浅析继电保护及故障信息子站系统的方案设计

李桥

(四川省电力公司自贡自流井供电局，四川 自贡 643000)

目前，电力系统对继电保护故障信息子站系统双机的切换要求越来越高，不仅要求保护故障信息子站系统在其中每台出现问题故障时能做到双机切换，而且需要在切换过程中保证数据的安全、完整、可靠性必须完全正确。电子系统调度自动化（SCADA/EMS）系统和相关技术在目前已经非常完善，电力网络一次系统运行监控、管理、分析的自动化水平也已经得到了卓越的发展和进步。

根据电力系统结构的本身特点，且电力系统继电保护及故障信息管理系统应该具备层次化的结构特性，其结构应该包括有：监控管理中心主站系统；置于变电站内的子站系统；保护、录波器等二次装置。顾及到大量保护及录波器等二次装配的复杂及多样性，在变电站内设置了继电保护与故障信息子站系统（又称为PRFIS 子站系统）将是PRFIS系统实现成功的关键。并且根据IEC 61850 等相关技术标准、采用OMG分布式系统和CORBA设计实现高性能的PRFIS 子站系统。

一、系统设计目标

作为构成继电保护及故障信息系统的变电站层子站系统的PRFIS 子站系统，它主要设计的目标可以概括为：

1、数据汇集与转发；实现主站与二次设备之间的有效数据通信是在二次设备与PRFIS 子站系统互联的“通信网关”下在节省通信资源及减小通信的前提下进行的。

2、数据的缓冲：内部配有小型数据库系统，可实现故障数据的缓冲处理，从而增强整个PRFIS系统的安全可靠性。

3、数据预备处理：信息的预处理部分可以实现，比如信息过滤等等。既可以减轻主系统的压力，又可以提高处理数据的效率。

4、多样性设备的阻挡，整个PRFIS系统的可维护和可扩张性的提高：PRFIS 子系统可以连接“即插即用”式的不同厂家及型号的二次设备的通讯规约库，可以对主站阻挡连接多样性的二次设备，确而保证整个PRFIS系统的可维护性、可扩张性和开放性。

5、远程维护：在授权充分的条件下远程维护就如身临在现场，特别对于没有值班人员时，对系统的维护及管理带来了极大的方便。

6、对时：二次装置的时钟源需要具备硬对时与软对时的功能。

7、具有自检能力的子站系统，能够产生自检报告，向主站系统上报。

8、强大的就地功能。用户可以使用便携式计算机、子站后台及站内监控后台等方式使用维护接口及维护软件的对系统进行维护。子站系统可以安装任何工具软件以实现对子站系统的管理。

二、硬件平台

采用目前最先进的嵌入式硬件系统的思想设计的PRFIS 子站系统主机硬件系统，全部的硬件系统不仅小巧，并且可靠及耐用。模块化和分层分布式是嵌入式子站管理机采用的结构，装置是由多个智能模块组成，模块类型主要有主管模块、交换机模块和装置接入模块、I/O 模块、电源模块、GPS对时模块、等。各个智能模块之间通过高速背板总线交换着数据，不仅仅每个智能模块间可以自由的正常工作，其它模块之间也可以充分的相互配合。PRFIS 子站系统的特点主要有：

1、主机装置化，只有2U 高度的整个系统，有典型的装置化特点。尺寸的要求符合机柜的要求，可直接安装在机柜上。2、功耗低。全部装置消耗不超过15W，无需任何散热设施。3、可以连接键盘、显示器。根据要求使用标准的显示器和PS2 键盘。4）支持220V交直流电。5）多种通讯方式可兼容。可在通过不同连接方式，通过一个端口实现多种通讯方式的兼容，无需任何跳线。6）光电隔离设计。运用在所以的通信端口，保证PRFIS 子站系统主机运行时不会受到外界干扰，同时芯片也采用了防静电设计，可抵抗高达1500V的静电。7）RJ45 接口，既方便又可靠。此接口专业用在高速以太网连接的接口。8）可扩充性。可以通过装置本身本身自带的USB 接口和网口，可连接各种标准扩展设置。

三、软件系统设置。

软件系统的设计从软件系统设计、操作系统平台、端口处理线程与“即插即用”、主处理进程、数据库系统、基于IEC61850的CORBA服务器、PRFIS 子站系统应用工具软件体现。

1、软件系统设计

PRFIS 子站系统关键的软件结构包括：端口处理线程、主处理进程、数据库管理系统、事件处理程序、基于IEC61850的CORBA服务器

2、操作系统平台

PRFIS 子站主机系统采用的是嵌入式操作系统。此系统比现代系统运行稳定、可靠、高效、安全并且易维护，供给了强大的网络功能，便于远程管理。

采用此系统的内置标准数据管理系统，为故障信息的处理、管理与使用提供了有力保障。

3、端口处理线程与“即插即用”

