继电保护及故障信息系统研究

张火良

（广东电网有限责任公司茂名供电局，广东 茂名525000）

1 继电保护及故障信息系统概述

电网中包含大量的保护装置、录波器及安全自动设备，二次装置是复杂且多样的，它在保障电网的安全稳定运行、满足电网运行管理和调度等多重需要的方面发挥着重要的作用，为整个电网的数据传输和共享提供了平台。一般说来，较完善的继电保护及故障信息系统应该包含下列数据：（1）电网正常工作时的数据。继电保护及故障信息系统应该及时收集和反映电网正常工作时的情况、变电站一次设备的运行及检修等情况、变电站二次装置的运作情况、保护装置的检测报告及发生异常情况的信息等数据。（2）故障发生后的数据。继电保护及故障信息系统应该及时收集和反映电网故障信息（如故障发生的位置、故障录波器的全过程录波信息等）。（3）静态的继电保护数据。继电保护及故障信息系统应该及时收集和反映其配置情况、操作人员的档案和工作记录、相关的图纸数据等。

2 继电保护及故障信息系统结构和数据传输方式

2.1 继电保护及故障信息系统的结构

图1为继电保护及故障信息系统结构图，从图中可知，整个系统包括设备层（包括故障录波器、微机保护和GPS等设备）、子站层（主要是对终端设备采集到的故障信息进行简单处理）、通信层（将子站收集和预处理过的信息上传给主站层，以便操作人员进行管理）和主站层（包括打印机、调度工作站、数据服务器和调度管理系统等，主要是对上传的各种数据进行分析和处理，并通过与其他系统间进行数据的共享，来完成操作人员的管理）。

图1 系统的总体结构框架

2.2 继电保护及故障信息系统的数据传输方式

由于目前各地电力通信网络的建设存在着较大的差异，因此各个商家在开发继电保护及故障信息系统时会采取不同的数据传输方式，但大体上可以划分为以下2种：（1）系统使用一条通话线路，通过Modem，子站就近接入本地区的电力行政电话交换机，这样整个系统可以通过拨号方式传输数据；（2）系统的主站和子站都采用2M数据通道接口，这样整个系统就可以通过电力数据通信专网来对数据进行远程传输。

如果采用拨号的方式远程传输数据，那么继电保护及故障信息系统数据传输所需耗费的时间将会较长，且传输过程中容易发生错误，大大降低数据的准确性和及时性。在实际操作中，一旦电力系统发生故障，继电保护及故障信息系统就会采集到大量数据，这时采用拨号方式就不能迅速且准确地对数据进行传输，使得电力系统的故障无法及时得到分析和解决，继电保护及故障信息系统的作用也就无法实现。因此，目前大多厂家在构建继电保护及故障信息系统时，都会采用2M数据通道进行数据的传输，这样能够保证数据传输的及时准确。

在继电保护及故障信息系统中，子站将数据传输到主站的方式有两种，一种是子站将数据被动上传给主站系统，另一种是子站将数据主动上传给主站系统。在继电保护及故障信息系统中，绝大多数信息都是由子站传输给主站的，只有少量访问信息是由主站传输到子站的。因此在构建继电保护及故障信息系统时，要想及时准确地将子站的数据传输给主站系统，就必须确保2M数据通道具有很高的传输速率，对子站流向主站系统的数据进行优化。

3 继电保护及故障信息系统业务开展步骤和数据流程

3.1 继电保护及故障信息系统的业务开展步骤

图2为继电保护及故障信息系统的业务开展步骤。

图2 继电保护及故障信息系统的业务开展步骤

（1）转换规约：由于不同IED装置会生成格式各异的原始数据，此时转换规约环节就会将这些格式不同的原始数据转换成统一格式，以便数据传输和共享，同时保证原始数据的完整性；

（2）对子站采集的数据进行预处理：当电力系统发生故障时，继电保护及故障信息系统的子站会采集到大量的原始数据，而这些数据并非都有用，如果全部上传给主站，会延长传输时间，并增加操作人员的工作量。此时就需要对子站采集到的大量原始数据进行预处理，剔除冗余数据，保留有用数据；

（3）对站内信息进行分级：本环节会对站内的大量故障信息进行分类和分级，将整理后的数据发送至具有不同需求的用户，这样才能更好地服务于各个用户；

（4）主站对综合数据进行处理：在这个环节，主站会对子站收集并上传的各种故障信息进行分析和处理，对各种保护装置所采取的行为进行判断，并且给出故障分析报告；

（5）对各种站内装置进行实时监控：在这个环节，继电保护及故障信息系统会对站内的各种装置进行实时监控，并将监控结果以文本、图标或曲线的方式显示给操作人员；

（6）对各种故障信息进行分析，并为操作人员提供决策依据：在这个环节，继电保护及故障信息系统会对子站上传的各种故障数据进行分析和处理，为操作人员排除故障提供决策依据，并对各种不同类型的故障进行分类、筛选和总结；

（7）对各种故障信息进行发布：在这个环节，继电保护及故障信息系统会对电力系统的各种历史故障数据进行多角度的统计和分析，并最终以Web的形式加以发布。

3.2 继电保护及故障信息系统的数据流程

（1）当电力系统发生干扰或故障的时候，继电保护及故障信息系统的保护及录波装置就会自动启动。

（2）保护装置和录波装置启动后，会采集现场设备的各种故障数据，然后将这些数据通过专业通道传输给子站系统，子站系统会对采集到的数据进行分析和判断，以此来确定电力系统发生的是干扰还是故障，并将分析后的数据和结果存入相应的数据库。

（3）如果经过分析和判断，子站系统确定电力系统发生的是故障，那么就会利用各种技术准确判断电力系统发生故障的时间，同时确定故障线路和类型，然后启动数据压缩模块对故障数据进行压缩，并将压缩后的数据传输给调度中心主站系统，再通过对线路故障进行定位和测距，为管理人员提供信息参考。

（4）自动化系统可以将保护动作信息迅速及时地传输给调度中心，调度中心会对子站传来的各种压缩故障数据进行解压缩，并更加精确地判断故障发生的元件，启动多测量测距模块来对故障发生的部位进行准确定位。

（5）经过上述步骤后，主站系统会将故障发生部位、故障设备模拟量数据、故障测距数据和电网静态数据传输到“保护、开关动作行为评价模块”，这个模块会对各种离散信息进行预处理，判断故障发生时保护、开关所采取的动作是否恰当，并形成完整的报表供操作人员进行决策参考。

4 结论

未来继电保护及故障信息系统在开发和设计时，要重点考虑如下因素：（1）在一次系统建模时采用IEC61970标准，在系统通讯模型构建时采用IEC61850标准，这样能确保应用软件可以在各种不同的平台上运行；（2）采用分布式结构体系，不仅支持不同的编程语言而且支持不同的操作平台；（3）保证对象组件的即插即用，这样不仅能使子站系统连接到任意支持所用标准的主站系统上，而且还能确保不同生产厂家、不同通讯方式的设备能顺利地连接到子站系统中，并且系统功能不受到任何影响。