【摘要】在電力系統(tǒng)中，繼電保護能在電力系統(tǒng)出現(xiàn)異常故障時，針對系統(tǒng)故障采取自動化的處理措施，我們將其稱之為繼電保護。，但是在這個過程中，變電所繼電保護難免發(fā)生故障，從而影響電力系統(tǒng)。為適應(yīng)“調(diào)控一體化”運行體系的建設(shè)，改進現(xiàn)有輸電網(wǎng)繼電保護故障信息智能分析系統(tǒng)的不足，設(shè)計了一種繼電保護故障信息智能分析系統(tǒng)的解決方案。采用了一體化平臺，基于分層分布式結(jié)構(gòu)，統(tǒng)一一、二次設(shè)備模型，故障錄波按通道上傳，在主站側(cè)綜合采用EMS系統(tǒng)、故障信息系統(tǒng)、故障錄波系統(tǒng)等的開關(guān)量、模擬量等多源信息對電網(wǎng)故障進行診斷分析；提出了智能分析系統(tǒng)過渡階段的兼容方案。

【關(guān)鍵詞】電網(wǎng)；繼電保護；故障診斷；故障信息系統(tǒng)

1.引言

本文根據(jù)現(xiàn)有電網(wǎng)所能獲得的信息，采用合適有效的故障診斷分析推理機制，同時兼容新舊變電站以不同通信規(guī)約接入，逐步實現(xiàn)電網(wǎng)故障的智能分析、診斷及決策。通過在福建電網(wǎng)實際應(yīng)用表明，該方案切實可行，對構(gòu)建電力系統(tǒng)故障診斷智能輔助決策系統(tǒng)具有一定的指導(dǎo)意義。

2.繼保信息智能分析系統(tǒng)可行性分析

目前電網(wǎng)已具備開展電網(wǎng)故障智能分析專家系統(tǒng)研究的技術(shù)條件，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

a）國內(nèi)110kV及以上電壓等級保護基本上實現(xiàn)了微機化，變電站中均配置了時鐘同步裝置，保護及錄波均可通過通信網(wǎng)絡(luò)將信息上傳至主站，為事故分析提供了必要條件。

b）隨著近年來IEC 61850、IEC 61970通信規(guī)約在電網(wǎng)中應(yīng)用，在數(shù)據(jù)的易用性、兼容性、互操作性和可視化方面取得了突破。

c）隨著電力系統(tǒng)調(diào)度自動化水平的提高及通信技術(shù)的發(fā)展，調(diào)度自動化均在開展數(shù)據(jù)一體化、數(shù)據(jù)平臺一體化改造，保護故障信息系統(tǒng)可以獲得多源的信息，為電網(wǎng)的故障診斷創(chuàng)造了條件。

3.主要技術(shù)難點及解決方案

3.1 繼保故障信息智能分析系統(tǒng)推理機制

繼電保護故障信息智能分析是根據(jù)電網(wǎng)一次網(wǎng)絡(luò)拓撲，為每個一次設(shè)備生成相應(yīng)的保護網(wǎng)絡(luò)。保護網(wǎng)絡(luò)指的是由電力系統(tǒng)主設(shè)備及其相關(guān)的斷路器、錄波裝置、保護等構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)故障情況和知識庫，綜合多個信息子站、EMS系統(tǒng)、錄波系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)信息進行故障分析。根據(jù)故障區(qū)域電流、電壓的波形變化，斷路器和保護的實際動作情況等，利用相關(guān)知識庫，分析并評價斷路器和保護的動作行為，最終給出電網(wǎng)故障簡報，包含相關(guān)故障元件的錄波波形等，具體詳見圖1電網(wǎng)故障診斷分析系統(tǒng)圖。

