继电保护运行与故障信息自动化管理系统

中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局 李天达

网络信息技术应用在电力系统中已经成为了必要趋势，为了更为有效的提升通信水平，计算机技术与电力系统的融合是必要条件，主要针对的就是解决故障信息带来的工作干扰。而计算机技术与通信系统的结合可以进行实时监测，当电力系统出现故障的情况下，其故障信息会传到终端服务器，方便工作人员对故障信息进行分析与数据记录，及时找到故障原因或故障位置，确保电力系统的稳定运行不会受到干扰。在这一过程中，自动化系统的管理主要针对于调度层的问题反馈，目前这一技术已经广泛应用于电力系统领域，可以称为是重点的研究项目。

继电保护运行故障信号自动系统在电网工作中起到了不能忽略的功能，现已成为了电网系统不可或缺的一部分。自动化功能是该系统重要的特点，对电网进行自动化监视，为继电保护人员提供准确的信息，保证监测电网信息的准确性，并对各类信息做出准确的判断，发现电网运行中可能出现的故障，并及时的进行预防处理，确保电网系统运行的安全，减少工作人员的工作量，提高电网系统运行监测效率。

1.1 继电保护运行和故障信息自动化的主要任务

智能化管理工作在整个供电系统中涵盖了控制系统许多重要方面，如对所有的一次性电气设备、二次设备等都有涉猎。智能化管理工作不仅需对在继电保护管理工作流程中形成的图表和数据信号等信息予以录入，而且也可确定其输入信号的准确性，而对于录入丢失的数据则适时予以清除、调整等管理工作。与此同时，智能化管理设备部门还需要对一次设备、二次设备的日常工作状况和有关技术参数等实施统一管理。此管理工作所需承担的管理工作内容复杂，层次较多且结构复杂，在业务管理层面上存在着相当困难[1]。

1.2 基础层

基础层应用的设备主要是故障记录仪及继电保护装置，通过线路进行连接，两者间就能实现串联以及数据共享，利用网卡联系将数据传输到终端中，整个过程属于一种设备管理信息的整合，具有相当高的准确性，尤其是对于二次设备的运行状态信息记录，例如当二次设备的压力板出现问题后终端无法搜集到退出信息，即为判断故障。为了加强信息的准确性，在这个过程中同时还会配备传感器提升信息处理的效率，确保设备运行状态下的动作信息能及时通过终端集成获取并分析。

1.3 变电站的管理层

电力系统运行过程中产生的数据可以通过管理层进行收集，管理层是全面收集信息的重要层级，并且具有处理故障信息的能力。在这一层级中配合计算机技术虚拟桌面的使用，终端可以更为全面的反馈出电力系统的运行信息，技术人员可以直接了解到信息内容并且及时做出调节。管理层在对电力系统实时监控的同时也可以自动处理限制范围内的故障问题，这个方面不仅仅包括对电气设备的信息收集与处理，同时也是对电网调控的一个功能环节。针对于电网的复杂程度进行异常情况的整合，从而在终端上生成数据分析处理的报告。

1.4 通信层

传统的通信层应用主要是通过线路连接分布变电站进行数据的传输与接受，然后在进行调度端的分析，但是这个过程因为大面积的采用线路，存在有物理因素的磨损，所以对于企业的长期发展而言十分不利，且线路破损后会严重影响到数据传输的可靠性。但是通过无线网络进行管理的自动化系统，可以构建起更为科学合理的通信网络，这有助于提升电力系统的运行稳定性，有效保障电网在运行过程中的数据传输效率，例如采用以太网来进行实时数据传输，电力系统的动力操作也能得到一定支持。

1.5 调度层

这个级别需要强大的数据处理功能，而且在数据采集方面也比较突出，分析数据信息的能力也应该比较强，从而实时监控二次设备运行状态，并且及时诊断电网运行过程故障分析中发生的事故类型可能导致故障的原因和类型。将这些监控信息上传到通用端口可以为调度员提供最准确的电网故障信息和端口，并且可以尽快恢复电网运行到正常供电状态，也可以使电网运行更加安全。

1.6 专业管理层

专业管理主要体现专业继电保护人员的日常操作，主要是通过选择常用模块进行快速功能设置，方便员工的日常操作。针对实际情况，接力人员通过专业管理人员与变电站管理层联系，实现电力系统故障信息的同步，并且可以方便地在调度员进行二次设备测试、设置、调用和修改保护设备的设置。当故障区域没有发现明显故障时，接力人员应注意确认管理系统是否存在故障并引起误报，并严格记录虚警事件的具体情况，以提供纠正信息反馈管理系统的日常运行情况，保证系统运行具有较高的实用价值。

主站/分站/子站三级管理模式。该管理模式在实现继电保护与运行故障信息自动管理时实现了多层架构的相互配合，分层实施管理模式，不过它也相对地比较复杂，因此管理难度也很大。对于500kV变压器，500kV部分主要由主站进行负责管理，而对220kV甚至更低的电压则主要由系统各个分台进行负责管理，而系统主站也可加以协助管理。若是使用分站管理系统，则主站通过对应的分台对所需要信号加以提供。

主站/分站独立的三层管理模式。该模式与上述模式有着较大的区别，其不同之处在于系统主站与分台间不需要联络和沟通，子站将获得相应信息的接口分别上送至系统主站与各个分站，由主站和各个分站按照实际需求对所需信息选择性的提取。该管理模式虽然对于主台站及其对应的分台在管理上有着一些区别，但是所具有的功能也基本一致。使用该模式开展信息管理工作，其主台站、各分台及其对应的子台站之间信息流动都较为简单，操作起来也没有特别困难，较上述模式更加简单。

