电力系统继电保护故障信息采集及处理系统

韩黎黎

摘 要：电力系统的可靠运行保障了国民经济的快速发展，提高了人民的生活质量，在社会生活中起着重要作用。本文对电网中继电保护的基本要求、作用，以及在电力设备出现故障时采集技术进行表述、分析，以使故障信息采集及处理系统能更好的为电力系统可靠、安全供电提供帮助。

关键词：继电保护；故障信息采集；处理系统；系统设计

引言

随着电力系统的高速发展和计算机技术，通讯技术的进步，继电保护向着计算机化、网络化，保护、测量、控制、数据通信一体化和人工智能化方向进一步快速发展。与此同时越来越多的新技术、新理论将应用于继电保护领域，这要求我们继电保护工作者不断求学、探索和进取，达到提高供电可靠性的目的，保障电网安全稳定运行。

1 继电保护装置在电网中的作用及要求

1.1 继电保护的作用

（1）保障电力系统的安全性。当被保护的电力系统元件发生故障时，应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给脱离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中断开，以最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响。

（2）对电力系统的不正常工作进行提示。反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情況和设备运行维护条件的不同发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动地进行调整。

（3）对电力系统的运行进行监控。继电保护不仅仅是一个事故处理与反应装置，同时也是监控电力系统正常运行的装置。

1.2 对继电保护在电力系统中的要求

继电保护必须在技术上满足选择性、速动性、灵敏性、可靠性四个基本要求：

（1）选择性：当电力系统中的设备或线路发生短路时，继电保护仅将故障设备或线路从电路系统中切除。

（2）速动性：指继电保护装置应能尽快地切除故障，减少设备和用户在大电流、低电压下的运行时间，降低设备损坏程度、提高系统运行稳定性。

（3）灵敏性：指电气设备或线路在被保护范围内发生故障和不正常工作状态时，保护装置的反应能力。

（4）可靠性：要求继电保护在不需要动作时可靠不动作，即不发生误动，而在继电保护规定的范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不拒动。简而言之，该动就就动，不改动就不动。

以上四个要求是设计、配置和维护继电保护系统的依据，相互联系，往往又存在矛盾。因此在实际应用中，要根据电网的结构和用户的性质，辩证的统一。

2 故障的信息采集系统的概述

继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量（电流、电压、功率、频率等）的变化，构成继电保护动作的原理，也有其他的物理量，如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。大多数情况下，不管反应哪种物理量，继电保护装置将包括测量部分（和定值调整部分）、逻辑部分、执行输出部分。

电网继电保护故障信息处理系统由主站系统、通信网络和子站系统3部分组成。

3 继电保护故障信息处理系统原理及结构

什么是故障信息处理系统，它包括主站系统以及子站部分，形成一个完整的分层、分布式系统。也就是说故障信息处理系统是由子站系统、主站系统和连接二者的通信网络构成。

主站系统合理的处理采集来的信息，并根据其适用范围，交付给不同的功能模块处理。子站能自我收集需要的数据，在不同的通讯接口处实现协议转换。系统在运行时，并不影响保护、自动类装置、故障录波器等设备的运行状态。利用GPS还可以对子站的保护、自动装置、故障录波等进行对时。

3.1 子站系统的功能和结构

子站系统主要任务是负责采集变电站内微机保护装置、故障录波器及各种智能设备的信息，并负责把这些信息规范化后上传至主站系统。子站系统安装在厂站现场，采用分布式结构，一般包含多个子站，每个子站一般由一台保护管理机或集控中心来完成站内装置信息的采集和通信。

子站的功能：子站系统对数据的采集和转换格式，可以靠各种通信的接口技术和规约来完成。根据信息不同的优先级和存在的有效程度，合理选择，对需要上送主站的信息按照优先等级的不同，将信息由高到低的发送主站。有以下功能：数据采集、数据处理、运行管理、自恢复。

子站系统是通过保护管理机去接入各个厂家的设备，如果此设备没有联网功能，接入子站可以采用硬节点方式。子站能够向多个主站同时传送数据。

3.2 主站系统的功能和构成

（1）主站系统功能：主站的工作是统一管理所有下属变电站，其任务是基于子站上传的信息进行故障告警、故障分析、故障处理、信息的归档和统计等。一方面实时显示子站上传信息，并将这些信息进行分析处理，方便调度员进行事故处理；另一方面能够远程控制子站，帮助子站完成数字式继电保护设备的控制管理。通信网络负责信息的远程传输。从整个系统来看，子站系统侧重于信息的采集和通信，而主站系统侧重于信息的分析、处理和管理。

（2）主站系统结构：主站系统的设计结构是分布式模块化的，充分考虑到主站系统的开放性，采用了广泛兼容性的软硬件。主站系统遵从现代计算机系统分布处理的设计发放，在平台级和应用级上进行开放设计，得到一个扩展性很强的系统。由多台PC机和服务器组成，如果系统规模比较小的话，一台PC机就可以包含整个系统。

4 处理系统应用功能划分

对于主站系统的应用功能划分主要分为以下时段：

电网正常时，主站系统允许用户将定值库中定值与主站召唤得到的现场保护装置的实际运行定制进行核对；允许用户对厂站内装置的历史信息和运行信息进行检查和统计，还可以通过采用特定算法来分析、比较个套保护的模拟量、测量值和监视装置的自检信息、录波器的运行状态等，达到监视电网二次设备运行状态的目的。endprint

故障时，主站系统实时收到子站自动上传的故障信息后立即告警。有图形告警、列表告警、多媒体告警等方式。图形告警会在主接线图的相关故障设备上闪烁告警；列表告警会以列表方式突出提示故障简要信息。在告警的同时，还进行信息预处理、包括信息过滤配置、信息规范化、对信息加以分类从而识别和剔除误传信息等，以方便后续的故障诊断和故障分析基于有效信息进行。

故障发生后，主站系统必须提供各种完整分析模块、最大化地利用所有的信息帮助用户全面分析故障。波形分析模块可进行谐波、相量图、序分量、功率以及高频信号、开关信号等的分析。故障诊断专家系统模块帮助用户定位故障元件，并分析哪些保护误动、拒动或是正确动作。故障测距模块提供多种单端或双端测距算法，精确定位线路故障点。动作行为分析模块通过分析保护的动作原理并用实际测量值验算动作方程来分析保护动作的行为，可以帮用户找到保护误动、拒动是否是整定值不适合引起，或者是保护本身原理的缺陷所引起。

故障开始后子站系统按照信息的优先权来分批传送各类故障信息。主站系统对故障的处理过程是按照信息到达主站的时间先后进行逐级分析，并最终形成完整的故障分析报告。整个处理过程是分时间、分层次的，这样处理将方便调度分析人员逐步认清故障的性质和原因，分析故障的过程兼顾快速判断和全面分析的要求。

故障分析结束后，主站系統应该提供故障信息归档入库、生成完整故障报告、生成检修报告等，并可通过Web发布故障信息、提供录波数据文件供下载。

5 结论

在继电保护及故障信息管理系统建设规模不断扩大的同时，对于系统的要求也在不断地完善。在电力系统功能日益标准化、开放程度日益提高的情况下，尽快达到通信规约的标准化与通用化，以及结构的网络化，使得系统日益呈现出向微机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展的趋势。

参考文献

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