本文提出，故障診斷分析先以保護動作及斷路器變位等開關(guān)信息作為觸發(fā)條件對故障進行初步分析；同時，根據(jù)初步分析結(jié)果向錄波系統(tǒng)召喚相關(guān)的錄波文件等，如圖1所示。根據(jù)開關(guān)量變位信息及保護和斷路器的故障切除原理，按照保護動作原理進行推理、遍歷，計算各種故障的可信度。根據(jù)推理出的最可靠的故障設(shè)備，對所有的斷路器和保護進行行為分析，推理出哪些需要動作，哪些不需要動作。再結(jié)合實際的斷路器和保護的動作情況，判斷保護和斷路器是否正確動作，或者是否有拒動或者誤動的情況。同時，結(jié)合基于錄波波形信息的繼電保護故障信息智能分析技術(shù)，通過連續(xù)考察從故障發(fā)生到切除的整個過程中電流（或電壓）的變化水平和變化時序，并結(jié)合考慮保護故障切除原理，用以判斷故障的性質(zhì)。

電網(wǎng)故障綜合判斷根據(jù)基于開關(guān)量、保護信息及模擬量信息的智能分析技術(shù)，構(gòu)成多判據(jù)、分層、混合型繼電保護故障智能分析技術(shù)，使得分析結(jié)論更為準確可靠。

3.2 統(tǒng)一一、二次設(shè)備模型

如果沒有統(tǒng)一的一、二次設(shè)備模型，故障診斷分析系統(tǒng)即使獲得了完備的源信息，也無法使用。繼電保護智能分析系統(tǒng)的電網(wǎng)一次模型共享EMS系統(tǒng)的電網(wǎng)模型，保持兩套系統(tǒng)模型的一致性。

IEC 61970標準為電力系統(tǒng)信息的標準化提供了技術(shù)規(guī)范，兩套系統(tǒng)均利用基于CIM標準的XML文件導(dǎo)出電網(wǎng)模型，供電網(wǎng)智能故障診斷與事故處理輔助決策系統(tǒng)使用。IEC 61970的CIM模型可以很好地描述電網(wǎng)一次模型，但是CIM模型中關(guān)于電網(wǎng)二次模型的描述過于簡單。在電網(wǎng)二次模型部分，CIM模型中定義了CurrentRelay、SynchrocheckRelay和RecloseSequence三個類，分別用于描述電流保護、同期裝置和重合閘裝置，但仍無法滿足電網(wǎng)二次模型的建模需要。如果完全按照CIM模型建立保護庫結(jié)構(gòu)，當增加一種新的保護或自動裝置時，就需要從ProtectionEquipment類擴展出相應(yīng)的子類。因此電網(wǎng)二次模型必須根據(jù)電網(wǎng)繼保故障信息智能分析系統(tǒng)的需要，對現(xiàn)有CIM模型的類、屬性和關(guān)聯(lián)關(guān)系進行擴展，建立滿足智能保信分析系統(tǒng)需求的電網(wǎng)二次模型，將保護和自動裝置設(shè)備信息作為模型數(shù)據(jù)，建立包括電網(wǎng)一、二次設(shè)備模型及參數(shù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，具體詳見圖2。

3.3 可縮放矢量圖形技術(shù)的應(yīng)用

為增強智能分析系統(tǒng)的易用性和互操作性，本方案提出了采用可縮放矢量圖形技術(shù)，使故障信息系統(tǒng)與調(diào)度自動化系統(tǒng)圖形系統(tǒng)保持一致，易于對信息系統(tǒng)的維護和更新，有利于與第三方系統(tǒng)進行信息交換。如圖3所示，基于JavaScript腳本文件實現(xiàn)SVG圖形文檔與SQL數(shù)據(jù)庫的連接。SVG圖形文檔通過故障診斷軟件包的SQL數(shù)據(jù)庫與SCADA系統(tǒng)及故障診斷算法進行實時數(shù)據(jù)交換。

