浅谈继电保护的标准化设计与应用

罗荣芳

【摘 要】本文通过对电力系统一系列的描述，并提出了针对发电企业继电保护专业的、基于通用的“IEC61970”标准的CM模型来建模的全过程软件应用系统。

【关键词】继电保护；信息化；标准化

1.系统功能设计

在充分调研了本单位继电保护专业业务工作的基础上，提出了如下系统功能要求：

（1）系统以图形化建模为基础，以B/S为系统架构方式，实现可视化故障计算、整定计算。包括设备基础数据建立、维护以及在此基础上的设备各种属性和连接情况动态、便捷地查询和维护。

（2）实现图形化以设备为核心的设备定值单管理流程，建立完整的定值单建立、审核、下发、签收、执行、回执等规范的、流程化的闭环管理模式。

（3）实现图形化的以设备为核心的设备缺陷管理流程，建立完整的设备缺陷申报、审批、处理、回执、验收等规范的、流程化的闭环管理模式。

（4）实现图形化的以设备为核心的设备校验、反措、设备运行情况统计报表等一系列规范化、流程化的管理模式。

（5）同时对设备的各种图纸、资料以及在管理流程中生成的文档进行集中、统一、有效的管理，形成一套相对独立的图纸管理系统。

（6）与设备相关的其他管理环节也可以纳入到这个统一的平台里。

2.技术实现

2.1 C/S和B/S相结合的混合模式

继电保护全过程管理系统采用C/S和B/S相结合的混合模式，C/S客户端负责电网图形建模、基础数据、组织结构管理和权限维护，而其他应用是基于B/S客户端。系统基于net框架，C/S部分采用C#开发；B/S部分采用aspnet开发。

2.2基于IEC61970建模，实现图形、数据、模型一体化

IEC61970中的公共信息模型是一个抽象模型，它描述电力企业的所有主要对象，特别是那些与电力运行有关的对象。通过提供一种用对象类和属性及它们之间的关系来表示电力系统资源的标准方法，用以实现不同独立开发的管理系统之间的集成。基于CM的公共语言（即语法和语义），使得这些应用或系统能够不依赖于信息的内部表示而访问公共数据和交换信息。

CM模型作为通用的国际标准，在电力行业中得到广泛应用，许多系统已经遵循CM标准，如：EMS系统、数据中心、调度管理系统。因此，遵循CM标准，为更好地与其他系统进行信息交换和应用集成建立基础。

2.3系统的多层体系架构

系统分为数据层、服务层和表现层。

2.3.1数据层

继电保护全过程管理系统的数据层包含保护专业应用的业务模型和实例数据，该部分数据主要由业务应用平台管理维护，但其中部分数据，如设备台帐信息等，也被图形应用平台共享和复用；系统的数据层还包含图形数据，此部分数据主要由图形应用系统管理维护。数据层的总体设计原则是：模型统一，数据唯一，尽可能避免数据冗余现象，降低数据维护工作量和复杂度。

2.3.2服务层

继电保护全过程管理系统的服务层主要由业务应用系统服务和图形应用系统服务构成，采用面向服务架构为表现层或第三方系统提供业务应用和图形应用服务。业务应用系统包含故障计算服务、定值整定服务、仿真计算服务、任务调度服务、消息服务、工作流服务、基础业务服务、报表服务、虚拟文件服务等；图形应用系统包含专题图服务、查询定位服务、拓扑分析服务等功能。业务应用系统和图形应用系统均通过统一应用平台中的通用数据访问组件与底层数据库进行交互。

2.3.3表现层

继电保护全过程管理系统的表现层分为C/S和B/S模式。C/S客户端主要由系统管理员和专职人员使用，基于统一的客户端框架，可实现电网图形编辑、基本数据维护和组织结构及权限维护等高级应用功能。C/S客户端无需配置数据库软件，只需初次安装应用平台客户端，能以HTTP通信方式访问远程应用服务，并可自动升级。B/S客户端为最终用户提供了日常工作中表单填写、流程处理、统计查询、图形浏览等界面，可实现绝大多数业务应用功能。

