继电保护运行与故障信息自动化管理系统赵自刚　黄华林　赵春雷　周纪录摘　要　为提高电网事故分析水平，河北南网建成继电保护运行与故障信息自动化管理系统。介绍了该系统的实现方案、配置和功能，分析了该系统对站端信息的需求，该系统与远动系统、变电站监控系统的关系以及系统中管理机的作用，并对通信接口设计和数据规范处理进行了说明。
关键词　继电保护　故障信息　管理
分类号　TM73　TM77AUTOMATICMANAGEMENTSYSTEMFORPROTECTIVERELAYINGOPERATIONANDFAULTINFORMATIONZhaoZigang
HebeiElectricPowerDispatchingandCommunicationBureau，050021，Shijiazhuang，ChinaHuangHualin
ChengduFuheElectricGroupInc.，610041，Chengdu，ChinaZhaoChunlei，ZhouJilu
HebeiElectricPowerDispatchingandCommunicationBureau，050021，Shijiazhuang，ChinaAbstract　AnautomaticmanagementsystemforprotectiverelayingoperationandfaultinformationisdevelopedinSouthHebeiPowerNetworktoimprovefaultanalysislevel.Thispaperintroducestheimplementationmethod,dispositionandfunction.Theinformationrequirementofthesystemonthestationside,therelationshipofthesystemtoremotesystemandsubstationmonitoringandcontrolsystem,thefunctionsofthemanagementcomputeraredetailed.Thedesignofcommunicationinterfaceandstandardizeddataprocessingarealsodescribed.
Keywords　protectiverelaying　faultinformation　management0　引言
　　近年来，将计算机网络技术和数据通信技术应用于电力系统，搜集站端的故障录波数据、保护动作和运行信息，并自动传送到调度端，以提高电网事故分析的技术水平，成为电网调度运行管理部门继提高故障录波器的性能之后追求的又一个目标［1～3］。本文总结了河北南网“继电保护运行与故障信息自动化管理系统”的开发与应用实践经验，对相关技术进行了分析。1　系统实现方案
1.1　性能要求
　　a.系统相对独立。考虑到保护信息与远动信息内容及系统构成的不同，采取两者相对独立的方案，即保护系统自行采集数据，且不经远动系统传输。
　　b.具有通用性和可扩充性，以解决不同厂家、不同型号保护装置通信规约、数据格式不同，甚至接口也不同的兼容性问题。
　　c.系统中的任何一个设备、任何一个数据均采用唯一标识，以便直接查询或修改某一个量，进行设备运行状态检查和各种统计等。
　　d.系统信息资源共享，可连接多个调度终端。
1.2　系统组成
　　系统组成如图1所示。调度端1台微机可同时接收4个变电站送来的信息，如需要还可扩充。所有管理机和分析工作站组成一个基于Windows95/NT的局域网。站端1台微机最多可管理255台微机型设备，1台GPS供站端所有设备共享。调度端可以工作站的身份挂入MIS网，并可通过网络向某些工作站传送设定的信息。
图1　系统框图
Fig.1　Blockdiagramofthesystem1.2.1　站端功能
　　每站设置1台管理机，管理系统不影响原有继电保护和故障录波装置的独立运行。自动采集、过滤、打包和传送系统故障与装置异常情况下的报文。各类信息可就地显示、打印、向当地监控机传送；设有与监控机或综合自动化系统的接口，实现信息交互共享。监视保护和微机故障录波装置的日常运行状态，能以开关量变位的形式反映非微机型保护的动作和告警情况。具备自检功能，并能给出响应报告。厂站失去交流电源时，系统能利用站内直流电源正常工作。通过软件设置完成不同配置厂站的通信系统软件配置。多个管理方可共享站端软硬件资源。
1.2.2　调度端功能
　　在故障发生后2min内，以图形方式将故障信息按发生的先后顺序显示在调度端屏幕上，并可重演。能对保护和录波数据进行综合分析及对设备运行状态作出判断等。可对站端信息分类统计归纳。能管理由100个厂站组成的系统，并能方便地扩充。能同时接收多个厂站送来的各种信息，并可将综合信息送至指定位置。通过调度端主机可访问各厂站的管理机，并能通过站端管理机进一步访问具备条件的各种装置。2　关键技术
2.1　通信接口设计
　　由于各种保护设备尚无统一的通信接口和通信规约，因此首先要解决通信接口问题，包括硬件接口电路和通信规约的软件编制。对RS—232，RS—485，RS—422通过通信转换器转换为一种接口方式。考虑到通信距离和速率等与通信可靠性有关的指标，转换后的接口电路采用RS—485方式；对于LonWorks网络则采用专用网卡。为每一种装置（软、硬件不同即视为新装置）编制了不同的规约转换程序。但对LFP—900系列保护［4，5］等具有系列相似性的规约转换程序则设置公用入口和出口，配以不同的信息对应表，以节省程序代码。
