继电保护及故障信息管理子站的设计与实现

1、继电保护及故障信息管理子站的设计与实现沈会斌,滕晓雷,李建业(北京中恒博瑞数字电力科技有限公司,北京摘要: 介绍了电网继电保护及故障信息管理系统的总体框架、功能定位以及软件,硬件设计方案,讨论了变电站内保护装置及录波器的接入方案、与主站系统的互联方式。关键词:继电保护;故障录波;管理信息系统;稳定性;易扩展;信息存储;故障分析。1.引言随着电网规模的扩大和全国联网的发展,电力系统中投入电网的各种保护、自动装置、故障录波器等设备越来越多。在出现故障时,这些设备记录了大量的数据和信息,如何综合利用这些信息来判断故障的元件和性质、故障重演、保护动作分析和录波分析,已成为分析电力系统事故和辅助调度员进

2、行故障处理的重要课题。目前,网络通信技术得到了快速的发展,变电站已经具备了以数据方式向电网调度中心传输各种信息的能力,如何有效地综合运用这些信息从而提高整体调度智能信息化水平成为推动电网故障信息系统研制开发的主要动力。DP2030故障信息管理子站系统是继电保护及故障信息系统(主站 的信息来源,而通信子系统是联系故障管理系统和变电站自动化系统的纽带,通信子系统能否可靠、高效运行,是故障信息系统的关键。本文主要介绍由本公司独立研发的DP2030故障信息管理子站系统的设计与实现思路。2.软件系统设计2.1功能特点参照现场技术需求,并调研了其它厂家的类似系统,设计了DP2030故障信息管理子站系统功能

3、如下: 2.2 系统软件结构DP2030故障信息管理子站系统由通讯服务器Server ,子站装置参数配置Config ,子站接线图绘制StDraw ,子站故障信息管理DP2030,子站GPS 对时处理Gps ,子站系统软件看门狗WatchDog ,子站对上级主站的数据通讯服务StServer 几个部分组成,各个部分的关系如下图所示: 2.3软件系统设计原则1. 根据保护及录波器规约的多样性,决定以动态链接库的形式来实现与某厂家某型号装置的数据通讯。设计了CProtocol (规约基类来作为所有装置通讯类的父类,在其中定义了通用的接口函数,在具体的装置通讯类中只需实现不同规约报文的打包与分包。2

4、. 根据不同的通讯规约的动态链接库,设计了统一的通讯启动,停止及装置操作接口,由通讯服务器根据配置信息的不同,依次调用动态链接库,完成与站内装置的信息采集任务。3. 所有模块都涉及到了数据库的操作,为此专门设计了数据持久模块,提供统一的数据库操作接口,完成信息的存储,分析,汇兑及展示。4. 因为要面对不同主站厂家针对子站数据的调用,与主站部分的通讯也以动态链接库的形式来实现,方便扩展。5. 签于变电站接线图绘制的复杂性,图形绘制及显示部分使用了公司成熟的图形产品控件UccDraw,保证了软件系统界面与公司其它软件产品的统一。6. 考虑到站内保护装置与录波器通讯介质的多样性,主要有RS485、R

5、S232 、Lon2Works、UDP、FTP、TCP/IP等,通讯介质部分独立于装置通讯类,分别设计了CSerialPort 、CLon2Works、CUDPConnect、CFtpConnect、CSocketClient类来完成。这样可以方便的实现相同规约不同介质的通讯。7. 在程序设计方面,主要采用了面向对象的分析与设计方法,这种方法可以确保软件系统可靠,灵活,能适应产品开发后商业需求的快速变化。2.4 面向对象的系统模块设计面向对象的程序设计扩展了基于对象的程序设计可以提供类型子类型的关系这是通过一种被称为继承inheritance 的机制而获得的类不再是重新实现共享的特征而是继承了

6、其父类的数据成员和成员函数C+通过一种被称为类派生class derivation 的机制来支持继承被继承的类为基类base class 而新的类为派生类derived class 我们把基类和派生类实例的集合称作类继承层次结构hierarchy。以Nari103动态库为例说明,其它类似,其类结构图如下所示: 在此设计中,规约作为一个对象,针对其公共的接口,完全封装在基类中来实现,不同规约报文的封包与拆包在派生类中来实现,保证了接口的统一,这样的设计方式也方便了团队开发的需要。 在本系统中,其它模块中所有针对数据库操作的功能都使用了TDBOperate来完成。2.5 多个进程之间相互协作的处理

7、DP2030故障信息管理子站系统正常运行时涉及到了多个进程,这就需要多个进程之间互相协作来完成各自功能。进程之间的协作主要使用了两种方式:1.进程之间发送WM_COPYDA TA消息。2.共享内存。 在这里,MakeCommMsg函数是发送了WM_COPYDA TA消息给Server,在消息内包含了COMMORDER数据结构。可以通过此告知Server的信息主要包含保护启动,装置事件,开关变位,装置告警,保护及录波器的录波数据,再由Server转发至DP2030,刷新子站系统主界面。软件看门狗WatchDog主要用于监视Server,StServer,Gps的运行,使用了共享内存监视与刷新的技

