（电力系统及其自动化专业论文）超高压电网继电保护及故障信息系统的研究.pdf

山东大学硕士学位论文 合数据处理的继电保护及故障处理系统对电网具有非常重要的意义：1 ) 可使调 度中心及时、全面、准确地掌握故障情况，从而快速准确地处理系统故障2 ) 便于对二次装置及子站系统运行状况的集中监测和集中管理。3 ) 可综合全网同 一时间断面地故障记录信息，以便全面、有效的实施电网故障分析，包括进行了 双端故障测距，以提高故障定位精度。本文的最后部分详细分析了该继电保护及 故障信息系统在山东电力超高压电网中的应用情况，前景和效益。该系统可以使 继电保护及故障信息系统功能大大提高，效益显著，具有推广价值 关键词：继电保护，故障，信息系统，电网，电力系统，超高压 h 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t w h 饥m ep o w 盯s y s t c i n 钿j i t s ，f 砌t sd a t a 锄a l y s i s 锄dp o s i t i o n q i l ic _ k l y 锄dp r e c i s c l yc a nc u t 也ed m eo ff a u l t sh 锄d l cl 删y a n di tc a n s a v ep e o p l e 甜l dc o g t s ，a l s os a v et h c1 0 鼹c a u s e db yf a u l t s t 跃k 吼c 址n e s e p o ws y s t e l ni sq u i c k l yd e v e l o p i n g 协眺h i g h e rp a 瑚n e t 蓼e a t e r c 印a c 毋a n du 1 舰l l i 曲v o l 姆，i n t c r c 踟n c c d o f5 0 0 k vp o w e r 触h 嬲n o wb e 饥b i l i l tu pa n db c c 锄el i l a i n 丘孤圮o fo l l rp o 嗽 班d 7 n l i sa r t i c l ed i s c u s s e dn 州m i so fr e l a y 船d 蠡l m t sb 勰e d t o d a y p o w e rs y s t c 札 f i r s t ，t l l i sp a p 盯d i s c l l s sm ca p p l i c 撕呲o fs c a i ) ai l l5 0 0 k v p o w c rm t 、) l ，o 幽i i ls l l a 】1 d o n g t h c l l ，b y 姐a l y z i n gm ch i s t c 呵勰dp h 舔鹤 o fm i so fr e l a ya n df a u l t s ，i tp o i n t so u tt l 圮f e 勰i b i l i t ) r 觚dn e c e s s 毋o f r e s e a r c h 锄dd 朗- e 1 0 p m e n to ft h em i s t h ep a p c rp o i i l t so u tt h et o t a l 他q u 硫m i 眦t ，g o a l ，f o u n 蛳0 1 1 锄dk e yt e ( 舡1 0 l o g yi n d c 】【o fd e s i 弘1 h e p 印盯s t a t e m 胁t st h eh 甜小v a 圯狮ds 0 脚a r cd c s i g no fm es y s t c 】【i l ， a i l a l y s e st h es d 煳e 自d mt l l c 酏m c t i l r e ，m o d e l ，c ( m m m n i c a t i o n 锄d a m n g e n 蜘t a st h cs a i n e 血m ，t h ep 印e rp o i l l t so u t 也em 觚a g e m 朗t 锄d 黝g e m e n to ft l l em i sr c s 伽e i ta l s o 锄a l y s e st l l ca p p l i c a t i 啦 p r o s p c c t 狮db c l l e f i to f n l cr e l a y 雏df a u l t so f m i s i t s p r o v e d t l l a t 圮r e l a y 柚d f ；m l t s m i sh a v eb e m a n i r e b y d e s i 盟 a ：b o 、，e i t sb e n e f i t sa r v e r y1 1 1 a l b d 觚d ( 1 e s e n r e dp o p u l a r i z e d n 圮k 奄 ，o i 也：r l c l a yp r o t e c 廿伽，f 跏l 协，m i s ，c i r c u i tm 伽r o r k p o w 凹 