張 祎南東亮常喜強(qiáng)焦春雷馮小萍

（1.南京南瑞繼保電氣有限公司，南京 211102；

2.國網(wǎng)新疆電力公司電力科學(xué)研究院，烏魯木齊 830011；3.國網(wǎng)新疆電力公司調(diào)度控制中心，烏魯木齊 830011）

適應(yīng)智能調(diào)度的繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)高級應(yīng)用研發(fā)

張 祎1南東亮2常喜強(qiáng)3焦春雷2馮小萍3

（1.南京南瑞繼保電氣有限公司，南京 211102；

2.國網(wǎng)新疆電力公司電力科學(xué)研究院，烏魯木齊 830011；3.國網(wǎng)新疆電力公司調(diào)度控制中心，烏魯木齊 830011）

以當(dāng)前新疆電網(wǎng)繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行研究、分析的基礎(chǔ)上，針對新疆電網(wǎng)實(shí)際情況，提出了新疆電網(wǎng)繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)改造及高級應(yīng)用功能設(shè)計(jì)方案，并闡述了其關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方式。以期對新疆電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)人員進(jìn)行故障分析處理的信息支持和決策起到添磚加瓦的作用。

電力系統(tǒng)；繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)；高級應(yīng)用

“大運(yùn)行”體系下智能調(diào)度技術(shù)是智能電網(wǎng)的重要體現(xiàn)，智能調(diào)度技術(shù)要求對電網(wǎng)運(yùn)行過程中的狀態(tài)和信息實(shí)時(shí)獲取和流暢傳輸，并將其涵蓋的各個(gè)功能系統(tǒng)信息進(jìn)行高效、精確的綜合處理、深度挖掘，將信息流和業(yè)務(wù)流高度一體化，有效提升智能分析和決策支持水平［1-2］。為適應(yīng)智能調(diào)度應(yīng)用，新疆電網(wǎng)現(xiàn)有繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)作為智能調(diào)度技術(shù)的一個(gè)功能模塊亟待進(jìn)行全面改造。要求對繼電保護(hù)運(yùn)行監(jiān)視、電網(wǎng)故障信息的快速分析和決策應(yīng)用功能進(jìn)一步強(qiáng)化，由此本文研究了繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)的功能目標(biāo)、關(guān)鍵技術(shù)，并制定了高級應(yīng)用設(shè)計(jì)方案。

1 系統(tǒng)改造的必要性

1.1 保護(hù)故障信息系統(tǒng)改造是安全生產(chǎn)的要求

為達(dá)到安全生產(chǎn)的要求，調(diào)度端保護(hù)故障信息系統(tǒng)改造勢在必行。隨著新疆電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、智能變電站的逐步普及、系統(tǒng)容量不斷增大，新疆電網(wǎng)現(xiàn)有繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)存在以下問題:缺少統(tǒng)一的繼電保護(hù)專業(yè)業(yè)務(wù)支撐平臺和完整的電網(wǎng)一、二次設(shè)備建模，不能充分有效地整合和利用電網(wǎng)數(shù)據(jù)；保護(hù)通信規(guī)約、接口種類繁多，接入較為困難；當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，調(diào)度人員和繼電保護(hù)人員面對海量的各類告警信息，很難對發(fā)生的故障做出快速有效辯識，對保護(hù)故障信息系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)與改造是“大運(yùn)行”體系下安全生產(chǎn)的要求。

1.2 保護(hù)故障信息系統(tǒng)改造是智能調(diào)度技術(shù)的要求

特高壓互聯(lián)大電網(wǎng)的建設(shè)，要求調(diào)度業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一協(xié)調(diào)和精益化分工。為此，新一代智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)（D5000系統(tǒng)）應(yīng)運(yùn)而生。D5000系統(tǒng)以先進(jìn)適用技術(shù)為手段，以統(tǒng)一規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，以標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)為著力點(diǎn)，以統(tǒng)一設(shè)計(jì)、分步實(shí)施為原則開展建設(shè)［3］。

D5000系統(tǒng)能夠適應(yīng)各級調(diào)度中心的應(yīng)用需求和系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)的要求，遵循基于組件的面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)（service-oriented architecture，SOA）的理念，使其成為調(diào)度端各專業(yè)技術(shù)人員有力的工具和助手［4］。二次設(shè)備在線監(jiān)視與分析應(yīng)用模塊在D5000平臺上對二次設(shè)備建模，接入故障信息子站和聯(lián)網(wǎng)錄波器數(shù)據(jù)，以提高調(diào)度對電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的整體感知能力，實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備在線監(jiān)視和故障信息快速整合、傳遞等功能。

