陳泗貞，盧迪勇，梁競雷，曾子縣，鄧效榮

（廣東電網(wǎng)有限責任公司東莞供電局，廣東東莞 523000）

0 引言

近些年來，電網(wǎng)自動化技術(shù)的高速發(fā)展不斷完善了電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的功能，推動了電力系統(tǒng)運行管理工作的自動化進程，使其自動化程度水平得到了很大的提升。各種繼電保護數(shù)據(jù)信息由變電站內(nèi)各種錄波、保護等設備和安全裝置實時記錄并上傳，由此產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)信息，為電網(wǎng)的故障分析和處理提供了強大的數(shù)據(jù)支撐。但是，這些數(shù)據(jù)信息往往缺乏統(tǒng)一有效的管理，使得對系統(tǒng)故障以及保護動作進行分析管理的自動化水平十分落后。

目前，電網(wǎng)已經(jīng)建立了一批基礎(chǔ)的繼電保護故障信息采集和分析系統(tǒng)，主要表現(xiàn)形式為SCADA系統(tǒng)、故障錄波管理系統(tǒng)或保護及故障錄波信息管理系統(tǒng)。雖然保護及故障錄波信息管理系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展了若干年，但是依然存在一些問題：接入該系統(tǒng)的二次設備僅包含保護裝置和故障錄波裝置，不包含其他裝置，信息來源不足；部分系統(tǒng)仍采用輪詢方式上傳信息，速度慢、實時性差，因此只能用于事后的離線分析；已經(jīng)建立了的系統(tǒng)中，有的只有保護裝置信息，有的只接受故障錄波數(shù)據(jù)，或者缺少關(guān)鍵變電站或線路的故障信息；缺乏對故障數(shù)據(jù)的有效融合等。

鑒于上述情況，建立繼電保護信息管理網(wǎng)絡，將組織和應用數(shù)據(jù)依照業(yè)務劃分，提升繼電保護運行和維護的自動化水平勢在必行。

關(guān)于繼電保護故障分析的數(shù)據(jù)的相關(guān)研究，國內(nèi)外學者提出了許多行之有效的解決方法。文獻[1]從繼電保護系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、人為因素和二次設備因素四個方面對智能變電站二次系統(tǒng)的狀態(tài)進行評估，提出了基于模糊綜合評判原理的二次系統(tǒng)評估方案。文獻[2]提出了變電站二次設備的狀態(tài)檢修方法，分析了二次設備狀態(tài)檢修的必要性和可行性，并將傳統(tǒng)檢修方式與二次設備的狀態(tài)檢修進行了對比。文獻[3]分析了智能變電站二次系統(tǒng)在線檢測的特征量，包括二次設備的自檢信息，通信系統(tǒng)的狀態(tài)信息以及部分傳統(tǒng)二次回路的狀態(tài)信息，并設計了一智能變電站二次系統(tǒng)的在線監(jiān)測系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)的架構(gòu)。文獻[4-7]均針對繼電保護的狀態(tài)檢修問題進行了研究，各有側(cè)重，其中提出的繼電保護故障診斷方法，二次回路狀態(tài)評估方法以及繼電保護的故障模式和風險分析等內(nèi)容對于本文具有重要意義。

本文通過研究從故障錄波子站、保護故障信息系統(tǒng)子站、SCADA、遠動系統(tǒng)采集得到的故障波形文件、保護動作報告、開關(guān)動作狀態(tài)等有用多源故障數(shù)據(jù)信息，并將其合理分配到COMTRADE格式文件的子文件CFG文件、DAT文件、INF文件、HDR文件中，然后分析了將SV、GOOSE、MMS數(shù)據(jù)與COMTRADE格式文件進行整合的理論依據(jù)，最后完成了基于MMS數(shù)據(jù)信息與COMTRADE錄波文件的整合模型建模，為智能變電站后續(xù)的故障分析和處理提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。

1 多源數(shù)據(jù)采集

多源數(shù)據(jù)采集平臺（如圖1所示）是一個從故障錄波子站、保護故障信息系統(tǒng)子站、SCADA、遠動系統(tǒng)采集故障錄波簡報、開關(guān)動作事件、保護動作事件等故障信息的采樣平臺。