s y s t e m ，e x 仃；卜l l i 9 1 lv o l t a g e 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：主1 舀日期：z q 丑：丝：丝 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：刘卤导师签名：煮丝日期：丕耳丛f 山东大学硕士学位论文 1 1 山东电网概况 第一章概述 山东电力已是百年电力，截止2 0 0 6 年底，全网统调电厂共4 8 座，机组2 0 3 台，装机总容量3 9 0 7 5 哪，共有2 0 0 k v 及以上系统变电站1 8 9 座，变压器3 4 2 台， 变电容量6 7 5 8 万千伏安，输电线路共4 7 2 条，长度总计1 5 6 7 4 6 公里。山东电 网已发展成以6 0 万千瓦机组和3 0 万千瓦机组为主力机型，以5 0 0 k v 和2 2 0 k v 为 主网架的高参数、高电压，高自动化的现代化电网 2 0 0 1 年初，山东电力集团公司超高压输变电分公司( 以下简称：山东电力 超高压公司) 成立，主要负责山东省内5 0 0 k v 变电站、输电线路的检修、运行及 日常维护。5 0 0 k v 变电站分布于山东省内济南、淄博、潍坊、德州、滨州、长清、 枣庄等十多个地市，并在全国第一个实现5 0 0 k v 环网运行。2 0 0 4 年3 月，山东 电网通过5 0 0 k v 聊城变电站的两回5 0 0 k v 线路与河北的辛安开关站联网运行，历 史性地实现了山东电网与华北电网联网。目前，超高压公司共有5 0 0 k v 变电站 1 9 座，5 0 0 k v 变压器9 2 台，变电容量2 2 5 8 9 m v a ，5 0 0 k v 输电线路4 3 条，长度共 计3 5 0 3 公里。按照电网发展规则，“十一五”末，山东电网的5 0 0 k v 变电站将达 到2 7 座，变电容量达3 2 7 5 万千安。 1 2 综合自动化系统在电网中的应用 随着国民经济的持续发展，经过电力几代人的努力，电网内装机容量不断扩 大，电网的主要矛盾已从电力供应紧张转移到由于输电网的薄弱而导致的电能质 量无法满足人民需要上来为此，国家电网公司高瞻远瞩，确定今后工作的重点 是电网建设和改造，并指出电网建设必须依靠科技进步，提高电两建设和改造的 自动化水平，适应电力体制改革的发展要求。 现代科学飞速发展，特别是计算机技术的进步使得继电保护及故障系统的功 能日益强大。变电一次设备状态实时在线监测为实现继电保护及故障分析提供了 可靠的数据支持，微机保护的广泛应用，使变电站自动化水平取得了实质性进展， 山东大学硕士学位论文 变电站综合自动化系统的广泛应用大大提高了变电站的自动化水平，网络通信技 术的推广应用使得远程监控成为可能，光缆工程的建成使用为大容量的信息传输 及交换提供了高速公路，保证能够更好地实现变电站遥测、遥信、遥视、遥控、 遥调的功能采用变电站综合自动化技术，可以提高电网的安全、经济运行水平， 减少变电站的基建投资，提高变电站自动化水平，为事故处理和恢复系统提供了 基础条件，并将最终提高电力系统的自动化和管理水平，因而已成为当前国内外 电力工业推行技术进步的重点技术之一 目前，电力系统调度自动化( s c a d 剐e m s ) 系统及相关技术已经非常成熟， 电力网络一次系统运行监控、管理、分析的自动化水平已经得到空前的发展和进 步。继电保护、安全自动装置和故障录波器等( 以下称“二次装置”) 作为实现 电网自动化系统的智能终端装置，其本身的信息化、智能化水平也很高电力系 统发生故障后，快速准确的故障数据分析和故障定位可大大减少故障处理时间， 即可节省人力物力，又可减少因故障造成的损失。综合考察目前已建成的继电保 护及故障信息系统，其结构构成基本一致，都包括主站、予站和通信网络构成。 其中子站位于变电站、发电厂侧，主要完成从子站获取、处理及储存数据，并根 据需要实现录波数据分析、电网故障分析等到功能，子站和主站间通过通信网络 相连接。 已建成的继电保护及故障信息系统的设计经历了以下几个阶段： 1 ) 早期继电保护及故障信息系统 早期的继电保护及故障信息系统结构和功能非常简单，它的一般特点是：厂 站端子站一般采用主从结构，由p c 机充当主机，各微机保护和微机型录波器作 为从机，主从机间采用简单的r s - 4 8 5 串行通信，采用双绞线并联，所能接入的 微机保护和微机录波器数量较少，在功能上也只能简单地实现录波和故障信息的 收集和转发，不能进行数据的处理，调度端主站只能与较少数量的子站相连接， 构成系统规模较小，只能实现与子站通信、显示打印子站上送的波形和故障信息 等数据，进行双端测距分析等简单功能。 