2 系統(tǒng)改造的原則及方案

2.1 系統(tǒng)改造原則

本改造工程的總體原則，按照《繼電保護(hù)設(shè)備在線監(jiān)視與分析應(yīng)用提升方案》（調(diào)繼【2014】80號）要求基于調(diào)度端D5000平臺，建設(shè)部署二次設(shè)備在線監(jiān)視與分析功能模塊，通過采集繼電保護(hù)、故障錄波器等二次設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度管理部門實(shí)時(shí)掌握繼電保護(hù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、及時(shí)判斷電網(wǎng)實(shí)際故障狀況、有效分析繼電保護(hù)動作行為，并提供給智能告警等高級功能應(yīng)用。

D5000應(yīng)用建模應(yīng)采用源端維護(hù)方式［5］。系統(tǒng)可通過召喚廠站端已配置好的二次設(shè)備模型配置信息完成自動建模，也可通過建模工具實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備模型生成及參數(shù)錄入。方案的一次設(shè)備建模遵循IEC 61970/CIM標(biāo)準(zhǔn)，以D5000平臺目前已有的一次模型為準(zhǔn)，二次設(shè)備建模遵循 IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)調(diào)度端—廠站端之間以 IEC 60870-5-103為主體的DL/T 634.5104協(xié)議通信時(shí)，可直接通過通信獲取狀態(tài)量信息、模擬量信息、定值信息、事件信息以及故障量信息?；谶@些配置信息，再經(jīng)過必要的轉(zhuǎn)換，即可形成二次模型。

2.2 系統(tǒng)改造方案

改造前后系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。改造實(shí)施工程中，對于新建站，通過Ⅰ區(qū)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)或61850通信管理機(jī)通過Ⅰ區(qū)網(wǎng)絡(luò)上送，Ⅱ區(qū)故障錄波器直接通過兩套調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)上送主站，或一套通過通信管理機(jī)一套通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)直接上送。對于運(yùn)行站，在已運(yùn)行的變電站中實(shí)現(xiàn)保信子站和故障錄波器單獨(dú)組網(wǎng)，將原子站接入Ⅱ區(qū)的保信子站網(wǎng)線改到Ⅰ區(qū)網(wǎng)絡(luò)即可。改造后，原保信子站升級為保護(hù)信息采集處理在線監(jiān)視模塊，這樣有效降低了系統(tǒng)改造的成本，充分利用了原有的硬件平臺設(shè)備。

圖1 改造前后系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對比

改造后應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能如下:

1）保護(hù)信息采集處理在線監(jiān)視模塊接入。D5000應(yīng)用通過安全Ⅰ區(qū)數(shù)據(jù)網(wǎng)與廠站端在線監(jiān)視模塊通信，可直接采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)主要有:①二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息；②電網(wǎng)故障時(shí)保護(hù)設(shè)備的故障相關(guān)信息；③行波測距信息；④保護(hù)動作等硬接點(diǎn)信號；⑤模擬量信息；⑥告警、事件信息；⑦定值區(qū)、定值、軟壓板信息；⑧保護(hù)裝置故障錄波數(shù)據(jù)；⑨實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置遠(yuǎn)方操作（控制）功能等。

圖2 錄波器聯(lián)網(wǎng)方案

2）錄波器聯(lián)網(wǎng)接入。D5000應(yīng)用通過與廠站端錄波器通信，可直接采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)主要有:①聯(lián)網(wǎng)錄波器錄波簡報(bào)；②聯(lián)網(wǎng)錄波器錄波文件。錄波簡報(bào)、錄波文件遵從對應(yīng)錄波器提供通信協(xié)議上送，D5000直接獲取錄波器的信息。錄波器聯(lián)網(wǎng)方案如圖2所示，系統(tǒng)為網(wǎng)絡(luò)式故障錄波器聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其網(wǎng)絡(luò)包含了變電站（750kV變電站、220kV變電站、電廠升壓站、新能源升壓站）、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、地州分站、省調(diào)主站。地州分站通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)分別和變電站內(nèi)的故障錄波器進(jìn)行通信，地州分站負(fù)責(zé)收集故障錄波器的波形數(shù)據(jù)并格式化成統(tǒng)一格式和形成故障錄波器的接入率和通信率等數(shù)據(jù)，同時(shí)向省調(diào)主站轉(zhuǎn)發(fā)所有的數(shù)據(jù)和解析主站發(fā)送過來的命令。省調(diào)主站向地州分站轉(zhuǎn)發(fā)跨地區(qū)的聯(lián)絡(luò)線故障數(shù)據(jù)，方便地州分站進(jìn)行雙端故障分析。

