论文部分内容阅读
摘要：为了保证电网安全稳定运行，监控和排除电网故障，存储和管理电网故障信息，提出继电保护及故障信息系统。本文介绍继电保护及故障信息系统的基本概念、原理和设计思路。根据IEC61850和IEC61970等相关标准，研究分布式继电保护及故障信息系统。该系统利用电网分布的特点，采用分布式分层系统来实现，能够对电网继电保护设备和故障信息进行快速有效的管理。介绍继电保护及故障信息系统在电网中的具体应用。
关键字：继电保护；故障信息系统；电网
随着经济社会的发展，电网的规模越来越大，覆盖范围越来越广，要保证如此巨大的电力系统时刻安全稳定运行是十分艰巨的任务，各种故障和异常是难以避免的，有的重大事故还会造成大面积停电和人身财产损失。为了保证电力系统的安全稳定运行，提出继电保护和故障信息系统，用于快速找到故障地点、分析故障原因、并从根本上排除故障，保证电网的安全稳定运行。
1、继电保护和故障信息系统的功能
继电保护和故障信息系统应该实现以下功能：
（1）实时监控电网的运行状态，包括电网中各保护设备、各录波器等二次设备，能够实时控制这些设备的运行；
（2）能够对运行异常和发生的故障的设备进行检修和故障排除，并记录其相关信息；
（3）自动分析和处理电网中的故障和异常，实时确定故障地点、故障原因、故障类型，并排除故障，记录故障信息进行分析；
（4）存储电网运行状态数据和故障信息，能够供以后的工作中查询和使用；
（5）使用标准的可扩展的系统，能够和其他各种系统进行通信和协同工作，共享相关数据；
（6）能够使用网络进行通信。
2、继电保护和故障信息系统设计
继电保护和故障信息系统设计应该遵循一些基本原则。
2.1 标准化原则
遵循标准化的设计原则，遵循IEC61850和IEC61970相关国际标准。网络标准使用国际通用的TCP/IP协议。配置文件保存和传输格式采用W3C推荐的国际通用标准XML（可扩展标记语言）格式，XML文件格式是国际通用的数据传输格式。系统传输的图形文件采用W3C推荐的SVG（可伸缩矢量图形）格式，系统软硬件接口皆采用国际通用标准。
2.2 分布式设计
系统应该采用分布式架构设计。电网是一种区域分布式的结构，各继电保护设备和检测设备都分布在电网的各个部分。对于各个电厂应该部署子站系统，子站系统负责监测各个电厂的运行情况和故障处理工作。采用分层的系统结构，子站系统通过互联网和本地主站、地区局主站、省局主站系统连接。系统使用模块化的设计，各个模块高度内聚而低耦合，这样方便添加和删除子系统，便于扩展系统功能。采用当前主流关系数据库系统进行数据存储和查询。分布式设计具有良好的灵活性，便于扩展。继电保护及故障信息系统结构如图1：
2.3 独立化、智能化终端
电网的继电保护及故障信息系统要求各终端具有较高的稳定性和可靠性，各个终端设备必须能够正确且稳定地收集和传输数据并进行数据分析。因此，各个终端设备应尽量设计成高度内聚的模块化装置，减少零部件和易损坏零件的使用。这样可以减少终端设备发生故障的几率，提高设备的稳定性，降低维护成本。
3、主站系统的设计
主站系统的主要功能是收集和存储各个子站传输过来的电网运行和故障信息，对收集到的信息进行综合分析。提供信息的分类和查询功能。对厂站的继电保护设备进行管理和操作。能自动分析电网系统的各个参数，并分析维护这些参数。建立分布式数据库系统，同步管理各个子站的数据等。主站主要包括数据模块、图形模块、监控模块、波形分析模块、网络模块等。
数据模块主要完成各个设备和参数的配置，数据库的管理和维护，数据查询和分析功能。主站要实时采集各变电站的事件报告、故障信息、异常信息、监测报告，周期性地采集继电保护设备的开关量和录波器文件等。采集的信息要保存到数据库供以后使用和检查。
图形模块主要绘制图形化的设备和电网系统结构图，用户可以通过图形化的界面对电网的各部分进行操作和控制。
监控模块主要对电网系统进行监控，对继电保护设备、录波器等设备进行维护和管理，管理主站系统运行状态、系统信息、用户操作等信息。通过系统界面可以实时直观地看到所有变电站运行情况，通过点击厂站图标便可以进入该厂站的接线图，对厂站中的所有设备进行监控和操作。当发生故障时，系统应该在相应的部位发出告警信息，相应的设备图标应该提示有故障。
波形分析模块主要对波形进行编辑和分析，能够对波形进行对比、叠加等操作，方便观察和分析。