2 ) 初步发展的继电保护及故障信息系统 初步发展的继电保护及故障信息系统的特点是：子站主控单元逐渐由工业控 制计算机来担任，其功能也由简单的收集转发发展到了各种后台分析功能，如故 障测距、谐波分析、向量分析等，并可以对故障数据和录波数据进行简单的处理， 2 山东大学硕士学位论文 同时站内所用的通信采用了现场总线技术，装置接入数量、通信速率和实时性， 以及可靠性和组网的灵活性都较原来有了较大的改善，主站侧的功能也逐渐增 强，原有的分析、显示、打印功能更加强大，对上送信息的处理和存储手段更加 完备，一般根据故障信息、装置信息、电网参数等不同方面建立多个数据库，使 数据的检索更加快速和方便，并开始建立与m i s 等其他系统的连接，实现系统内 的数据共享 3 ) 日前的继电保护及故障信息系统 随着近年来继电保护及故障信息系统的进一步发展，该种系统在软、硬件结 构和功能上都有了较大地发展：大量子站系统采用嵌入式系统、在安全、稳定、 运行寿命上均有较大改善。主站侧的功能更加完备，除了原有的故障信息及录波 数据外，还加入了设备管理、运行管理、定值整定、统计分析等专业管理。保护 装置装置接入子站系统的方式更加丰富；一般分为以下几个原则：对于新建厂站 和使用r t u 方式的老站，采用所有保护装置全部接入继电保护及故障信息管理系 统子站的方案；对于已经运行的变电站自动化系统再追加保护信息管理系统的改 造，所有保护装置和测控装置均挂在一个管理机上，再由管理机把信息送给系统 子站。各主站之间普遍通过i n t e r n e t 或电力数据专网实现数据共享。在主站与 子站之间一般由电力数据专网作为通信网络，数据传输的可靠性、稳定性及实时 性都有较好保障 1 3 系统在山东电网的应用概况及其意义 随着计算机技术的发展，上世纪八十年代，山东电网的继电保护进入到微机 保护时代，微机保护以其无可替代的智能性、可靠性、灵敏性及操作简化性成为 保护的霸主。但这时期的在配置上还着重于保护功能本身，在数据共享及分析方 面考虑较少。 进入九十年代，随着我国开始研制和生产集中式的变电站自动化系统，各类 综合自动化系统也在山东电网开始应用。综合自动化系统的不断发展和日趋成 熟，使它能够满足及时地向变电站值班人员和调度人员提供详细的信息，甚至可 以提供改变系统运行参数的各种参考性意见，对变电站的安全、经济运行提供了 强有力的技术保证，也为研制继电保护及故障信息系统提供了坚实的客观基础 兰 山东大学硕士学位论文 因此，早在1 9 9 6 年至1 9 9 7 年，山东电网就率先在国内研究开发了故障数据远传 及综合数据处理系统，并成功地应用于山东电网调度中心及其下属十七个地区级 电网。此后，国内各大电网相继产生了较小规模的继电保护及故障处理系统 随着微机继电保护装置的广泛应用和变电站综合自动化水平的不断提高，各 种智能设备采集的模拟量、开关量、一次设备状态量大大增加，运行人员可以从 中获取更多的一、二次设备的实时信息但是，由于目前的微机型二次设备考虑 较多的是对以往设备功能的替代，导致这些设备基本上是独立运行，致使它们采 集的大量信息白自流失，未能得到充分利用 电网是一个不可分割的整体，但大量保护、录波器等二次装置以及变电站内 设置的继电保护及故障信息子站系统，多分布于远离调度中心的变电站( 或发电 厂) ，因此，实现对整个电网的一、二次设备信息进行综合利用，对保证电网安 全稳定运行具有重大的意义。近几年，计算机和网络技术的飞速发展，使综合利 用整个电网的一、二次设备信息成为可能。电网继电保护综合自动化系统就是综 合利用整个电网智能设备所采集的信息，自动对信息进行计算分析，并调整继电 保护的工作状态，以确保电网运行安全可靠的自动化系统，它可以实现以下主要 功能： 1 ) 实现继电保护装置对系统运行状态的自适应 2 ) 实现对各种复杂故障的准确故障定位 3 ) 完成事故分析及事故恢复的继电保护辅助决策 4 ) 实现继电保护装置的状态检修 5 ) 对线路纵联保护退出引起的系统稳定问题进行分析，并提供解决方案。 6 ) 对系统中运行的继电保护装置进行可靠性分析 7 ) 自动完成线路参数修正 这种由实现高效、准确地故障数据远传及综合数据处理的继电保护及故障处 理系统对电网具有非常重要的意义： 1 ) 可使调度中心及时、全面、准确地掌握故障情况，从而快速准确地处理 系统故障。 2 ) 便于对二次装置及予站系统运行状况的集中监测和集中管理。 3 ) 可综合全网同一时间断面地故障记录信息，以便全面、有效的实施电网 故障分析，包括进行了双端故障测距，以提高故障定位精度。 4 山东大学硕士学位论文 1 4 本文研究的主要工作 变电站综合自动化系统的建设和改选是微型计算机技术、数字信号处理技 术、大规模集成电路技术和通信技术等高科技和现代管理手段的集中应用，目前 山东电网的电力系统调度自动化( s c a d a 删s ) 系统及相关技术已经非常成熟， 继电保护、安全自动装置和故障录波器等( 以下称“二次装置”) 的信息化、智 能化水平也很高。 但是，山东电网故障录波数据远传及综合处理系统多建立于1 9 9 8 1 9 9 9 年， 当时系统的建立多基于电话线或微波通道传送，传送速度低，且数据过滤等智能 型差，一但发生故障，数据最终传送到主站少则需要几十分钟，多则需要数小时， 已远无法满足调度运行管理自动化的要求。 目前现场几乎所有的变电站都已铺设光缆，具备宽带数据传送得条件开发 新一代故障录波数据综合处理系统，以解决提高故障数据处理性能和能力对于参 与电网建设、运行管理的电力人员提出的一个新的课题。