用户第一次运行时，从服务器上下载用于图形显示的绘图机ActiveX组件。系统的客户端运行于Windows操作系统，浏览器采用IE6及以上版本。

2.4部署模式

在逻辑上，虽然部署了数据库服务器、Web服务器、图形服务器，物理上可通过一个服务器实现。除了面向本单位继电保护人员及其他相关部门应用的客户端外，还可通过路由器供上级管理部门登录查询了解相关信息。

3.关键技术

继电保护整定计算是本系统的核心功能和技术难点，本文采用了如下技术路线。

3.1数学模型的自动生成

单位电气接线通过图形建模环境建立后，软件将各电气元件抽象为支路和节点，自动进行拓扑分析，并对支路及其节点编号，生成支路节点关联矩阵。这种方法使得数学模型与应用模型自适应，而且用户无须具备电力系统分析知识，对应用人员没有特殊要求。

3.2故障分析

软件根据应用场合采用了多种分析方法，大多数情况下采用了成熟节点阻抗法进行计算，个别情况应用节点导纳法并辅之以稀疏法，建立了一个通用的功能强大的故障分析平台。可在各种运行方式下对电网内各种位置、各种类型的故障继续计算，输出的计算量包括故障点和全网各支路的电气量，电气量的类型包括全电压、全电流、序分量等。还可计算输出全网各母线的等值阻抗。

3.3整定计算

继电保护的特点是种类繁杂，所采用的原理多种多样，而且低压系统保护的型号众多，更新换代的周期较短。为了适应这些情况，本文采用了“专家系统”的技术。

首先创建了一个通用的继电保护知识表示体系，按照保护屏、装置、CPU、保护功能、定值项、整定原则、整定公式、变量的层次来描述继电保护。对于任何一个特点型号的保护装置，均可按上述体系建立其模型，并对每一个层次进行描述、定义，其中对整定原则、整定公式、变量的规则维护即是专家知识的体现。

在此基础上，整定计算根据保护的配置以及必要的启发信息，自动调用专家知识，推理得到保护装置的定值。

4.系统应用

系统开发完成后，在本单位进行了应用。某公司有自备发电机组12台，经升压后接入110kV变电站，110kV升压站7座，110kV线路23条。首先根据本单位的实际情况建立了电网的一次电气模型和保护二次模型；利用软件提供的故障分析功能对全网各母线处的短路故障进行了计算和校验，结果与人工方法计算的结果吻合，全网各母线等值阻抗计算结果也与以往全部一致；继电保护装置管理和定值单管理，符合现场实际。系统对继电保护专业的利用系统提供的整定计算功能对全网主设备保护和厂用电保护全部进行了整定计算，形成的计算书过程详尽，结果正确。总而言之，系统的功能覆盖了电网继电保护专业的全过程应用。

5.结论

系统采用通用的EC61970CM模型建立电网电气模型，更好地与其他系统进行信息交换和应用集成建立基础，不会形成“孤岛”现象。

系统针对继电保护的全过程应用设计，既包含了常规MIS的信息管理，又实现了继电保护专业的高级应用，有力地支撑了继电保护工作。提高现场继电保护专业整定计算工作和管理工作的自动化水平，改善了继电保护专业工作的局面，提高继电保护专业整定计算工作的准确性、快速性，推动新技术在电力系统中的应用，适应电力系统当前数字化、信息化建设的要求。同时反映出我国通信技术发展得突飞猛进。 [科]

【参考文献】

[1]徐驰.继电保护设备管理信息系统的开发与应用[J].电力系统自动化，2004.

[2]宋福海，黄巍，卓枕警.继电保护故障信息系统的实用化建设[J].福建电力与电工，2008.