网络模块主要进行主站和各个子站的网络通信，传输数据和控制信息等。要求对数据库进行备份，当系统遭受破坏而瘫痪时，能够使用在其他服务器上备份的数据对主站的数据库进行备份恢复。
4、子站系统的设计
子站系统在继电保护及故障信息系统中担任着中间桥梁的作用，一边连接着各种保护设备和故障录波器，一边连接着主站和调度工作人员。同时也是分布式数据库中的重要节点，是各个分站处理故障、上传数据监控电网的完整解决方案。担任着收集第一手数据的任务，是制定各种故障解决方案的基础。子站系统应该具有以下功能：实时数据信息采集；支持所有微机设备和录波器；系统监视和控制功能。
子站系统应该满足如下的设计要求：系统实现模块化、装置化；具有开放性、可扩展的接口；具有良好的维护性；参数配置应该具有可传递性；采用规范化标准化的设计方案。
5、系统安全
电网系统是重要的工业和社会基础，为了保证电网系统的安全，不被入侵。应该对继电保护及故障信息系统采取安全保护措施。通过防火墙技术和授权访问技术来控制系统的可访问性。
首先，在系统设计时就应该将防火墙功能置入系统内部，确保各类病毒和黑客无法访问系统核心，控制IP对系统的访问权限，除允许的IP地址，其他IP地址均无法访问系统。
其次，采用用户权限管理机制，各种不同类型的用户拥有对系统的不同访问权限。比如对系统的查询权限、设备控制权限、管理员权限等。建立严格的访问权限表。严格控制账户对系统的访问。
结束语：
继电保护及故障信息系统是保证电网安全稳定运行的关键。设计一个强壮、可扩展、开放、通用、稳定的系统是一项复杂的系统工程。包括对系统整体架构的设计，主站系统的设计，各分站系统的设计，数据网络的建设，信息数据模型的建立和实现。继电保护及故障信息系统的多项重要功能的实现需要采用规范化和分布式的原则，这两个设计原则能够作为进一步研究的基础，也可作为实际应用的参考。
参考文献
[1]韩晓萍，李佰国，王肃等.继电保护及故障信息系统的设计与实现[J].电网技术，2004，28（18）：16-19，65.
[2]古锋.继电保护及故障信息系统通信模型研究[J].电网技术，2007，31（7）：73-77.
[3]汪建军，戴景琪，汪建忠等.继电保护及故障信息管理系统在电网中的应用[J].内蒙古科技与经济，2013，（2）：90-91，93.
[4]肖锋，梅颜.继电保护及故障信息管理系统的应用研究[J].电子设计工程，2010，18（8）：109-112.
关键字：继电保护；故障信息系统；电网
随着经济社会的发展，电网的规模越来越大，覆盖范围越来越广，要保证如此巨大的电力系统时刻安全稳定运行是十分艰巨的任务，各种故障和异常是难以避免的，有的重大事故还会造成大面积停电和人身财产损失。为了保证电力系统的安全稳定运行，提出继电保护和故障信息系统，用于快速找到故障地点、分析故障原因、并从根本上排除故障，保证电网的安全稳定运行。
1、继电保护和故障信息系统的功能
继电保护和故障信息系统应该实现以下功能：
（1）实时监控电网的运行状态，包括电网中各保护设备、各录波器等二次设备，能够实时控制这些设备的运行；
（2）能够对运行异常和发生的故障的设备进行检修和故障排除，并记录其相关信息；
（3）自动分析和处理电网中的故障和异常，实时确定故障地点、故障原因、故障类型，并排除故障，记录故障信息进行分析；
（4）存储电网运行状态数据和故障信息，能够供以后的工作中查询和使用；
（5）使用标准的可扩展的系统，能够和其他各种系统进行通信和协同工作，共享相关数据；
（6）能够使用网络进行通信。
2、继电保护和故障信息系统设计
继电保护和故障信息系统设计应该遵循一些基本原则。
2.1 标准化原则
遵循标准化的设计原则，遵循IEC61850和IEC61970相关国际标准。网络标准使用国际通用的TCP/IP协议。配置文件保存和传输格式采用W3C推荐的国际通用标准XML（可扩展标记语言）格式，XML文件格式是国际通用的数据传输格式。系统传输的图形文件采用W3C推荐的SVG（可伸缩矢量图形）格式，系统软硬件接口皆采用国际通用标准。
2.2 分布式设计
系统应该采用分布式架构设计。电网是一种区域分布式的结构，各继电保护设备和检测设备都分布在电网的各个部分。对于各个电厂应该部署子站系统，子站系统负责监测各个电厂的运行情况和故障处理工作。采用分层的系统结构，子站系统通过互联网和本地主站、地区局主站、省局主站系统连接。系统使用模块化的设计，各个模块高度内聚而低耦合，这样方便添加和删除子系统，便于扩展系统功能。采用当前主流关系数据库系统进行数据存储和查询。分布式设计具有良好的灵活性，便于扩展。继电保护及故障信息系统结构如图1：