本文将从不同角度，多 方面阐述一种针对山东超高压电网，在多年从事电力自动化系统及分布式电力软 件开发平台研究基础上，基于完整的标准化信息模型，根据i e c6 1 9 7 0 、i e c 6 1 8 5 0 、c o 髓a 等相关国际标准及p r f i s 技术标准，开发形成的继电保护及故 障信息管理系统，该系统建立在一套基于面向对象的、组件化和分布式体系结构 的软件开发平台之上，实现了“即插即用”和对等的系统互联互通，具有二次装 置的设备管理、运行状态监视、动作定值整定功能，并且对二次装置所记录的电 网异常或故障信息进行综合有效运用分析。为全面实现二次系统的监控及管理自 动化提供了实用且统一的解决方案。 s 山东大学硕士学位论文 2 1 系统总体要求 第二章系统总体方案 本系统针对山东电力超高压公司所辖5 0 0 k v 电网继电保护及故障信息系统 的现状，旨在采用目前最先进的软件设计思想及开发技术开发一套通用的电网故 障信息处理系统，新系统的研究目标是真正保证系统的开放性、可维护性、可扩 充性及通用性，提高故障数据处理性能和能力，即要实现下述主要目标： 保护、故障录波器等二次设备的设备管理 二次设备的运行工况监视管理 二次设备所记录的电网异常或故障信息的综合有效管理 二次装置的动作值整定计算 二次装置的动作行为分析评价 其他专业管理功能 继电保护及故障信息系统具有如下特点： a 涉及面广需要考虑继电保护、调度运行、变电运行和管理等多方 面的需求。 b 功能复杂。涉及到二次装置的实时监测和控制、电网故障的自动分 析、继电保护动作行为的自动分析、继电保护相关计算分析、继电保护专业管理 等方面的几十个应用功能。 c 跨地域。涉及直属厂站、下属单位、上级部门的互联。 d 跨系统。涉及到变电站自动化、调度自动化、删i s 等系统。 e 接入设备种类多。需要兼容各种不同厂家、不同型号的保护、录波 器等自动装置。 f 数据和信息复杂有实时的、非实时的，自动采集的、人工维护的， 一次系统的、二次设备的，正常情况的、故障情况的，继电保护人员关心的、调 度人员关心的等 g 专业管理的特殊性。与调度自动化系统相比，主要体现在三个方面： 多头管理，对同一装置由不同单位、不同部、不同专业的人员进行管理；全局可 山东大学硕士学位论文 见，必要时，应能跨归属单位、跨调度管辖范围获得装置的有关信息；协同合作。 工作流程跨部门、跨单位。 h 各单位管理方法的差异性。 i 系统所管理的对象是继电保护、安全自动装置、故障录波器，是电 网的辅助设备，不是电网的主要设备；系统是继电保护运行、管理的技术支持系 统和电网故障时的信息支持、辅助分析、决策系统，与调度自动化系统相比，实 时性要求不是太高。因此，必须充分考虑系统建设和维护的成本，特别是系统维 护的成本，在不影响功能和性能的前提下，采用合理的系统结构和相应的技术措 施，尽量降低系统建设、维护的投入 系统涉及对保护装置、故障录波器、自动装置等二次设备的直接访问和控制， 对可靠性、安全性及数据准确性有极高的要求。 根据课题研究目标，所要求实现的软件系统是建立在计算机及网络基础之上 的复杂的软件工程。系统应可以兼容各种不同厂家、不同型号的保护、录波器等 自动装置；同时，系统应能适用于不同规模的电网结构，包括地市级、省网、区 域电网、国家电网。因此，软件系统设计必须充分地真正意义上保证如下设计原 则： 1 、开放性和兼容性：保护现有软硬件投资，考虑与其他现在及未来系统的 互操作性，即达到与公司现有运行的m i s 系统、g i s 系统、工作票系统、缺陷管 理系统等系统实现光滑连接，保证原有用户的使用习惯与界面不变，保护原有数 据库数据的保持及调用，同时，考虑自系统与未来系统的发展的兼容性，确保对 基于系统本身功能与语言的升级的可操作性。 2 、可扩展性：应保证基本与系统规模无关，并允许系统方便的接入新的系 统，或增加新的功能。即考虑目前山东电力超高压电网的发展速度及发展态势， 可方便无影响的增加变电站、线路及所属设备，同时考虑新元件的接入对系统不 产生影响，如特高压电网、直流背靠背变电站、超高压直流线路、外网联网等情 况。 3 、可维护性；组件化结构体系，真正意义上实现“即插即用”，并尽量由 软件系统透明地自动完成各种维护功能，具有与物理通讯介质的无关性。即所见 即所得，可通过可视化视窗、可视化元件的添加等功能实现维护功能 4 、可靠性：具有足够的容错能力和自恢复能力，确保在正常电力系统运行 山东大学硕士学位论文 条件下，系统可实现正常运行，在可容许的干扰下可实现自恢复能力 只有这样，才能保证系统真正实用化地发挥其效用。否则，很难给出成功 的系统，无法保证投资利益。 上述设计原则的具体体现，应首先重点在于软件系统的体系结构设计。根据 本系统的背景及特点，我们的软件系统设计采用了层次化结构及先进的分布式系 统模型分布式系统模型的引入，不仅使整个系统的设计概念大大简化，而且使 系统具有非常灵活的组态方式，整个应用系统就象按标准生产的零部件装配的机 器，从而在坚实可靠的前提下，真正解决了系统的开放性、可扩展性、可维护性 问题。 2 2 系统设计依据及主要技术关键 一，系统设计依据及标准 l 、g b 8 5 6 6 8 8 ，软件开发标准。 