CN102916407A - 一种地区电网继电保护及故障信息管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种地区电网继电保护及故障信息管理系统，该系统包括：子站系统，其包括多个子站，每个子站接入并监控二次设备，采集所述二次设备的数据并传送给调度端的主站系统，以及接受主站系统的控制命令并下发给由主站系统指定的二次设备；主站系统，其包括多个主站，通过通信网络与子站系统连接，收集各个子站采集的来自二次设备的数据并进行故障分析，以及向指定的二次设备发送控制命令。该系统可使调度及时、全面、准确地掌握故障情况，从而快速、准确地处理系统故障，并为全网继电保护装置运行状况的集中监测和集中管理提供方便。

Description

一种地区电网继电保护及故障信息管理系统

技术领域

本发明涉及电网保护及故障处理，具体涉及一种地区电网继电保护及故障信息管理系统。

背景技术

近年来，随着电网的不断发展，电力系统对安全、稳定、经济运行的要求越来越高。及时、准确分析故障和保护动作信息，充分利用故障数据信息，对提高继电保护及安全自动装置的运行水平有及其重要的意义。电网继电保护故障信息管理系统的运用使二次装置的综合管理、分析、应用水平不断提高，其作为电网重要分析手段之一广泛应用于各电网，并逐渐产生了良好的经济效益及作用。众所周知，2003年美加“8.14”大停电事故的发生，充分说明电力系统在预防重大事故的发生方面存在着很大漏洞，同时事故原因的迟迟难以确定，也表明电网故障信息系统的不完善。

发明内容

本发明的目的在于,提供一种地区电网继电保护及故障信息管理系统，以使调度及时、全面、准确地掌握故障情况，从而快速、准确地处理系统故障。

为达上述目的，本发明提供了一种地区电网继电保护及故障信息管理系统，所述系统包括：

子站系统，包括多个子站，每个子站接入并监控二次设备，采集所述二次设备的数据并传送给调度端的主站系统，以及接受来所述主站系统的控制命令并下发给由所述主站系统指定的二次设备；

主站系统，包括多个主站，通过通信网络与所述子站系统连接，收集各个子站采集的来自二次设备的数据并进行故障分析，以及向指定的二次设备发送控制命令。

本发明的上述技术方案的有益技术效果在于：

1、使调度及时、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、通过调度端远传功能，使继电保护工程师及时掌握了解变电站诸多微机保护设备运行状态和故障信息成为可能。为全网继电保护装置运行状况的集中监测和集中管理提供方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的地区电网继电保护及故障信息管理系统的总体结构示意图；

图2为本发明实施例主站的架构及主站与其它设备的连接关系示意图；

图3为本发明实施例子站的架构及子站与其它设备的连接关系示意图；

图4为本发明实施例的地区电网继电保护及故障信息管理系统的详细结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

表1：专有名词注释表

本发明实施例提供一种地区电网继电保护及故障信息管理系统。图1为本发明实施例的系统的总体结构示意图。如图1所示，该系统包括：

子站系统，包括多个子站，每个子站接入并监控二次设备，采集所述二次设备的数据并传送给调度端的主站系统，以及接所述主站系统的控制命令并下发给由所述主站系统指定的二次设备；

主站系统，包括多个主站，通过通信网络与所述子站系统连接，收集各个子站采集的来自二次设备的数据并进行故障分析，以及向指定的二次设备发送控制命令。

再请参阅图1，该主站系统包括多个主站，其中主站1至主站M可以分别对应不同的管理部门，诸如地调、省调、超高压、网调等。该子站系统包括多个子站，其中子站1至子站N则分别对应不同的厂站。该通信网络可以是以太网络、光纤网络等各种形式的物理网络。主站系统内的任意一个主站均可以控制子站系统内的任意一个或多个子站，或者进行信息收集。主站主要安装在调度中心（调度端）的控制室，子站主要安装在电站、电厂的配电小室。

子站系统担负着上传下达的重要任务，对下它可以监控管理本系统以外的二次设备如继电保护装置和故障录波装置等，采集处理二次设备上送的（既有周期性的定时上送，也有非周期性的触发方式上送）各类运行数据，接受来自调度端的控制命令并能下发给由调度端指定的二次设备；对上则通过设立开放式结构的站级网络接口，与管理层建立联系，将数据传送给主站系统内的调度端管理后台，以便对运行数据的进一步处理。主、子站通讯例如采用华北103（1.0版）规约，子站程序设计采用模块化结构。