2.2　数据的规范处理
　　目前国内不同厂家的各种保护或录波装置的通信规约、数据格式、数据类型均不同，将这些数据统一成便于处理的数据格式，即实现数据的规范化处理，是解决整个系统通用性和信息共享的首要任务。
　　目前保护和录波装置提供的信息［6］主要有自检信息、事件信息、故障报告、时间信息、装置定值、模拟量值、开关量状态、采样波形，可按一定的信息属性进行分类，形成规范的数据格式，便于存储、传送和调用。
2.3　数据共享
　　同一网络的数据共享方面，考虑到数据的安全性和不同人员对信息的不同要求，为不同的数据服务对象设置了不同的操作权限和提供不同的信息服务，同时还考虑了用户对数据管理灵活性的要求。通过事先规划好数据服务器等网络配置，并采用SQL数据库技术，较好地满足了上述要求。
　　不同网络的数据共享方面，由于运行装置的管理和维护责权分离，需考虑各级运行和管理部门对站端信息的共享，以提高管理水平，节约系统投资。在已实现的管理系统中，最多可以设置5个不同级别的管理方。3　经验与认识
3.1　对站端信息的需求分析
　　数据采集部分的设计取决于对站端信息的下列需求分析：
　　a.用做事故处理的依据。电力系统发生故障后，目前，多是通过厂站值班人员人工观察和记录后通过电话汇报，其准确性和快捷性都不能令人满意。尤其对复杂事故的处理时，及时、准确地获取故障后保护动作信息和录波数据具有十分重要的意义。
　　b.用做事故分析的科学根据。故障后迅速传送到调度端的准确、完整的保护动作和录波数据对保护人员及时、准确地掌握电网故障情况，分析保护动作行为，排除事故分析中非技术因素的影响，提高事故分析水平，具有十分重要的作用。
　　c.用做提高运行管理水平的基础数据。该系统可实现对全网保护和录波装置运行状况的实时、动态监测，可缩短保护装置的异常停运时间，提高其运行率和可用率，为实现保护装置状态检修的自动化管理奠定基础。
　　d.拓展故障数据的应用范围。利用站端信息建立继电保护故障处理和运行管理决策支持系统，可与继电保护管理和统计分析程序接口，通过联网采集多端同步数据，便于打破专业分工界限，便于对电网安全稳定性的深入研究。
　　总之，站端信息将是整个继电保护信息系统极为重要的组成部分，是调度和生产管理现代化所需要的基础数据，只有符合“准确、快捷、完整”的要求，才能满足电力系统日益增长的需求。
3.2　建立继电保护运行与故障信息自动化管理系统的目的
　　根据继电保护在电网中的地位与作用，建立继电保护运行与故障信息自动化管理系统的目的已不仅是服务于继电保护专业，而应是建立一个满足电网调度和运行管理等多重需要的网络，按业务流程组织和应用数据，为调度和生产管理现代化服务。
3.3　数据采集和信息传输方式
　　常规变电站为减少对现有串口通信能力不完善的保护装置的改造，降低系统成本，不影响保护工作的可靠性，宜采用保护和录波装置经串口（有网络通信能力的通过网络连接）与管理机连接的方式，由管理机集中搜集和处理有关信息。
　　已实现综合自动化或计算机监控的变电站，如保护装置本身具有网络通信能力，可由管理机直接从网上搜集信息；对开关量和信息不上网的装置，由管理机集中搜集和处理，必要时再经管理机送当地监控机和调度端。
　　目前采用Modem自动拨号，压缩打包后经电力系统专用通信网传输的方式。待国家电力数据网络［7］的“三级数据网”建成后，经数字接口接入高速数据网，以提高传输质量。
3.4　管理机的作用与地位
　　设置在站端的管理机，其主要作用是：搜集、过滤信息，规约转换，打包传送，作为联系调度端和站端保护设备的桥梁。通过管理机的过滤，可做到只传送最能表述事件本质特征的信息，即与故障直接相关的保护动作报告，故障前后的采样数据和录波报告等可随后再传，其他厂站的信息等待召唤。
　　管理机的数据压缩还可有效减少传输时间。这一点在建成高速数据通信网之前尤为重要。
　　考虑到目前继电保护数据尚无统一规约，且一个厂站往往是多个厂家不同时期的产品“共济一堂”，如不就地进行规约转换，则不易与综合自动化/监控系统接口，且将加重监控主机负担。因事故时正是监控系统最繁忙的时刻，将影响厂站端对事故的处理，并影响向调度传送信息的实时性。对站端与调度端通信，若站端不做规约转换，只做“二传”，将有许多冗余数据占用传送时间，并增加调度端主机的工作量。同时，非特征数据也易分散事故处理时的注意力。若另在监控系统中设管理机，则与前述管理机的作用无异。因此，在厂站端设管理机并进行规约转换，再将信息分送当地功能和调度端，最经济合理。
3.5　与远动系统的关系
　　由于保护信息与远动信息专业要求不同，采集的对象和处理的目的均有区别，因而对采集的数据量、数据格式、实时性要求及可靠性要求也就不同。
　　a.远动信息主要是为实时调度服务，采集的信息量较少，但实时性要求很高（传输时间一般不大于3s，特殊的小于1s）；而保护信息管理系统采集的是保护动作报告（含故障前后的采样数据）、装置运行状态、定值维护情况、录波信息等庞大的数据。
　　b.保护系统的数据格式无法统一成电力行业标准规定的CDT或Polling规约。保护信息不宜与运动系统共用传输通道。
　　c.保护信息主要用于评价和分析，而不是用于实时控制，因而其数据采集和处理要保持中立。保护信息对于保护运行管理部门而言更具重要性，宜主要[1][2]下一页