本线程由主处理进程系统启动时，据存贮在数据库中的信息自动启动，一个通信端口相对应端口处理线程，负责处理相应端口上所以智能二次设备的通信程序，端口处理线程会根据配置好的信息确定相应的通信规则，并配置相应的规约处理程序。对应的端口处理线程会处理和全部保护及录波器等的二次装置的通信任务，支持二次装置的即插即用是其规约处理程序的可配置性致使PRFIS子站在软件体系结构。

4、主处理进程

PRFIS 子站软件系统复位启动时的入口程序之一有主处理进程，它的功能主义包括了：根据系统配置信息自动启动和管理端口处理线程，分别实现了各端口处理线程、数据库管理系统、CORBA服务器、事件处理器之间的异步通信，并且也可作为核心调度程序实现信息中转。

5、数据库系统

数据库统一管理端口处理线程收集并且处理的数据，再由数据库统一提供访问与安全管理机制，方便故障信息的处理和共享。也可经过数据库集中的管理产品系统参数配置，可提高产品的运行于维护的方便。稳定、可靠及高效。

6、事件处理程序

若电网出现故障时，PRFIS 子站系统一方会自主的搜集关于设备的故障信息，另一方面会将搜集到的信息传递到主站系统，形成非常完整事件的处理流程，事件的处理程序是在IEC61580 标准中面向对象的通用变电站事件信息结构定义和通用变电站事件模型设计的。

子站系统所连接二次装置中所产生事件的记录信息是由事件处理程序负责，并转换成为GOOSE 定义的事件信息结构，再采用标准的事件通知服务技术，然后服务接口调用运行于PRFIS 主站系统的时间通知服务器的接口任务，将事件推向主站系统，从而实现二次装置产生的数据信息主动送上。

四、基于IEC61850的CORBA服务器

1、关于 IEC61859

IEC61850 作为变电站通信和系统技术标准，它的核心内容规范要建立在信息模型上的抽象通信接口服务的变电系统的信息模型。但是其实质的目的是实现变电站系统与其他自动化系统开放地互联及互相操作与变电站自动化系统内部智能设备之间开放的信息互操作。IEC61850 所规定变电站系统的信息模型和抽象通信接口服务，并且全部采取面向对象的思想构思，因此需要经过映射处理。

2、OMG分布式系统标准与CORBA技术的实现

网络化硬件环境是PRFIS 子站的软件系统的基础，但是应用程序在网络环境下也是需要分散的。因而组成全部软件系统的各个组成部分分别运行在网络内不同计算机平台上的，并且能够协调运行。分布式系统可以使用网络和计算器资源得到充分有效的运用，但其就像本系统开发的背景一样，通常具有不同的硬件平台及操作系统，因此在这些分布式网络环境下，采取传统软件思想开发分布式系统非常困难且易于出错，并且会不可避免的重复工作。

CORBA是种国际标准及规范，只有根据这个标准，所有厂家采用任何语言开发的都能实现交互操作（运用对象组件）。

3、IEC61850 标准是由IEC61850 模型映射到CORBA服务器要以CORBA技术实现的，需要做到以下工作：1）面向对象的信息模型是将标准规定的信息模型映射成的。2）将ACSI 映射成CORBA服务器接口考虑到现场二次装置的复杂性和多样性，PRFIS 子站的CORBA服务器同时实现了ACSI 以外的多接口，以支持过渡性的系统构造方案。

五、系统的应用

该系统已经成功运用某变电站，站内保护的设备及故障录波器设备通过网络接入到了该系统。在本身有的的网络的基础上，将保护设备与故障录波器设备统一接连至PRFIS子站系统，通过光纤网络送到局端，可实现局端对站设备的管理维护，运行表明了系统具有以下功能特点：

1）在电力系统运行及故障的情况下全部都能够按真实情况反映、记录数据并且告警系统的相关信息，包含了电网运行的参考数据、设备通讯的状况、保护压板投切、开关动作、定值区切换、故障录波、保护动作等。

2）系统供给了简单并且直接的查询方法，可以对保护设备、故障录波设备进行管理，同时提供对电力系统运行信息的快速有效的查询。

3）根据需定义各个层次的用户操作权限，权限定义可与设备相关联，用户登录、注销及操作在系统中都有记录，可预备查询。

小结

系统根据IEC61850 等其他相关标准设计，并且采用CORBA技术映射其抽象通信服务接口。系统采取层次化的体系结构，可以与任何厂家、型号的保护等二次设备的"即插即用"。系统采用了嵌入式软、硬件平台技术，安全、可靠、耐用、支持通用、标准的软硬件产品配套，系统整体设计先进、功能完善实用、具有良好的可维护性、扩充性及开放性。

随着电网迅速的发展，保护死区问题造成的危害愈来愈大，所以，希望引起电网管理部门的重视，及时采取防范的措施。

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