图2为本发明实施例的主站的架构以及主站与其它设备的连接关系示意图。如图2所示，主站系统的核心功能是收集各个信息子站采集的来自二次设备的所有信息并进行综合分析。其中，主站主要是指信息管理系统位于调度端的部分，每个主站的内部设备包括通过网络互相连接的数据服务器、通讯服务器和WEB服务器。该数据服务器主要用于存储子站上送的数据，例如存储到主站数据库。该通讯服务器是沟通主子站的桥梁，主要负责主站与子站之间的数据传输，并根据子站上送的数据进行故障分析。WEB服务器主要用于将子站上送的数据或信息实时通过网页形式发布，使得在各个终端用户能实时浏览继电保护装置及故障录波装置的各种信息。在本实施例中，图2中示出的路由器和SPDnet/PSTN构成了前述的主站系统与子站系统之间的通信网络。在又一实施例中，该通信服务器还可以连接到SCADA系统。作为可选地，该主站还可以进一步通过以太网与网络打印机连接。

在又一实施例中，请再参阅图2，该地区电网继电保护及故障信息管理系统还可以包括：通过以太网与主站连接的工作站。工作站主要是提供人机接口和人机互动的计算机终端，数据服务器、通讯服务器、WEB服务器、工作站之间可以通过以太网或其它有线或无线的局域网方式连接。作为可选的，数据服务器和WEB服务器可以集成为一台设备。根据设置的位置划分，工作站包括保护工作站和/或调度工作站；该保护工作站和/或调度工作站包括：主站人机接口模块，提供与主站间的人机交互接口；故障波形分析模块，与所述主站人机接口模块连接，用于进行波形显示、波形迭加、波形组合、波形比较、波形剪辑或者为波形添加标注；以及进行序量分析、谐波分析、矢量分析、阻抗变化轨迹分析或者功率分析。

图4为本发明实施例的地区电网继电保护及故障信息管理系统的详细结构示意图。结合参阅图2和图4，所述通讯服务器包括：子站接入模块，用于将当前子站接入到主站，并实现相互交互；故障测距分析模块，对存储在主站数据库中的故障报告进行分析，计算出线路的故障距离，对故障点进行定位；故障统计模块，对各子站的二次设备的故障情况进行计量分析，并统计故障发生率和进行故障汇总。

子站系统强调的是对厂站内的继电保护装置及故障录波装置的接入能力以及子站系统本身的稳定运行能力，接入能力是指子站硬件设备提供的网络通信接口不但能够接入不同时期、不同厂家、不同型号、不同通信接口及规约的继电保护装置及故障录波装置，而且能够准确无误地采集继电保护装置及故障录波装置在运行状态下产生的各种瞬间数据（实时数据），并能将不同类型的数据按不同规约转换远传至相关的自动化系统（电力系统里的除主站、子站外的其他系统，例如监控后台）和主站。其中，不同规约转换是指不同种类的通讯规约间相互转换，可以是多种转到一种，也可以是一种转到多种，而且可以是双向的转换。与继电保护装置及故障录波装置的接口连接方式多种多样，包括：RS485总线、LonWorks总线、以太网、点对点串行通讯接口、虚拟串口等等，由这些方式中的一种或多种组成图3中的物理网络。子站端完成各种厂家装置数据格式的转换，输出的数据格式与ANSI/IEEE c37，111-1991 COMTRADE格式标准兼容。

图3为本发明实施例的子站架构以及子站与其它设备的连接关系示意图。如图3所示，该子站包括：子站管理机，作为所述子站的主机部分，用于与主站间的交互，接入变电站站内的二次设备，进行数据处理并存储，以及实现人机交互；GPS校时模块，与所述子站管理机连接，对整个子站的时钟同步对时，保证子站系统与变电站站内二次设备的时间一致性；开关量I/O模块，与所述子站管理机连接，收集变电站站内二次设备的启动动作触点信号。图3中的“保护”是指继电保护装置，“录波器”是指故障录波装置。