3）實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備的在線監(jiān)視和電網(wǎng)故障分析。系統(tǒng)通過采集繼電保護(hù)、故障錄波器等二次設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，完成運(yùn)行監(jiān)視、二次設(shè)備建模、定值管理、遠(yuǎn)程控制、信息歸檔、統(tǒng)計(jì)查詢、故障分析等功能，便于調(diào)度管理部門實(shí)時(shí)掌握繼電保護(hù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、及時(shí)判斷電網(wǎng)實(shí)際故障狀況、有效分析繼電保護(hù)動作行為。

3 新疆電網(wǎng)繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)主要高級應(yīng)用功能設(shè)計(jì)

3.1 總體思路

繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)高級應(yīng)用功能設(shè)計(jì)方案參照圖3中的結(jié)構(gòu)，總體思路如下:

圖3 系統(tǒng)高級應(yīng)用功能結(jié)構(gòu)示意圖

1）采用IEC 61850、61970標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上的多源全景數(shù)據(jù)平臺、電網(wǎng)全景建模等技術(shù)研制繼保專業(yè)統(tǒng)一業(yè)務(wù)支撐平臺，基于該平臺集成繼電保護(hù)專業(yè)相關(guān)應(yīng)用功能，提高繼電保護(hù)專業(yè)管理的一體化、信息化、自動化水平。

2）結(jié)合實(shí)際的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)前需求，研究調(diào)度端故障信息系統(tǒng)與前置在線監(jiān)視模塊中二次設(shè)備模型自動檢測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)圖形和模型的免維護(hù)，解決系統(tǒng)維護(hù)困難的問題。

3）綜合利用繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)和EMS系統(tǒng)的各類穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)分析及故障診斷，輔助調(diào)度運(yùn)行人員和繼電保護(hù)人員的日常運(yùn)行和管理，提高電網(wǎng)的智能化水平。

3.2 電網(wǎng)全景建模技術(shù)

以IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，擴(kuò)展建立通用保護(hù)模型，建立保護(hù)裝置與一次設(shè)備的關(guān)聯(lián)關(guān)系；建立保護(hù)跳閘出口模型；對保護(hù)裝置進(jìn)行了全面的、完整的建模；構(gòu)建描述保護(hù)的通用模型，從繼電保護(hù)的原理出發(fā)，屏蔽不同保護(hù)設(shè)備廠家的裝置設(shè)計(jì)差異，對不同類型保護(hù)裝置進(jìn)行語義和功能上的規(guī)范，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)一、二次設(shè)備的全景建模，解決目前繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)模型不完整的問題。

3.3 智能故障分析技術(shù)

方案提出基于保護(hù)動作鏈的電力系統(tǒng)故障診斷的方法，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)事故的快速分析。根據(jù)不同數(shù)據(jù)的特性，分階式進(jìn)行故障診斷，方案流程如圖 4所示。

圖4 故障診斷方案流程圖

第一階段快速故障診斷，基于保護(hù)動作鏈原理，利用保護(hù)動作、開關(guān)動作、實(shí)時(shí)潮流斷面等信息，形成1min故障簡報(bào)，定位故障元件，幫助調(diào)度運(yùn)行人員快速定位故障設(shè)備。

第二階段故障綜合分析，利用故障錄波聯(lián)網(wǎng)文件、保護(hù)定值等信息，分析出故障的詳細(xì)信息，包括故障位置、故障相別、故障性質(zhì)、故障電流等，整合為較詳盡的故障報(bào)告，幫助繼保人員進(jìn)行事故的詳細(xì)分析。

第三階段為D5000綜合智能告警推送故障信息綜合分析結(jié)果，結(jié)合第一、第二階段的分析，加入信息篩選模塊功能，通過數(shù)據(jù)總線將簡報(bào)發(fā)給與D5000智能告警的通信模塊，并采用按需求上傳簡報(bào)模式，簡報(bào)中包含詳細(xì)內(nèi)容的鏈接，若調(diào)度人員需要簡報(bào)中個(gè)別信息的詳細(xì)內(nèi)容，能夠很快通過鏈接獲取相關(guān)信息，由此實(shí)現(xiàn)故障信息快速整合、傳遞功能。

3.4 雙端測距技術(shù)

輸電線路發(fā)生故障后，繼電保護(hù)裝置將切除故障線路，同時(shí)需做到快速查找故障點(diǎn)，及時(shí)恢復(fù)供電。快速、準(zhǔn)確定位故障能有效縮短故障修復(fù)時(shí)間，并減輕巡線負(fù)擔(dān)，提高供電可靠性。雙端量法可從原理上消除過渡電阻和運(yùn)行方式的影響，具有很好的發(fā)展與應(yīng)用前景。