2.3 独立化、智能化终端
电网的继电保护及故障信息系统要求各终端具有较高的稳定性和可靠性，各个终端设备必须能够正确且稳定地收集和传输数据并进行数据分析。因此，各个终端设备应尽量设计成高度内聚的模块化装置，减少零部件和易损坏零件的使用。这样可以减少终端设备发生故障的几率，提高设备的稳定性，降低维护成本。
3、主站系统的设计
主站系统的主要功能是收集和存储各个子站传输过来的电网运行和故障信息，对收集到的信息进行综合分析。提供信息的分类和查询功能。对厂站的继电保护设备进行管理和操作。能自动分析电网系统的各个参数，并分析维护这些参数。建立分布式数据库系统，同步管理各个子站的数据等。主站主要包括数据模块、图形模块、监控模块、波形分析模块、网络模块等。
数据模块主要完成各个设备和参数的配置，数据库的管理和维护，数据查询和分析功能。主站要实时采集各变电站的事件报告、故障信息、异常信息、监测报告，周期性地采集继电保护设备的开关量和录波器文件等。采集的信息要保存到数据库供以后使用和检查。
图形模块主要绘制图形化的设备和电网系统结构图，用户可以通过图形化的界面对电网的各部分进行操作和控制。
监控模块主要对电网系统进行监控，对继电保护设备、录波器等设备进行维护和管理，管理主站系统运行状态、系统信息、用户操作等信息。通过系统界面可以实时直观地看到所有变电站运行情况，通过点击厂站图标便可以进入该厂站的接线图，对厂站中的所有设备进行监控和操作。当发生故障时，系统应该在相应的部位发出告警信息，相应的设备图标应该提示有故障。
波形分析模块主要对波形进行编辑和分析，能够对波形进行对比、叠加等操作，方便观察和分析。
网络模块主要进行主站和各个子站的网络通信，传输数据和控制信息等。要求对数据库进行备份，当系统遭受破坏而瘫痪时，能够使用在其他服务器上备份的数据对主站的数据库进行备份恢复。
4、子站系统的设计
子站系统在继电保护及故障信息系统中担任着中间桥梁的作用，一边连接着各种保护设备和故障录波器，一边连接着主站和调度工作人员。同时也是分布式数据库中的重要节点，是各个分站处理故障、上传数据监控电网的完整解决方案。担任着收集第一手数据的任务，是制定各种故障解决方案的基础。子站系统应该具有以下功能：实时数据信息采集；支持所有微机设备和录波器；系统监视和控制功能。
子站系统应该满足如下的设计要求：系统实现模块化、装置化；具有开放性、可扩展的接口；具有良好的维护性；参数配置应该具有可传递性；采用规范化标准化的设计方案。
5、系统安全
电网系统是重要的工业和社会基础，为了保证电网系统的安全，不被入侵。应该对继电保护及故障信息系统采取安全保护措施。通过防火墙技术和授权访问技术来控制系统的可访问性。
首先，在系统设计时就应该将防火墙功能置入系统内部，确保各类病毒和黑客无法访问系统核心，控制IP对系统的访问权限，除允许的IP地址，其他IP地址均无法访问系统。
其次，采用用户权限管理机制，各种不同类型的用户拥有对系统的不同访问权限。比如对系统的查询权限、设备控制权限、管理员权限等。建立严格的访问权限表。严格控制账户对系统的访问。
结束语：
继电保护及故障信息系统是保证电网安全稳定运行的关键。设计一个强壮、可扩展、开放、通用、稳定的系统是一项复杂的系统工程。包括对系统整体架构的设计，主站系统的设计，各分站系统的设计，数据网络的建设，信息数据模型的建立和实现。继电保护及故障信息系统的多项重要功能的实现需要采用规范化和分布式的原则，这两个设计原则能够作为进一步研究的基础，也可作为实际应用的参考。
参考文献
[1]韩晓萍，李佰国，王肃等.继电保护及故障信息系统的设计与实现[J].电网技术，2004，28（18）：16-19，65.
[2]古锋.继电保护及故障信息系统通信模型研究[J].电网技术，2007，31（7）：73-77.
[3]汪建军，戴景琪，汪建忠等.继电保护及故障信息管理系统在电网中的应用[J].内蒙古科技与经济，2013，（2）：90-91，93.
[4]肖锋，梅颜.继电保护及故障信息管理系统的应用研究[J].电子设计工程，2010，18（8）：109-112.