保护设备CIM扩展模型研究及在智能故障分析系统中的应用

蒋连钿 黄超 刘斌 毛建维

省级调度中心建设各大应用系统，因建设时间不同步，各系统间缺乏数据共享的沟通机制。IEC61970标准作为电力系统的国际统一标准，对保护CIM模型描述不够详尽。本文针对IEC61970-301标准中保护CIM模型进行研究，扩展出一种“保护装置层、保护装置模型层、通用保护模型层”的三层次保护CIM模型，对各层次模型包含的类及层次模型之间的关联关系进行详细描述，阐述线路保护利用CIM扩展模型建模方法.保护设备CIM扩展模型在智能故障分析系统中故障电力设备定位及测距、保护设备动作行为评价、线路强送电辅助决策等方面得以应用。

IEC61970;保护设备CIM扩展模型;智能故障分析系统

本文提出一种保护设备的CIM扩展模型，该扩展模型综合省级调度中心各系统优势，最终在智能故障分析系统中阐述其实际应用。

保护装置层是CIM标准保护模型所在层次，在原有三大类的基础上进行了重新定义，如图1所示。

重新定义的保护类别包含“保护跳闸出口类”、“保护装置定值类”、“保护动作信号类”、“保护装置状态信号类”、“保护装置开入开出类”、“保护装置压板类”、“跳闸开关类”7类，它们从装置自身状态到装置逻辑功能等方面对保护装置进行全面描述，前6类形成与保护装置n：1的逻辑关系，而“保护跳闸出口类”用于描述包含装置的保护跳闸出口，保护跳闸出口可能对应一个或多个开关，因此它与“跳闸开关类”建立1：n的关联关系，后者用于描述保护跳闸出口后实际动作跳闸的开关，“跳闸开关类”与一次设备的开关类建立1：1的单向引用关系。保护装置模型层引用关联保护装置层的相关数据，并扩展出对应的类模型关系。

保护装置模型层是描述了所有实际使用的保护装置的静态特性，保护装置模型与保护装置之间建立1：n的关联关系，每一个保护装置模型对象对应多个保护装置实例。

保护装置模型（如图3所示）从保护逻辑功能及保护装置状态两方面共8个类进行描述，其中保护逻辑功能分别是“保护跳闸出口模型类”、“保护跳闸控制字模型类”、“保护定值模型类”，保护装置状态分别是“保护装置动作信号模型类”、“保护装置状态信号模型类”、“保护装置开入开出模型类”、“保护装置压板模型类”以及“保护装置故障信息模型类”，各类分别与保护装置模型建立1：n的关联关系;“保护跳闸控制字模型类”与“保护跳闸出口模型类”建立1：0..1的引用关系。

通用保护模型层从保护的原理出发，屏蔽各保护设备厂家的差异，建立了通用保护装置模型和通用保护单元模型。通用保护装置模型和通用保护单元模型均从通用保护模型继承。

通用保护装置模型的描述包含“通用保护装置状态信号类”、“通用保护装置开入开出类”、“通用保护装置压板类”、“通用保护装置故障信息”等4类，分别与通用保护装置模型建立1：n的关联关系;通用保护单元模型包含“通用保护动作信号类”以及“通用保护定值类”，分别与通用保护模型建立m：n的关联关系，这主要考虑到保护动作信号和保护定值可能关联保护单元也可能关联保护装置本身。

通用保护模型中的类与保护装置模型中的类进行引用关联，实现保护装置到通用保护之间的信息互通。

线路保护是继电保护重要组成部分，本文以220kV甲线RCS-931A保护装置为例进行简单建模说明。

220kV甲线RCS-931A从220kV甲线采集状态信息，并根据故障状态情况驱动跳闸开关类出口接点使甲线开关跳闸。保护装置模型层已建立管辖区域内保护的保护装置模型，根据甲线保护为RCS-931A查找保护装置模型层中的RCS-931A模型，建立起保护装置层与保护装置模型层之间的关联。

在RCS-931A模型中，保护定值项含有电流差动保护、接地距离I段、补偿系数等多项定值，而对于使用通用保护模型的应用系统，通用 保护定值中含纵联距离保护、电流差动保护、过流I段、接地距离I段等，从而通用保护保护定值可根据自身需要建立与保护装置模型层的电流差动保护、接地距离I段之间的关联，而屏蔽掉补偿系数这样的差异性保护定值。

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智能故障分析系统如图5所示，是部署在生产控制大区的控制区，与能源管理系统（EMS）、保护及故障录波系统、保护信息管理主站系统、定值单系统等多系统共享数据的一套应用系统。本文从电力设备故障发生， 保护动作后，智能故障分析系统的简单分析过程进行阐述。

利用网络拓扑结果和开关跳闸信息，对电网进行基于网络拓扑和开关跳闸信息的故障定位。由EMS系统采用保护CIM扩展模型快速而可靠地从现场保护装置获取开关跳闸信息，因而能快速定位发生简单故障的电力设备，智能故障分析系统与EMS系统利用CIM扩展模型进行关联，立即可定位故障电力设备。

保信系统从现场保护装置提取实际装载的保护定值，智能故障分析系统根据保护CIM扩展模型中提取到的保护装置设备信息（如甲站220kV甲线RCS-931A），对应关联定值单系统中该装置的保护定值，通过对比确定现场保护装置定值整定有无错误。

智能故障分析系统从保护及故障录波系统提取保护动作项、动作值、动作时间，从保信系统提取保护动作项对应的整定值，通过对比确认保护装置跳闸动作是否正确。

智能故障分析系统综合各系统的优势建立了线路强送規则库，当线路发生故障时，根据规则库进行强送的判断，展示给调度员线路不能强送电的原因。

系统通过EMS系统提供的线路类型即可判断故障线路为全电缆线路，不再强送。

系统通过保护定值单系统及保信系统的定值单可判断故障线路无可快速切除故障的主保护，不再强送。

系统通过自身判断得出保护设备动作行为评价，认定保护动作行为不正确，不再强送。

系统根据EMS系统提供的保护检修票认定线路有带电作业工作，不再强送。

本文针对IEC61970-301标准中保护CIM模型进行研究，扩展出一种“保护装置层、保护装置模型层、通用保护模型层”的三层次保护CIM模型，对各层次模型包含的类及层次模型之间的关联关系进行详细描述，阐述线路保护利用CIM扩展模型建模方法，最后保护设备CIM扩展模型，在智能故障分析系统中故障电力设备定位及测距、保护设备动作行为评价、线路强送电辅助决策等方面得以应用。

参考文献：

[1]毛鹏，魏晋雁，茹锋.基于 IEC61970 的电力系统二次设备 CIM 建模初探[J].继电器，2007，35（11）：65-68，78.

[2]丁明，张征凯，毕锐.面向分布式发电系统的 CIM 扩展[J].电力系统自动化.2008，32（20）：83-87，96.

[3]曹宁，袁嘉博.基于 IEC61970 的电容器保护 CIM 模型研究[J].电子设计工程.2014，23（15）：184-186.

作者简介：

蒋连钿（1988），男，广西全州人，工程师，工学硕士，主要从事电力系统继电保护运行维护管理工作。

黄  超（1987），男，湖北荆门人，高级工程师，工学硕士，主要从事电力系统继电保护整定计算与定值优化工作。

刘  斌（1986），男，湖北仙桃人，高级工程师，本科，主要从事电力系统继电保护技术管理工作。

毛建维（1983），男，甘肃环县人，工程师，工学硕士，主要从事调度配网系统应用软件研发。