3.4 故障錄波裝置數(shù)據(jù)上傳研究

目前錄波數(shù)據(jù)上傳時未對數(shù)據(jù)進行處理，數(shù)據(jù)上傳量大，對通道壓力較大，且實時性差。本方案提出錄波數(shù)據(jù)按通道上傳，通過對錄波裝置軟件升級，使其能夠根據(jù)主站召喚命令，按通道將故障前后幾個周波相關(guān)部分錄波波形文件上傳至主站，如圖4所示。

3.5 主子站間通信規(guī)約

新建的電網(wǎng)故障智能分析專家系統(tǒng)應(yīng)能實現(xiàn)新舊繼電保護信息系統(tǒng)的平滑過渡，主站系統(tǒng)應(yīng)能同時接入新建變電站信息系統(tǒng)子站，同時兼容現(xiàn)有變電站的保護信息系統(tǒng)子站。因此主、子站之間通信規(guī)約需支持IEC 61850和IEC 104+103兩種通信規(guī)約，如圖5所示。

此外，電網(wǎng)故障智能分析要求所提供的數(shù)據(jù)均應(yīng)帶時標，并對精度有較高的要求，以便對數(shù)據(jù)進行分析比較。目前500kV變電站已基本配置了時間同步對時系統(tǒng)，站內(nèi)220kV以上電壓保護及故障錄波均具備了時間同步對時功能。

4.繼保故障信息智能分析系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

4.1 繼保故障信息智能分析系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

本文以某電網(wǎng)為工程依托，提出了完整的繼保故障信息智能分析系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖。其中，為實現(xiàn)繼電保護信息與SCADA信息的快速交互，將繼電保護故障信息處理系統(tǒng)置于安全I區(qū)。根據(jù)分層分區(qū)的原則，省調(diào)主站系統(tǒng)主要負責(zé)500kV網(wǎng)架的繼電保護故障信息的智能分析，各地調(diào)負責(zé)本地區(qū)220kV、110kV電網(wǎng)繼電保護故障信息智能分析并將分析結(jié)果上傳至省調(diào)主站。各地調(diào)調(diào)控一體化平臺（含EMS、SCADA、保信子站等系統(tǒng)）負責(zé)該地區(qū)220kV、110kV電網(wǎng)故障診斷、分析、決策、遠方不停電修改及核查定值、遠方壓板投退、波形分析等功能。各地調(diào)將與鄰近地區(qū)相關(guān)聯(lián)的變電站的遠動信息、保護及錄波信息通過三級數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至鄰近地調(diào)。省調(diào)一體化平臺系統(tǒng)將該地區(qū)500kV變電站遠動信息、保護及錄波信息通過三級數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至各地調(diào)，如圖6所示。

4.2 繼保故障信息智能分析系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

繼電保護故障信息智能分析應(yīng)用基于D5000多源全景數(shù)據(jù)平臺開發(fā)。D5000平臺為上層應(yīng)用提供了底層消息總線、服務(wù)總線、實時庫、數(shù)據(jù)交換、圖形顯示、歷史庫等服務(wù)，同時利用D5000平臺上已經(jīng)實現(xiàn)的EMS/SCADA等系統(tǒng)數(shù)據(jù)，為故障信息智能分析提供必要的開關(guān)刀閘信息、電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)等。

4.3 繼保故障信息智能分析系統(tǒng)主要功能

基于以上技術(shù)體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)主要功能包括：子站接入功能、數(shù)據(jù)存儲、歷史事件查詢、系統(tǒng)圖形化監(jiān)視、一二次設(shè)備建模、故障信息歸檔分析、故障數(shù)據(jù)預(yù)處理、電網(wǎng)故障綜合智能診斷、電網(wǎng)故障智能分析決策、故障測距功能、定值管理、遠方不停電核查定值、全景可視化展現(xiàn)等。系統(tǒng)實現(xiàn)對一、二次設(shè)備智能展示。運行人員可以及時全面了解事故簡報、故障診斷及處理建議。該系統(tǒng)自2011年投入運行以來，穩(wěn)定可靠，并在電網(wǎng)故障時發(fā)揮了積極的作用。

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