（1）故障錄波信息系統(tǒng)子站

故障錄波裝置記錄故障發(fā)生前后相關(guān)電氣量和狀態(tài)的變化情況，完整映射事故后的瞬時變化和繼電保護的動作信息，同時完成數(shù)據(jù)整理存檔以及故障反演分析。

本文的多源數(shù)據(jù)采集平臺從故障錄波信息系統(tǒng)子站中主要采集錄波簡報以及故障錄波文件等信息。

（2）二次設備在線監(jiān)視系統(tǒng)（保護故障信息系統(tǒng)子站）

二次設備在線監(jiān)視系統(tǒng)為電力系統(tǒng)故障及保護動作行為分析提供了一種重要途徑，記錄的信息主要包括斷路器跳閘信息，保護動作事件信息，來源于錄波裝置的電氣模擬量信息，并與保護整定值信息相關(guān)聯(lián)，用以判別相關(guān)保護動作行為正確與否。

本文的多源數(shù)據(jù)采集平臺從二次設備在線監(jiān)視系統(tǒng)主要采集保護事件，保護告警等信息。

（3）SCADA系統(tǒng)

SCADA系統(tǒng)，是數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，借助于計算機完成生產(chǎn)過程和調(diào)度的自動化，在電力領(lǐng)域應用極其廣泛。本文中，SCADA系統(tǒng)將采集到的遙信變位以及SOE（事件順序記錄）等信息上傳到多源數(shù)據(jù)采集平臺中。

（4）網(wǎng)絡報文分析系統(tǒng)

網(wǎng)絡報文分析系統(tǒng)記錄智能變電站過程層網(wǎng)絡中以SV、GOOSE報文為主的所有類型報文，記錄智能變電站站控層網(wǎng)絡中以MMS報文為主的所有報文。當電力系統(tǒng)

發(fā)生故障時，借助網(wǎng)絡報文分析系統(tǒng)完成故障反演分析。系統(tǒng)采集示意圖如圖1所示。

圖1 多源數(shù)據(jù)采集示意圖

2 多源數(shù)據(jù)在COMTRADE文件中的分配機制

2.1 COMTRADE格式

COMTRADE是IEEE標準電力系統(tǒng)暫態(tài)數(shù)據(jù)交換通用格式，每一個COMTRADE記錄包含一組不多于4個與其關(guān)聯(lián)的文件，分別是：配置文件（CFG）、數(shù)據(jù)文件（DAT）、標題文件（HDR）以及信息文件（INF）。

（1）標題文件（HDR）

標題文件由COMTRADE數(shù)據(jù)的創(chuàng)建者建立，是一種可選的ASCII文本文件。標題文件的創(chuàng)建者能以任何需要的順序建立任何信息。

（2）配置文件（CFG）

配置文件是一種ASCII文本文件，用來準確地闡述數(shù)據(jù)文件的格式，所以其保存格式必須具體。配置文件說明了數(shù)據(jù)文件含有的信息，如頻率、通道數(shù)量、采樣速率、通道信息等。配置文件依照的COMTRADE標準版本的年份由文件第一行的一個字段識別，若該字段不存在抑或是空的，則認為文件依照標準的初始發(fā)行日期。配置文件中還有一段特殊的字段，用以識別關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)文件存儲格式是ASCII格式還是二進制格式。

（3）數(shù)據(jù)文件（DAT）

每個采樣所有輸入通道的值記錄在數(shù)據(jù)文件中。數(shù)據(jù)文件含有每次采樣，每個順序號以及時間標志。這些采樣值不但記錄模擬輸入的數(shù)據(jù)，而且記錄狀態(tài)。