隨著新疆電網(wǎng)故障錄波聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)和共享，為雙端測距提供了技術(shù)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，方案提出通過識別錄波數(shù)據(jù)中故障起始和終止時(shí)刻進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，為降低故障初始階段可能存在諧波等會影響測量阻抗計(jì)算的因素，采用自適應(yīng)截取計(jì)算數(shù)據(jù)窗的算法，同時(shí)利用D5000平臺引入線路聯(lián)網(wǎng)參數(shù)，建立修正模型和測距模糊區(qū)處理方法，提高雙端故障測距精度。

3.5 基于Trie樹的面向?qū)ο蠖鄬哟坞娋W(wǎng)模型比對

基于Trie樹的面向?qū)ο蠖鄬哟坞娋W(wǎng)模型比對技術(shù)，將前置在線監(jiān)視模塊中二次設(shè)備配置信息與標(biāo)準(zhǔn)模板庫進(jìn)行對比，實(shí)現(xiàn)對調(diào)度端故障信息系統(tǒng)與前置在線監(jiān)視模塊中模型的完整性和一致性的全面快速檢測（一、二次設(shè)備是否關(guān)聯(lián)、參數(shù)是否合理、裝置配置是否存在）；利用Trie樹在查詢與檢索等方面的高效性，構(gòu)建對比模型，實(shí)現(xiàn)快速對比。通過模型對比，實(shí)現(xiàn)模型的差量更新，提高導(dǎo)入效率。

3.6 前置在線監(jiān)視模塊實(shí)現(xiàn)雙模型加測點(diǎn)模式的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫技術(shù)

新建站前置在線監(jiān)視模塊應(yīng)實(shí)現(xiàn)雙模型加測點(diǎn)模式的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，分別建立IEC 61850模型庫、IEC 103模型庫和測點(diǎn)庫，為同時(shí)訪問對象視圖和平面視圖提供技術(shù)支撐。解決因規(guī)約差異接入困難和轉(zhuǎn)換問題，突破傳統(tǒng)保信系統(tǒng)都按103標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信和建模的局限性。

4 結(jié)論

本文研究的基于智能調(diào)度的繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)高級應(yīng)用方案設(shè)計(jì)技術(shù)特點(diǎn)如下:

1）本技術(shù)方案旨在建立繼電保護(hù)專業(yè)的統(tǒng)一業(yè)務(wù)支撐平臺，為繼電保護(hù)專業(yè)的應(yīng)用拓展提供平臺支撐。

2）能夠?qū)崿F(xiàn)智能故障分析、電網(wǎng)全景建模、模型和圖形免維護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)，提高繼電保護(hù)運(yùn)行管理水平，提高電網(wǎng)事故處理的速度和準(zhǔn)確性。

為適應(yīng)新疆電網(wǎng)的快速發(fā)展，滿足智能調(diào)度技術(shù)的要求，本技術(shù)方案進(jìn)一步強(qiáng)化了保護(hù)運(yùn)行監(jiān)視、電網(wǎng)故障信息的快速分析和決策應(yīng)用，為新疆電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

［1］劉振亞.智能電網(wǎng)知識讀本［M］.北京：中國電力出版社，2010.

［2］國網(wǎng)能源研究院.2012國內(nèi)外智能電網(wǎng)發(fā)展分析報(bào)告［M］.北京：中國電力出版社，2012.

［3］張道農(nóng)，紀(jì)峰磊，劉宇，等.國調(diào)中心繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)改造研究［R］.國電機(jī)工程學(xué)會年會論文集，2013.

［4］閃鑫，戴則梅，張哲，等.智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)綜合智能告警研究及應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)自動化，2015，39（1）：65-72.

［5］篤峻，胡紹謙，滕井玉，等.數(shù)據(jù)源端維護(hù)技術(shù)在繼電保護(hù)信息系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.電力自動化設(shè)備，2015，35（3）：162-169.

Development of Realization of Advanced Application Function for Protective Relaying Fault Information System Adaptable to Smart Dispatch

Zhang Yi1Nan Dongliang2Chang Xiqiang3Jiao Chunlei2Feng Xiaoping3
（1.NR Electric Co.，Ltd，Nanjing 211102；2.State Grid Electric Power Research Institute of Xinjiang Electric Power Company，Urumqi 830011；3.Xinjiang Electric Power Dispatching and Communication Center，Urumqi 830011）

Based on the research and analysis of relay protection fault information system in Xinjiang power network，this paper puts forward the transformation and advanced application function design scheme of relay protection fault information system in Xinjiang power network，and expounds its key technology and realization method.The purpose is to contribute to the information support and decision of Xinjiang power grid relay protection technical personnel while conducting fault analysis and processing.

power system；relay protection fault information system；advanced application

張 祎（1981-），男，碩士，工程師，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與控制工作。