2 ，严格按照国家标准开发：标准软硬件运行环境，标准网络协议 t c p i p ，标准商用数据库( 非内置数据库) ，标准开发语言( 非专用 语言) 3 、数据模型采用i e c 6 1 9 7 0 的标准 4 、通讯模型参考i e c 6 1 8 5 0 的标准 二、系统主要技术关键 ( 1 ) 、遵循各种国际国内标准 系统一次系统数据模型采用i e c 6 1 9 7 0 标准，通讯模型采用i e c 6 1 8 5 0 标准。 并紧跟目前正在制定的继电保护故障系统标准。使得应用软件可以在不同平台上 运行，并迅速的完成第三方软件的即插即用。 ( 2 ) 、分布式异构系统 主站基于c 0 船a 技术实现。c o r b a ( 通用对象请求代理体系结构) 是开放式 的对象总线，它规定了分布式对象间通信的完整体系结构，在不同操作系统平台 的支持以及不同编程语言的支持均有较强的技术优势，是最适合的系统分布计算 技术解决方案。 此外，c o 舳a 本身是一种通用的服务标准，这大大增加了系统的开放性。 0 山东大学硕士学位论文 ( 3 ) 、即插即用的子站系统 子站在通讯模式上除了传统的1 0 3 规约以外，提供i e c 6 1 8 5 0 的通讯方式， 这种方式对外提供两种技术接入方案，一种是采用c 0 r b a 技术，一种采用 眦s e r v i c e 技术采用通用标准，使子站一方面可顺利接入任何支持标准的主 站，另一方面也保证了子站可以灵活的接入多个厂家，多种通信方式的设备，而 主站并不会受到任何影响。 ( 4 ) 、继电保护及故障信息系统建立在可视化电网模型平台之上的面向应 用领域，依靠地理空间信息的支持，从而构建基于地理信息的故障信息综合处理 系统，实现了各种交互式或自动的业务功能，使系统的故障分析结果更加直观可 视化 ( 5 ) 、系统以软、硬件系统层次化体系设计充分保证系统的相对稳定性及 可维护性：如硬件系统以网调中心、省调中心、地调中心、变电站站端系统、终 端装置层次化连接配置，可优化系统资源( 计算机、通信设备、通信信道等) 利 用效率等；软件系统以应用功能层、通信服务层( 数据服务层) 、对象层分层配 置，可以大大提高软件模块的可重用性，保证整个系统的可维护性及可靠性，并 大大提高系统的开发效率。 ( 6 ) 、系统以分布式数据库系统概念设计，从而为各层子系统间的互连提 供了优秀的解决方案；如各地市级子系统数据库相对独立，但以分布式组件形式 向应用程序提供数据服务，数据库的分布式组织对应用程序是透明的。 ( 7 ) 、系统采用了高精度的双端故障定位算法。算法利用了故障后线路两 端的电压电流向量，考虑了双端采样数据的非同步问题。通过采用分布参数模型， 精确考虑了分布电容对测距算法的影响，从而大大提高了测距算法的精确度。 9 山东大学硕士学位论文 第三章系统功能设计方案 建设继电保护及故障信息系统的目的在于提高调度系统信息化、智能化的 总体水平，使二次装置运行、管理的各个环节“可控、在控”，实现继电保护专业 管理现代化，从整体上提升电网调度运行管理水平 建成的继电保护及故障信息系统应能在正常和电网故障时，采集、处理各 种二次装置信息，并充分利用这些信息，为继电保护运行、管理服务，为实现继 电保护装置状态检修提供前提条件，为分析、处理电网故障提供支持。继电保护 及故障信息系统，是一个继电保护运行、管理的技术支持系统，同时又是一个电 网故障时的信息支持、辅助分析、决策系统。 近年来，随着电网向超高压、远距离、系统化方向的发展，继电保护及故 障信息系统也必须满足功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智 能化的要求。通过优化的结构和强大的自动化功能及时地向变电站值班人员和调 度人员提供详细的信息，甚至可以提供改变系统运行参数的各种参考意见，其服 务对象仅在变电站内，而更重要的是在远方的调度中心。 具体为： 3 1 主站功能 系统建模 系统采用面向对象的系统思想设计，提供专门的对象建模工具，可以实现交 互式地模型定义及维护功能( 具体详见图3 1 ) 。 i o 图3 一l 二次c i m 图 山东大学硕士学位论文 面向对象的系统建模较之以往传统的关系型数据模型，其显著特点是非常接 近和符合用户的物理模型概念： 每一个对象( 类) 与现实世界中的一个物理客观实体类相对应。如开关、变 压器、线路、保护、录波器、故障信息事件等( 例如图3 2 5 0 0 k v 聊城站示例) ； 图3 25 0 0 k v 聊城站建模示例 对象之间的关系包括： 类属关系：电力一、二次设备均可按某种原则分类，而分类后的类 型仍可继续按某种原则进行分类。如设备可以分为一次设备和二次 设备，而一次设备又可分为开关、变压器、线路等，开关又可以进 一步分类为油开关、真空开关、s f 6 开关等，如此形成树型的分类层 次。 聚合关系：如变电站与所包含的设备之间的“父子”关系，变压器 与其构成线圈之间的“父子”关系等； 其他关系：如设备与其管理者之间的“被管理”关系，设备与其拥 有者之间的的“被拥有”关系等。 