（4）信息文件（INF）

信息文件是一種可選文件，是文件創(chuàng)建者希望使之對用戶有用的信息之外的特別信息。

2.2 故障數(shù)據(jù)在COMTRADE文件中的分配

把采集得到的大量故障信息按一定規(guī)則分配到COM?TRADE文件的子文件CFG文件、DAT文件、INF文件、HDR文件中，并按一定的規(guī)則進行整合，從而生成系統(tǒng)反演分析用的COMTRADE文件，實現(xiàn)大規(guī)模電網(wǎng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理及有效分析。本小節(jié)只討論SCADA系統(tǒng)、故障錄波系統(tǒng)子站以及保護故障信息系統(tǒng)子站采集到的故障信息在COMTRADE格式中的CFG、DAT、HDR、INF文件中的分配情況，第3節(jié)將會詳細討論網(wǎng)絡報文分析系統(tǒng)與COMTRADE格式文件的整合。

（1）DAT文件與故障數(shù)據(jù)信息

DAT文件與故障數(shù)據(jù)信息對應情況如表1所示，由表1可知，采樣得到的電網(wǎng)模擬輸入量以及表征開/關(guān)信號輸入的狀態(tài)信息應該被分配到DAT文件中，因此將SCADA系統(tǒng)中的遙信變位信息與保護故障信息系統(tǒng)中的保護信息分配到DAT文件中。

（2）CFG文件與故障數(shù)據(jù)信息

CFG文件詮釋了DAT文件包含的信息，用于正確地說明DAT文件的格式，，因此故障數(shù)據(jù)信息在CFG文件中的分配應與DAT文件保持一致。

表1 DAT文件與故障數(shù)據(jù)信息對應表

（3）HDR文件與故障數(shù)據(jù)信息

作為引導文件，HDR文件主要為用戶提供一個附加信息的說明樣本，便于用戶清楚地了解暫態(tài)記錄的條件，可將故障信息中的動作類型如差動、速斷、失靈、距離保護一段等融合到HDR文件中。保護故障信息系統(tǒng)子站中的保護告警信息分配到HDR文件中。

（4）INF文件與故障數(shù)據(jù)信息

作為信息之外的特別信息，可將故障信息中的波形信息、地理位置信息、動作事件、SOE信息等融入到INF文件中。SCADA系統(tǒng)中的SOE、故障錄波系統(tǒng)子站中的錄波簡報和故障錄波文件以及保護故障信息系統(tǒng)子站中的保護事件分配到INF文件中。

多源故障數(shù)據(jù)在COMTRADE文件中的分配情況如圖2所示。

圖2 故障數(shù)據(jù)在COMTRADE文件中的分配

3 SV、GOOSE、MMS數(shù)據(jù)與 COM?TRADE格式文件的整合

無論是智能變電站過程層網(wǎng)絡中以SV、GOOSE報文為主的所有類型報文，還是記錄智能變電站站控層網(wǎng)絡中以MMS報文為主的所有報文都可與COMTRADE錄波文件進行整合建模。這里只給出了基于站控層MMS數(shù)據(jù)信息與COMTRADE錄波文件的整合模型建模過程，SV、GOOSE報文與COMTRADE錄波文件的整合建模過程與此類似。

建立整合模型的基本原理：根據(jù)站控層MMS信息中保護動作、保護告警和開關(guān)刀閘變位信息，確定相應一次設備位置，將其和COMTRADE錄波文件中相關(guān)一次設備的錄波通道關(guān)聯(lián)起來，從而完成了基于站控層MMS信息與COMTRADE錄波文件的整合過程。電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，基于站控層MMS信息與COMTRADE錄波文件整合模型實時記錄并上傳變電站內(nèi)相關(guān)繼電保護裝置產(chǎn)生的保護動作、保護告警以及斷路器刀閘變位事件等信息。

基于MMS信息與COMTRADE錄波文件整合模型建立方法如圖3所示，

圖3展現(xiàn)了基于MMS信息與COMTRADE錄波文件整合模型建立的過程，這一過程可分為六個步驟。

步驟1：獲取電網(wǎng)故障事件發(fā)生時間[t1，t2]內(nèi)MMS信息的InformationReport服務報文.