主站/子站二级管理模式。该模式一般是由电力调度主站和变压器子站所组成，构建两级管网而不是另外的分台。该模型由于其架构的大量精简，使得系统所要传递管理的信息量及其相应连接管理工作任务量都会随之降低，对正处在发展研究阶段但还未能建立大型发变压器的系统，甚至是在大型发变压器的建立初期都更为适用。当大规模发变压器逐渐建立以后，通常都采用三级模式，以完成对大规模系统的集中管理和监控。

3.1 系统分析

根据电站内一次主机接线图与各台机二次接线图的特点，继电保护与故障信息管理系统建设的基本宗旨，是把电站内各种微机安全保护器、故障录波仪、智能电度计、电力PLC装置等先进仪器全面融入到信息系统中，并在此基础上对所收集而来的各种信息加以深入、全面的总结分析，从而对电厂电气系统，特别是继电保护专业的技术管理监控工作，提供了强大的信息技术保障，把电厂电气专业的管理能力提升至一个全新的更高层次。基于主要的任务和职能上的不同，以及HPOFAS系统的架构设计特点，该网络系统主要由主站和子站二部门组成，在主站、子站与网络安全保护器中间通过以太网组网，并实施了一定的安全保护措施。

主网站信息系统。主要由维护与录波故障状态信息系统和维护与录波装置管理运行信息系统构成，除收集各类故障状态录波器录波信息系统和微机维护信息系统等设备的有关信息内容之外，还用作继电维护与故障状态信息系统信息发布网络平台，对所有的维护信息系统进行了查阅和检索等功能。

因为该系统所收集的防护装置数量比较多，而且数据流量也很大，所以如果全部都是直接集中在系统主站上，恐怕会干扰主站上的正常工作速度，所以子站体系一般包括了第一级子站和第二级子站。两级子站的主要功能，是利用信号收集设备将保护器与录波装置上的信号向第一级子站传输；
而第一级子站不但收集部分安全保护器的信号外，还需要同时收到第二级子站上传的信号，最后再将所有信号整理后传送到保护主站。

3.2 结构设计

继电保护管理系统与故障信息管理系统的主站，是一种对电气系统中故障信号进行收集、传递、管理、分析的分布式、高标准实时管理系统；
对所收集到数据库服务器中的数据进行管理、开发，以及保障系统的正常工作。主站系统具有与子站系统接口、公开的数据服务接口等基础能力，并在此基础上形成了继电保护故障信息系统的主要应用功能。不管该信息系统发生了什么状况，都绝对不能影响继电保护控制系统、故障录波器和其他信息系统的安全、可靠性和独立工作。

一级子站系统通过PC机管理子站内所收集上来的系统和故障录波设备信号，同时利用远方通讯系统把收集后的信号传输到主站系统。一级子站还可以实现与子站内微机安全保护器、故障录波仪、智能实际应用、PLC装置的通讯，以及与各种设备间通信规约的传递，以及与各种装置之间也能够通过原始设备实现的通讯规约；
还可以利用GPS对时卡接受全厂GPS系统的对时信息校时，以及对两级子站内所设的保护装置，采用网络方法实现校时；
拥有完善的可维修功能，各部分均具备自检和联机诊断校对能力。分台任何功能的实现均不能干扰保护装置的安全与平稳工作[2]。

第二级子站的任务就是收集、管理各安全保护器的内部数据信息并上传给下第一级子站，功能比较简单，此处将不再赘述。

综上，继电保护与故障信息管理系统不但可以实现在故障状况下，对故障信号的快速收集、传输与分类应用，同时还可以完成在日常工作中对微机继电保护控制系统与故障录波器的监控功能。控制系统的设计，同时兼顾了运行中值班人员、继电保护技术人员、环境保护工作人员等的需要，从而真正增强了发电厂工作中的科学指导、全面分析和安全可靠等能力。

3.3 继电保护管理和故障信息监控管理系统发展趋势与展望

通信方式统一规范，信息传送速度加快。自动化管理系统的通信方式主要是指主站与子站之间、子站与子站之间进行的通信连接，由于通信产品的生产商不同，通信接口方式各异，缺乏统一的规范要求，导致信息传送出现一些阻碍，传送速度自然不快，因而制定统一的通信规范迫在眉睫。当前我国电网调度部门正着手制定统一的通信规范，优化配置通信形式，以期清除阻碍、提升信息传输速度。

系统安全性能逐步加强。黑客、病毒等原因的出现导致了安全问题尤为凸显，在这以前因为应用能力的欠缺和经验不足，所以信息安全始终是令人为难的问题，由于一些信息安全防护体系还没有真正使用在现实生活中，所以安全防范工作还需要一点时日。

信息共享程度越来越高。现在的中国国内，超高压技术变电站的出现使监控专业人员与继电保护工作有了更深入的交流，并且该专业技术自身也相对开放，能较好地向故障信息系统进行服务，并且通常采用分层分布式方式进行运行。

信息传送越来越可靠。通信层在自动化管理系统中处于核心地位，信息传送的可靠性是自动化管理系统正常运转的必要条件，其重要性不言而喻。在现实工作中，管理人员越来越重视提升信息传送的安全性和可靠性，不断地研究又快又安全的信息传输通道，逐步改进传统的传输方法，不断完善数据传输网络，确保其畅通无阻、安全可靠。

综上，借助自动化系统，可以帮助继电保护人员开展日常的保护工作，实现功能快捷达到各种管理目的、优化管理方式，促进电网稳定发展。还可以与专业人员及时沟通，实现信息同步，方便保护人员及时开展设备测试来进行后续操作。