对象建模工具软件提供如下建模功能： 对象类的数据结构定义：如用户可以通过界面交互地定义( 或添加、 修改、删除等) 变压器设备类所包含的属性：厂家、型号、短路阻 抗、激磁阻抗等属性的名称、数据类型等； 支持对象及对象关系类定义功能为保证数据的正确性，系统可以 交互地定义单个属性数据、或属性数据之间、或对象之间的数据约 束，以实现数据正确性验证。 n 山东大学硕士学位论文 支持标准u 札模型数据的导入t 可以导入用其他商用化对象建模工 具( 如r a t i o n a lr o s e ) 形成的u 甩模型数据文件 图形维护 系统可以维护的图形种类包括( 如图3 3 所示) ： 电网地理信息图； 电力系统原理性一次接 线图； 原理性二次接线图； 屏柜布置图、屏图、保护 配置图、装置面板图、系 统工况图等。图3 3 系统的图形维护界面 三维图形资料。 对于上述各种图形信息，系统提供： 丰富的图形编辑和维护功能：支持基本图元的绘制和定义，支持按 模型进行图元组合及定义，能建立图元与资源之间、图形与电网拓 扑之间的关联关系，支持画面的分层、分级调显，支持电网接线图 的拆分、合并。 图形维护的同时将自动形成和维护网络拓扑关系； 支持图形的导入、导出：可与标准的图形格式进行相互转换。 提供图形的分类检索、查看及版本维护等功能。 安全性管理 系统安全性管理( 界面如图3 - 4 ) 的主要内容包括： 用户和组的管理：用户数 据的录入、修改等；用户 可以分组； 面向资源对象的授权管 理：可以交互式地以资源 图3 - 4 系统安全性管理界面 对象为单位，将对其操作 权限授权给某用户或用户组。 山东大学硕士学位论文 审计功能：系统对所有用户操作形成操作记录，以备操作审计查询。 图形背景及信息层次化组织 系统各种操作功能的实现可以建立在包括地理空间图形在内的图形背景之 上，一幅图内所有代表物理对象( 如一、二次设备对象) 的图形对象均是敏感对 象。系统提供的基本图形操作功能包括：无级放缩、任意方向漫游、放大镜、导 航图等。 整个应用系统界面设计采用层次化加面向对象的设计思想，信息表现清晰直 观，操作风格统一： 系统可以网络地理图形为背景，逐级展开信息，并在任何一个层次上可 以可互相导引：如在“电网地理图”中可以点出某一变电站的( 图形) 信息，而在某一变电站的图形信息中又可进一步点出其所包含的任一一 次设备的信息，包括其原理图、设计图、多媒体图、装配图，甚至三维 图形等。 每一个集合性质的对象( 包含子对象的对象) 均可表现为一个隶属于桌 面的窗口对象，该窗口封装了关于该集合对象的信息及操作。对于可以 图形描述的对象，可以分为两个或多个子窗口分别代表该对象的不同描 述形式：如可以分为左右两个子窗口：左边为描述该对象逻辑组成的树 型结构，右边为描述该对象的图形。 任何一个对象都可能有多种不同的表现形式：如电网可以表现为一个“地 理图”，也可以表现为一个“网络图”；再如一个变电站可以表现为一个 “电气接线图”，也可以表现为地理图中的一个图符。 原则上所有的系统应用功能，均可采用“面向被操作对象”的方式实现，即 应用功能被合理的分配到不同层次的对象上，针对每一对象的任一表现形式( 或 一个图符、或一个文本名称、或结果集报表中的一个记录行等) 均可以鼠标右健 点出关于该对象的操作功能菜单。 故障分析 波形显示分析：包括模拟量变化及开关量变化波形分析 能够进行波形显示、波形同步、波形测量、波形峰值查找、波形突 变查找、谐波分析、相量分析、序分量分析等。 提供可定义的测量量( 如：i 1 + k i 2 、r + j x ) 时间特性分析和域平面 山东大学硕士学位论文 轨迹分析功能( 域平面可定义) 测量量可与定值关联。提供自定义 工具 能从故障量变化情况、保护动作情况、电网状态变化情况等多个侧 面动态地、同步地描述任意一次电网故障发生、发展、消失的全部 细节和过程。 故障定位( 测距) 分析 系统对任一故障记录，可执行： 单端数据测距分析：基于线路单端录波数据的故障定位分析； 自动双端( 或多端) 故障定位分析：系统根据某故障信息记录确定 故障线路，再确定对端录波器，然后据本测故障信息( 时间、线路、 性质等) 确定对端录波器记录的同一次故障的录波数据；最后将本 测故障录波、对测录波数据、线路参数作为参数传给故障分析控件， 并启动控件执行基于双端( 或多端) 故障数据的测距功能。 手动双端( 或多端) 故障定位分析：当自动双端测距由于二次设备 时钟不准确，造成不能自动确定线路对侧录波数据时，可用手动选 择确定线路对侧录波数据的方式进行基于双端( 或多端) 故障数据 的故障定位。 故障定位结果可以直观定位在地理图上，显示故障点的地理位置。 分析报告 系统自动给出详细分析报告( 如 图3 5 所示) ，分析报告的内容： 模拟量分析报告：故障前后 电压、电流等模拟量有效值、 谐波、最大值等； 开关量动作分析报告：所有 接入开关量的详细动作时序 报告；图3 5 系统分析报告界面 故障测距分析结果 资料管理 系统提供各种格式的资料上传，查看。允许用户自定义资料文件夹，并将资 1 4 山东大学硕士学位论文 料发布在肛b 上。 