软件系统的可移植性已经大大提高。如今，各个地区的主机站系统通常使用不一样种类的数据库。在各式数据库环境下，方案2只要修改数据访问控制层，而在方案1里，通信服务层与应用服务层的每个模块都必须修改，维护量大。主站系统用户涵盖安检等。各种用户有不一样的访问权，在信息流层更易跟踪与管理。此外，这一层还使得维护各个用户之间公共数据的统一变得更加容易。它很大的将主站用户计算机系统对数据库客户机环境的依赖简化。这种解决方案一定要确保接入服务层的可靠性与稳定性足够高。总之，方案2比方案1更合适，也反映了软件设计的可重用性。两种模型都合适主站系统的二层安全区与三层安全区，但鉴于二层安全区聚集了主站系统的大部分应用，应引入方案2，三层安全区重点是网络运用，能够运用方案1。二级安全区与三级安全区由相应的通信服务层进行通信，来保持两个区域中公共信息的统一。4应用功能设计4.1应用分类4.1.1智能化特性的应用随着如今科学技术的进步，把科学技术运用在电力发展已然是必然趋势。在科学技术浪潮的推动下，机电保护技术进一步转变到智能化发展。由曾经的经验能够知道，短路情况是各种各样的，短路的因素更是多种多样。在如今高科技的继电保护故障数据解析处理系统里，能够在短期里达成自动检测问题，节省了应变时间，也减少了停电对装置公司运转的影响。4.1.2继电保护系统的网络化应用继电保护系统的使用要用计算机网络当作基础。网络技术一方面为继电保护系统供应了更广泛的运行检查，另一方面也为其发展提供了更广泛的动力支持。这也是继电保护开放发展的前提。经过使用互联网建立继电保护网络，该网络可以存储不同类别的信息和数据，并使用数字化和计算程序分析电网运行中的潜在问题。4.2主站系统的信息划分主站系统处理的数据来自不同的子站，能够分为电网无异时的数据与电网故障时的数据。另外，数据还能够根据各种的视角进行区分。（1）根据数据来源的不一样区分成:录波器文件列表与录波器文件。源于别的收集装置的状态信息等。（2）根据数据的种类不一样,区分成开关量信息与模拟量信息。（3）根据数据的意义不一样,区分成自检类等。d.根据故障的时候信息达到主站时间的优先不一样,依次区分为:故障简报,保护动作信息等,故障录波器的录波信息等。（4）根据取得数据办法的不一样，区分成主站调用的信息与子站传输的信息。此外，主机站系统还能够允许用户修改到达主机站的数据的分类，比如关键数据等，以便用户可以辨识重要数据。主站系统的使用在以上数据管理与故障分析数据的基础上。各种数据划分方法直接联系到应用功能模块的设计。4.3主站系统的应用功能划分主站系统的功能重点在于电网故障后的实时/近实时故障报告，以及故障评估、分析等。还有电网顺利运转时对二次系统本身的实时监视、管理与控制。如今，因为继电保护和故障数据处理系统仍在普及与进步时期，主站系统的应用功能区分成还未产生统一的看法。在江苏省与福建省主站系统的执行中，在充分认识用户需求与理解系统的基础上，我们按照下列方法对主站系统的应用功能进行了划分，且在实际系统中达成与使用。（1）在电网正常时，主站系统允许用户把定值库里的定值和主站召唤获得的现场保护设备的真实运转定值开展核对;系统供应了和继电保护整定计算系统的接口,允许保护人员按照整定计算产生的定值单根据用户制定的程序,确认后在用户权限允许下,能够远程发送改变运转定值命令给子站,实现修改定值的目的,尽早打消潜在的隐患;允许用户对厂站内设备的历史信息与运转信息开展查询与统计,涵盖设备的运行定值等,而且能够根据地区、变电站、线路来分级索引;主站系统还能够经过运用特殊算法解析等,实现监视电网二次设备运转状态的目的。（2）出现故障时，主站系统在收到子站实时自动上传的故障信息后及时警示。警示模式包括图形警示等。图形警示在电网地理接线图的有关故障装置上亮灯警示。（3）故障出现后，主站系统一定要供应不同的完整分析模块，以便最大限度地运用全部数据，协助用户能够全面地解析故障。波形分析模块可以解析录波文件，表现各通道数据的波形，分析序分量、功率、高频信号等。故障诊断专家系统模块协助用户定位故障组件，且解析哪些保护误动、正确动作。故障检测模块供应各种单头与双头测量算法，以准确定位线路的故障位置。（4）在故障已经出现时，子站系统根据信息的优先级发送不同的故障信息。主站系统故障处理流程是根据数据传输到主站的时间来逐步解析，最终产生故障分析报告。过程分为时间和级别，这使得调度和分析人员更容易逐步确定故障出现的因素，故障过程的分析考虑了快速评估与综合分析的效果。其联系如图5表示。图5信息先后顺序及故障分析之间的关系（5）故障解析完结后,主站系统需要供应故障信息归档人库等工具,且能够由Web发布故障数据等。结合以上分析,应用功能模块划分如图6表示。图6主站系统的应用模块划分总结本篇文章全面覆盖了电网继电保护故障检测和数据处理系统，着重解析主站系统硬件、软件平台构建和高级应用功能的设计，分析了电网继电保护的安全性、可靠性以及合理性。由实际使用效果与发展方向而言,此系统的仍需要解决下列几个问题：1）如今，子站系统和主站系统使用全文传输方法处理故障录波文件。在多点故障的情况下，因大量的文件数据和有限的通信宽带会导致通信拥塞。将来更佳的处理办法是:子站系统给录波数据文件用特定的压缩算法，如动态哈曼算法，压缩后再上传,主站系统获得数据文件后在信息预处理里开展对应的解压缩,以此增加数据文件的传输效率,舒缓通信堵塞。此外，故障录波数据可根据安全需要，采用对称与非对称加密处理，并可使用数字签名等加密技术，保证开放网络环境下传送数据的安全性。当然，虽然变快了传输速度,但是数据文件的加/解压缩与加/解密过程也要付出相应的时间与数据失真无法还原的风险,真实使用里对