图3中的串口扩展和SWITCH/HUB也属于子站系统的硬件部分，串口扩展最常见的有串口服务器、串口PCI卡等，主要用于将串行通讯接口转成以太网通讯接口，SWITCH/HUB即网络交换机，主要用于扩充以太网接入数量，构建满足现场接入容量需求的物理通讯网络。

在一实施例中，该子站管理机还可以连接变电站当地监控系统。在又一实施例中，该子站管理机还可以连接打印机。图3中示出的路由器和SPDnet/PSTN构成了前述的主站系统与子站系统之间的通信网络。

图4为本发明实施例的地区电网继电保护及故障信息管理系统的详细结构示意图。结合参阅图3和图4，子站管理机包括：

子站系统主模块，负责协议的解析和站内二次设备的接入通信；

子站人机接口模块，与所述子站系统主模块连接，实现用户与子站之间的人机交互，即人工查询、分析和控制等操作；

主站接入模块，与所述子站系统主模块连接，用于将当前子站接入到主站，并实现相互交互；

二次设备接入模块，与所述子站系统主模块连接，包括继电保护装置接入模块和故障录波装置接入模块，采集该继电保护装置和故障录波装置在运行状态下产生的各种瞬间数据，并将不同类型的数据按不同规约转换后传送传至相关的主站；

故障信息上报及提示模块，与所述子站系统主模块连接，当发现保护动作出口时，将保护动作的报告上传至主站系统，并发出声音提示。

可选地，该子站管理机还可以包括存储模块，用于存储子站数据库。

所述二次设备接入模块，通过RS485总线、LonWorks总线、以太网或者虚拟串口与所述二次设备连接。

以下对本发明的上述地区电网继电保护及故障信息管理系统的工作方法进行说明。

电网正常时，主站对子站的装置可以进行远程操作，双击某一子站的图示区域，可以进入该子站的主接线图画面，单击某一装置的示意图，会弹出对该装置远程操作的菜单，对保护装置可以进行的操作有：申请定值、申请采样值、申请开关量、申请修改时钟，对录波装置可以进行的操作有：申请定值、申请采样值、申请开关量、申请遥控录波、申请修改时钟等。子站能完成对各个微机保护和录波装置的正常查询、动作报告和自检报告的搜集整理、定值及定值区号改变情况的检查（记录定值改变及形成时间）、记录开关量变位时间并给出汉化的变位信息和有关提示、信号复归、对时等功能。

子站一旦发现保护动作出口，立即将保护动作的简要报告按照信息的优先权来分批远传至调度部门并在变电站就地显示，并有声响地提示。主站系统实时收到子站自动上传的故障信息后立即告警，并进行数据分析，最终形成完整的故障分析报告。

主站中通讯服务器的故障测距分析模块对存储在主站数据库（如ORACLE数据库）中的故障报告进行分析，计算出线路的故障距离，对故障点作出准确定位。工作站中的故障波形分析模块将故障报告中的扰动数据，按照标准的COMTRADE格式以波形的方式进行显示分析。可以求出故障量的有效值、峰值、直流分量等数据；求出各故障序分量的大小及相位，能以向量图和波形两种方式输出；求出阻抗，并画出阻抗矢量图；对故障量进行谐波分析。

设置在变电站的子站，其主要作用是搜集、过滤信息，转换不同装置的通讯规约，数据打包传送，作为联系调度端和变电站端设备的桥梁。子站的存储方式和能力能很好地解决装置故障时数据丢失的问题，及时搜集并存储本站启动装置的数据，并且对数据进行过滤，只传送与故障直接相关的故障信息，减少了通道中传输的数据；将不同二次设备的通讯规约及时转换，一是可以减少冗余数据占用的通道传送时间，二是可以减轻调度端主机的工作量。子站系统还与综合自动化的地调端后台（即主站）连接，通过串口接收综合自动化服务器端的各个110KV变电站的保护动作和告警信息。

本发明实施例的地区电网继电保护及故障信息管理系统具有如下优点：

1、使调度及时、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、通过调度端远传功能，使继电保护工程师及时掌握了解变电站诸多微机保护设备运行状态和故障信息成为可能。为全网继电保护装置运行状况的集中监测和集中管理提供方便。