运行管理 缺陷管理 提供缺陷录入，审核，检修，消缺的流程管理，并能按照部门、变电站、时 间等条件对消缺率及消缺条目统计功能 胃e b 发布 以浏览器方式对外提供信息，可以查看到系统的各种资源，包括图形，台帐， 历史记录，相关资料下载，报表数据查看。 3 2 子站功能 子站结构如图3 6 所示，由于系 统数据在物理上处于分布状态，为了 使这些分布的数据能够被“集中”使 用，子站系统在设计上需要有向主站 系统提供所有直连或非直连厂站的子 站系统数据的功能。因此，要求各子 站负责收集本站的信息，而且需要具 图3 6 保护信息管理系统( 子站部分) 备与其它主站( 或分站) 通信、和进行信息代理传输的能力。而且要求构成系统 的主站、分站、子站产品在通信环节的技术形态上必须符合通信及接口规范 的统一规定。子站所承担的主要功能具体如下： 数据采集及处理 子站系统可以接入保护，录波器，安全自动装置等。对装置进行实时查询。 并将保护动作，告警信息，录波动作及录波数据存储在子站，子站本身可以就地 分析，也可以响应主站的请求，将历史数据上传到主站，供主站分析查看 事件通知 当系统发生故障或有告警信息时，子站可以立即形成报告，主动以事件通知 的方式上传给主站主站立即可以收到子站上送的报告。对主动上送的报告，子 站可以进行自定义配置，将指定级别或者指定设备的报告上送。主站也可以配置 接收事件的类型或来源。 l 山东大学硕士学位论文 远程维护 子站系统支持远程维护功能。通过电话线或网线，工程人员即可远程对子站 进行操作。同时，子站提供系统列远程维护的工具，包括远程启动或停止子站 上的服务，远程配置参数，远程数据维护，并且进行远程程序升级。 山东大学硕士学位论文 第四章系统的体系结构及设计原则 4 1 硬件体系结构 如图4 1 所示，系统硬件平台包括三个层次：主站系统、通信网络、予站系 统。 主站系统包含两个子网：以太网络1 和以太网络2 。其中，以太网络1 作为 主站主网络，用以连接数据服务器、专用工作站、一台通信处理服务器( 专门负 责处理通信任务) ，通信处理服务器同时作为网关连接主网络与通信子网，以实 现系统隔离；以太网络2 作为通信子网用以连接所有的子站系统，对于不具备网 络连接条件的子站系统，采用一台m o x a 通信服务器负责实现点对点串行通信连 接，并通过网络智能化地映射到通信处理服务器。 子站系统的核心是一台嵌入式工业控制计算机，用以将所有站内故障录波器 连接在起，组成站内子站系统。对于支持串口的老型录波器，通过扩展串口服 务器接入；对于支持网络通信的较新型录波器，通过扩展网络交换机接入。 1 7 1 8 山东大学硕士学位论文 数据服务器 f i s 工作站( 办公p c ) 串口二次设备网络接口二次设备 一 图4 - l 系统硬件平台 山东大学硕士学位论文 4 2 软件体系结构 如图4 _ 2 所示，系统整体上分为两大部分： 可视化电网模型平台 建立在上述平台之上的应用软件系统 系统整体构成描述如下： | | | 一 一 一一一 一 一 山东大学硕士学位论文 _ _ _ _ 一_ _ i 一_ _ 一 图4 - 2 系统软件体系结构图 4 3 可视化电网模型平台 所谓可视化电网模型平台，即是实现应用系统功能的信息基础，也是软件开 发的支撑平台它主要包括： ( 1 ) 、基础数据信息( 模型) ：采用面向对象的系统思想方法描述客观 存在的各种电网对象的属性信息、对象之间关系、空间信息、非空 间图形信息等。 ( 2 ) 、数据操作接口：用于在面向对象的数据模型与关系数据库之间 进行匹配，并向应用系统提供面向对象的数据操作接口，其中集成 了驻理茔廊戮据嚣茔廊筠冶缬镭通用数据操作接口 ( 3 ) 、对象服务公共设施： 山东大学硕士学位论文 ( 4 ) 、图形、数据维护系统：该系统主要实现图形、非图形数据的录入、 编辑维护等，主要包括： 通用对象建模工具：用于交互式地实现对象模型的定义及编辑维 护； 地理信息维护系统：遵循o p e n g i s 标准形成的面向对象的地理信 息系统： 非地理空间图形维护系统：通用图形编辑、维护系统，可形成各 种电厂系统图、装配图、原理性示意图等，并可交互地实现图形 对象和物理设备之间的邦定。 4 4 应用系统 继电保护及故障信息系统的应用系统是建立在可视化电网模型平台之上的 面向应用领域的应用系统，主要实现各种交互式或自动的业务功能。主要业务功 能如下： 4 4 1 设备管理 4 4 1 1 基础数据管理 实现对各种装置的基本信息( 装置台账信息、各种参数等) 的管理，如：录 入、编辑、查询和打印等基本操作。 支持分类查询、关键字查询和组合条件查询、图形查询等各种灵活的查询方 式。 4 4 2 图档管理 图档管理的内容：装置的图纸、说明书、定值、检修记录、缺陷记录等。 图档管理的功能：录入、修改、查询、导入、导出、打印等。 支持分类查询、关键字查询和组合条件查询、图形查询等各种灵活的查询方 式。 支持用户自定义流程对图档资料进行提取、修改和保存，系统对图档的修改 应提供加锁机制。 支持多用户同时对数据库进行编辑，但不允许多用户同时对同一图档进行编 辑，当用户访问正处于修改过程的图档时，系统自动给出提示信息。 