步驟2：從AccessResults的Data-reference中獲取該報文傳輸?shù)臄?shù)據(jù)集的當前值名稱。

步驟3：從AccessResults的Value中獲取具體的保護動作、保護告警以及開關(guān)刀閘變位的當前值。

步驟4：從AccessResults的DatSet中解析出發(fā)出該服務報文的二次設備的裝置名（IEDName）和邏輯節(jié)點（LNode）。

步驟5：根據(jù)二次設備的裝置名在SCD（或SSD文件中）尋找相關(guān)聯(lián)的一次設備名，同時在SCD文件中尋找Substation中包含對應IEDName的LNode，借助此LNode關(guān)聯(lián)的ConductingEquipment定位一次設備名。

步驟6：由一次設備名，在COMTRADE錄波文件中的CFG文件中獲取該一次設備名對應的錄波通道編號，然后在COMTRADE錄波文件的DAT文件對應的錄波通道編號中獲取對應的模擬量采樣值以及開關(guān)量狀態(tài)值。

由上述過程可知，Data-reference中對應的數(shù)據(jù)集當前值名稱和對應的Value能夠?qū)⒈Ｗo動作、保護告警以及開關(guān)刀閘變位等信息與具體的一次設備相關(guān)聯(lián)，同時根據(jù)一次設備名易從COMTRADE錄波文件中對相應的錄波通道進行定位，從而以一次設備名作為連接點，將MMS信息中的保護動作、保護告警以及開關(guān)刀閘變位信息與COM?TRADE錄波文件中的錄波通道信息相關(guān)聯(lián)。

根據(jù)以上方法獲取整合模型相關(guān)信息，建立以數(shù)據(jù)表為載體的MMS信息與COMTRADE錄波文件的整合模型。

圖3 基于MMS信息與COMTRADE錄波文件整合模型建立方法

基于MMS信息與COMTRADE整合模型信息層級結(jié)構(gòu)包括三部分：一次設備名，MMS信息要素以及COM?TRADE錄波文件要素。一次設備名用于區(qū)分不同研究對象，是整合模型的主要特征。MMS信息要素包括保護動作信息列表、保護告警信息列表和開關(guān)刀閘位置變位列表，其中保護動作列表可分為保護動作狀態(tài)值和保護動作時間，保護告警列表可分為保護告警內(nèi)容和保護告警時間，開關(guān)刀閘位置變位列表可分為開關(guān)位置變位狀態(tài)值、開關(guān)位置變位時間、刀閘位置變位狀態(tài)值和刀閘位置變位時間。COMTRADE錄波文件要素包括模擬通道采樣值列表和開關(guān)量通道狀態(tài)值列表，其中模擬量通道采樣值列表包括采樣值時間和采樣值和計算值，開關(guān)量通道采樣值列表包括采樣值時間和采樣值狀態(tài)。

該整合模型的信息層次結(jié)構(gòu)如圖4所示，

4 結(jié)束語

本文基于目前用于繼電保護故障分析的數(shù)據(jù)分散在不同的、相對較獨立的系統(tǒng)中，還沒有一套完整系統(tǒng)來整合這些獨立系統(tǒng)的采集數(shù)據(jù)這一現(xiàn)狀，提出了將從故障錄波子站、保護故障信息系統(tǒng)子站、SCADA、遠動系統(tǒng)采集得到的故障波形文件、保護動作報告、開關(guān)動作狀態(tài)等有用多源故障數(shù)據(jù)信息進行整合，并將其與COMTRADE格式文件的子文件CFG文件、DAT文件、INF文件、HDR文件進行互聯(lián)，完成了基于MMS數(shù)據(jù)信息與COMTRADE錄波文件的整合模型建模，有效解決了數(shù)據(jù)不全等問題，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站二次數(shù)據(jù)的綜合利用，為設備的狀態(tài)評估提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

圖4 基于MMS信息與COMTRADE錄波文件的整合模型信息層級結(jié)構(gòu)

下一步的工作將圍繞對采集數(shù)據(jù)信息進行綜合分析來展開，以期還原整個故障系統(tǒng)的信息，為繼電保護和故障分析提供依據(jù)；基于該整合數(shù)據(jù)，還可開發(fā)故障信息綜合分析系統(tǒng)的高級分析功能，實現(xiàn)故障定位和保護動作邏輯時序分析。

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