8、术。每个需要监视的应用程序分配给唯一的一个在共享内存中的位置,位置序号从0到DOGCOUNT-1并同时传递给应用程序的全名,Server,StServer,Gps定时刷新其共享内存的数据。在WatchDog里面,封装了一个定时器事件,定时搜索共享内存,如果发现里面某个应用程序的看门狗计数器不再刷新了,则作一记录,如果记录的个数超出了程序所设定的次数,则重新启动那个应用程序。2.6公司成熟图形控件UccDraw在子站系统的应用子站系统的图形模块分为两个部分,运行模块和绘图模块,运行模块和绘图模块都是在同一个图形平台UccDraw上实现的,图形模块以UCCDraw为基础,包装一层C+代码,实现绘图

9、和运行期间的图形功能。结构如图3. DP2030 故障信息管理子站系统硬件系统 设计 DP2030 故障信息管理子站系统位于变电站层，主要负责收集、分析和显示变电站内继 电保护装置、故障录波器、安全自动装置的正常运行和故障信息，对变电站内的故障及相关 信息， 按不同的优先级主动或按照主站系统的命令上传到主站进行进一步的分析处理， 并可 接受主站系统的命令,实现对保护装置的直接操作。 由于变电站的规模和布置上存在较大差异， 子站系统的设计应满足应用的扩展， 满足不 同的变电站的规模和布置。 所以信息子站系统提供多种网络结构和网络方案， 供使用者根据 实际情况选择。作为继电保护信息管理系统，连接变

10、电站（电厂）内装置/录波器和主站端 中间环节，通信管理功能是最基本和重要的。变电站内各不同型号、不同厂家、不同时期的 保护和故障录波等装置通过本公司自主研发的通讯服务模块将不同装置的不同通信接口 (如:RS485 、RS232 、Lon2Works、UDP、FTP、TCP/IP 等 的信息收集汇总，形成统一的 数据格式，然后由子站保护信息管理机的网络通讯服务模块上送到调度主站。 子站硬件结构图如下所示： GPS 网调主站 打印机 子站管理机 电力数据网 隔离装置 省调主站 当地监控 光纤转换器 分站 光纤转换器 保护管理机 多串口集中器 录波装置 录波装置 保护装置 LAN接口方式 保护装置

11、保护装置 光纤接口方式 保护装置 录波装置 保护装置 保护装置 RS232/422/485接口 4. 系统功能说明 4.1 故障信息管理及分析查询功能 由 DP2030 故障信息管理子站系统主程序 DP2030 来完成，主要包括以下几个方面： 1. 系统管理 包括子站设备参数管理，保护装置定值调阅、用户权限管理、故障信息管理、报表等管 理功能。 2. 保护运行管理 子站系统负责采集变电站内部的继电保护装置、 故障录波装置及自动控制装置的主要信 息。对电厂及变电站保护、故障录波装置和自动装置的运行状态、通信状态进行监视；如对 各装置的正常运行工况信息和保护动作详细历史记录的提取,保护装置定值的召

12、唤、核对、 整定和定值区切换,故障时故障信息的提取。保护装置上送的扰动数据自动保存成标准 Comtrade文件，以方便故障信息分析。 3. 保护及录波器各类信息管理 支持保护动作信息， 保护事件及开关量信息， 保护告警信息， 扰动数据列表等分类显示、 查询。 主运行界面如下 4.2 数据采集汇兑功能 由 Server 调用各个规约模块完成，作为继电保护信息管理系统，连接变电站（电厂） 内装置/录波器和主站端中间环节，通信管理功能是最基本和重要的。变电站内各不同型号、 不同厂家、 不同时期的保护和故障录波等装置通过本公司自主研发的通讯服务模块将不同装 置的不同通信接口(如:RS485 、RS23

13、2 、Lon2Works、UDP、FTP、TCP/IP 等 的信息收集 汇总，形成统一的数据格式。以方便本地或者远方调用分析。 4.3 变电站接线图绘制功能 由StDraw来完成，使用了公司统一的图形控件Uccdraw来实现，保证了系统的稳定性及 易用性。 4.4 故障信息配置功能 由Config来完成，主要用来配置站内线路参数，装置通讯参数及各类装置信息的点表。 4.5 与调度主站的通讯功能 由StServer来实现，能自动上送保护启动信息，保护事件信息，保护开关变位信息，故 障录波报告至调度主站。支持主站查询装置定值，装置模拟量，装置故障列表，装置事件列 表等。 4.6 Gps 对时功能 由Gps