山东大学硕士学位论文 专业管理 4 4 3 统计分析 运行情况统计：根据装置的动作、运行情况，按照电力系统继电保护及安 全自动装置运行评价规程的要求，自动统计装置的正确动作情况、重合闸情况、 录波情况、投运情况( 母差保护、高频保护、自动装置等) 、故障情况等，并支 持各种查询。 异常情况统计：根据装置出现缺陷、异常的时间、次数、种类、原因等进行 统计，并支持各种查询 故障情况统计；根据故障信息报告进行各种设备类型、故障类型、各时段、 各区域的故障次数和几率分布的统计，并支持各种查询 其它数据统计；对于未接入本系统的其他装置的正常、异常、故障情况等数 据可以人工输入，已经生成的统计结果也可以作为统计数据源。 可定制统计报表，包括：统计范围、周期、日期等。 支持用户设定时间自动将统计结果按照统计、审核、上报、批复、归档或用 户自定义的其他流程完成报表的闭环管理。 4 4 4 检修管理 检修计划：系统能够根据装置相关信息，自动生成装置年度校验计划，并支 持装置年度校验计划的审核、批复、确认、归档等流程管理。实现校验到周期提 醒及超周期报警功能。 计划检修：系统支持定制检修流程，检修记录能通过录入、审核等流程形成 档案 缺陷检修：对装置的异常、缺陷的发现，系统能自动产成缺陷报告，并生成 缺陷检修任务，系统支持缺陷检修流程，缺陷检修记录能通过录入、审核等流程 形成档案 系统可以汇总各个检修计划，可随时监视装置的检修完成情况并可随时查 询，统计检修完成率，并自动生成检修滚动计划。 4 4 5 定值单流转管理 定值单生成：根据整定计算的结果，经用户定制的复核、审查、批准等流程 形成定值通知单并产生定值修改任务 定值修改：用户可按照定制的流程，经严格的身份验证执行定值修改，修改 山东大学硕士学位论文 完成后，通知调度运行管理部门。系统提供屏蔽远方修改定值的功能 定值单核对：系统自动调用装置的定值，与定值单进行核对并反馈核对结果 定值单回执：核对结果正确，产生回执单并归档 系统可随时监视和查询定值单的流转情况，统计任务完成率。 4 4 6 技术监督 系统应完成技术监督的全过程管理流程用户可定制技术监督通知单的下 发、执行、回执等流程。 系统根据运行情况、检修情况、缺陷情况等信息，自动生成技术监督计划报 表。 用户可定制监督计划报表的上报流程。 根据上报的监督计划报表，系统能够对存在问题的同类产品进行统计分析， 并根据情况向全网下发技术监督通知单，产生技术监督任务，按照定制的流程完 成技术监督任务，生成回执单。 系统随时监督流程的执行情况，统计完成率。 4 4 7 运行管理 运行管理是对装置运行状态进行统一管理，包括装置运行状态监视、运行参 数、压板状态、定值修改及核对等。 正常运行状态：系统正常运行时，用户可根据厂站主接线图或装置列表，定 制画面显示装置的运行状态，如装置自检、实时采样值、开入量状态、运行定值 等。 异常运行状态：装置发生异常时，系统自动提示，反馈异常类型、参数和时 间等信息，并进行记录。 电网故障状态：电网故障后，在电网接线图或厂站电气主接线图上标明故障 点位置、故障类型、跳闸开关等故障信息，显示保护动作信息、相关保护的动作 行为分析报告，显示故障时刻系统采样数据、放障录波数据等。 4 4 8 压板投退及定值区切换 安全设置：用户进行操作前由系统对用户身份进行验证。 功能分组；允许用户自定义操作功能，将同一目的的一组操作合并为一项功 能完成。 核对：用户操作结束后，系统反馈当前装置的运行状态变化情况 山东大学硕士学位论文 4 4 9 定值修改及核对 整定计算生成定值单后，按照用户定制的流程，经批准后，工作人员按照相 应的权限、密码进行修改，完毕后按照用户命令自动核对并反馈核对结果。 在线定值校验 当电网运行方式变化时，系统从厂站端或直接从e 淞中获取电网运行状态参 数，在系统相关位置模拟各种类型故障，自动校验电网有关装置的定值是否满足 当前运行方式的需要( 能进行灵敏度校核和选择性校核对于存在误动、拒动隐 患的装置给出报警信息 4 4 1 0 故障分析 电网故障分析 故障诊断：电网发生故障时，系统根据各厂站端子系统采集的开关跳闸信息、 保护动作信息、录波数据等故障信息进行综合判断，给出故障区域、故障性质。 故障测距：根据各种测距算法计算的结果，进行综合分析判断，给出准确的 故障点、故障相和巡线范围。 故障报告：根据故障诊断和故障测距的结果，自动生成电网故障分析报告， 包括故障时间、故障范围、故障点、故障相、故障性质、相关装置动作情况等。 保护动作行为分析 根据电网故障分析结果，自动判断相关装置的动作行为是否正确，并给出相 关装置的动作行为分析报告 若装置的动作行为不正确，能够自动分析装景不正确动作的原因 提供继电保护装置仿真功能，支持保护装置仿真算法自定义 录波数据分析 提供录波数据分析工具，录波数据分析工具能够进行波形显示、波形同步、 波形测量、波形峰值查找、波形突变查找、谐波分析、相量分析、序分量分析等。 能进行通道的增加和删除、波形的放大和缩小、波形显示值的切换、打印输 出分析报等；可导入、导出录波数据，通道和时间段可选；提供测距功能，支持 测距算法自定义 故障过程回放 能详细描述任意一次电网故障发生、发展、消失的全部细节和过程。应从如 下三个方面