3、有利于实现双端故障测距，提高故障定位精度，减小巡线工作量及故障恢复时间。

4、录波数据可再现故障，有利于对继电保护装置的原理分析。

5、在变电站采用GPS卫星时钟接收器进行时间同步；在变电站内将各类继电保护自动化设备进行信息综合，使不同装置接口规约在变电站层得以统一；联网后可实现故障数据远传、数据记录格式统一、数据时间基准统一，有利于对系统故障的及时分析。

以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种地区电网继电保护及故障信息管理系统，其特征在于，所述系统包括：

子站系统，包括多个子站，每个子站接入并监控二次设备，采集所述二次设备的数据并传送给调度端的主站系统，以及接所述主站系统的控制命令并下发给由所述主站系统指定的二次设备；

主站系统，包括多个主站，通过通信网络与所述子站系统连接，收集各个子站采集的来自二次设备的数据并进行故障分析，以及向指定的二次设备发送控制命令。

2.根据权利要求1所述的地区电网继电保护及故障信息管理系统，其特征在于，所述通信网络包括：以太网或者光纤网络。

3.根据权利要求1所述的地区电网继电保护及故障信息管理系统，其特征在于，所述子站包括：

子站管理机，作为所述子站的主机部分，用于与主站间的交互，接入变电站站内的二次设备，进行数据处理并存储，以及实现人机交互；

GPS校时模块，与所述子站管理机连接，对整个子站的时钟同步对时，保证子站系统与变电站站内二次设备的时间一致性；

开关量I/O模块，与所述子站管理机连接，收集变电站站内二次设备的启动动作触点信号。

4.根据权利要求3所述的地区电网继电保护及故障信息管理系统，其特征在于，所述子站管理机包括：

子站系统主模块，负责协议的解析和站内二次设备的接入通信；

子站人机接口模块，与所述子站系统主模块连接，实现用户与子站之间的人机交互；

主站接入模块，与所述子站系统主模块连接，用于将当前子站接入到主站，并实现相互交互；

二次设备接入模块，与所述子站系统主模块连接，包括继电保护装置接入模块和故障录波装置接入模块，采集所述继电保护装置和所述故障录波装置在运行状态下产生的各种瞬间数据，并将不同类型的数据按不同规约转换后传送传至相关的主站；

故障信息上报及提示模块，与所述子站系统主模块连接，当发现保护动作出口时，将保护动作的报告上传至主站系统，并发出声音提示。

5.根据权利要求4所述的地区电网继电保护及故障信息管理系统，其特征在于，所述二次设备接入模块，通过RS485总线、LonWorks总线、以太网或者虚拟串口与所述二次设备连接。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的地区电网继电保护及故障信息管理系统，其特征在于，所述主站包括：通过网络互相连接的数据服务器、通讯服务器和WEB服务器；

所述通讯服务器，负责主站与子站之间的数据传输，并根据子站上送的数据进行故障分析；

所述数据服务器，存储子站上送的数据到主站数据库；

所述WEB服务器，将子站上送的数据实时通过网页形式发布。

7.根据权利要求6所述的地区电网继电保护及故障信息管理系统，其特征在于，所述通讯服务器包括：

子站接入模块，用于将当前子站接入到主站，并实现相互交互；

故障测距分析模块，对存储在主站数据库中的故障报告进行分析，计算出线路的故障距离，对故障点进行定位；

故障统计分析模块，对各子站的二次设备的故障情况进行计量分析，并统计故障发生率和进行故障汇总。

8.根据权利要求6所述的地区电网继电保护及故障信息管理系统，其特征在于，所述的地区电网继电保护及故障信息管理系统还包括：通过以太网与主站连接的保护工作站和/或调度工作站；所述保护工作站和/或调度工作站包括：

主站人机接口模块，提供与主站间的人机交互接口；

故障波形分析模块，与所述主站人机接口模块连接，用于进行波形显示、波形迭加、波形组合、波形比较、波形剪辑或者为波形添加标注；以及进行序量分析、谐波分析、矢量分析、阻抗变化轨迹分析或者功率分析。

9.根据权利要求6所述的地区电网继电保护及故障信息管理系统，其特征在于，所述通讯服务器还连接数据采集与监视控制系统SCADA。

10.根据权利要求3所述的地区电网继电保护及故障信息管理系统，其特征在于，所述子站管理机还连接变电站当地监控系统。

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