淺談繼電保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用

羅榮芳

【摘 要】本文通過對(duì)電力系統(tǒng)一系列的描述，并提出了針對(duì)發(fā)電企業(yè)繼電保護(hù)專業(yè)的、基于通用的“IEC61970”標(biāo)準(zhǔn)的CM模型來建模的全過程軟件應(yīng)用系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】繼電保護(hù)；信息化；標(biāo)準(zhǔn)化

1.系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

在充分調(diào)研了本單位繼電保護(hù)專業(yè)業(yè)務(wù)工作的基礎(chǔ)上，提出了如下系統(tǒng)功能要求：

（1）系統(tǒng)以圖形化建模為基礎(chǔ)，以B/S為系統(tǒng)架構(gòu)方式，實(shí)現(xiàn)可視化故障計(jì)算、整定計(jì)算。包括設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建立、維護(hù)以及在此基礎(chǔ)上的設(shè)備各種屬性和連接情況動(dòng)態(tài)、便捷地查詢和維護(hù)。

（2）實(shí)現(xiàn)圖形化以設(shè)備為核心的設(shè)備定值單管理流程，建立完整的定值單建立、審核、下發(fā)、簽收、執(zhí)行、回執(zhí)等規(guī)范的、流程化的閉環(huán)管理模式。

（3）實(shí)現(xiàn)圖形化的以設(shè)備為核心的設(shè)備缺陷管理流程，建立完整的設(shè)備缺陷申報(bào)、審批、處理、回執(zhí)、驗(yàn)收等規(guī)范的、流程化的閉環(huán)管理模式。

（4）實(shí)現(xiàn)圖形化的以設(shè)備為核心的設(shè)備校驗(yàn)、反措、設(shè)備運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)報(bào)表等一系列規(guī)范化、流程化的管理模式。

（5）同時(shí)對(duì)設(shè)備的各種圖紙、資料以及在管理流程中生成的文檔進(jìn)行集中、統(tǒng)一、有效的管理，形成一套相對(duì)獨(dú)立的圖紙管理系統(tǒng)。

（6）與設(shè)備相關(guān)的其他管理環(huán)節(jié)也可以納入到這個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)里。

2.技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1 C/S和B/S相結(jié)合的混合模式

繼電保護(hù)全過程管理系統(tǒng)采用C/S和B/S相結(jié)合的混合模式，C/S客戶端負(fù)責(zé)電網(wǎng)圖形建模、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、組織結(jié)構(gòu)管理和權(quán)限維護(hù)，而其他應(yīng)用是基于B/S客戶端。系統(tǒng)基于net框架，C/S部分采用C#開發(fā)；B/S部分采用aspnet開發(fā)。

2.2基于IEC61970建模，實(shí)現(xiàn)圖形、數(shù)據(jù)、模型一體化

IEC61970中的公共信息模型是一個(gè)抽象模型，它描述電力企業(yè)的所有主要對(duì)象，特別是那些與電力運(yùn)行有關(guān)的對(duì)象。通過提供一種用對(duì)象類和屬性及它們之間的關(guān)系來表示電力系統(tǒng)資源的標(biāo)準(zhǔn)方法，用以實(shí)現(xiàn)不同獨(dú)立開發(fā)的管理系統(tǒng)之間的集成?；贑M的公共語言（即語法和語義），使得這些應(yīng)用或系統(tǒng)能夠不依賴于信息的內(nèi)部表示而訪問公共數(shù)據(jù)和交換信息。

CM模型作為通用的國際標(biāo)準(zhǔn)，在電力行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，許多系統(tǒng)已經(jīng)遵循CM標(biāo)準(zhǔn)，如：EMS系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心、調(diào)度管理系統(tǒng)。因此，遵循CM標(biāo)準(zhǔn)，為更好地與其他系統(tǒng)進(jìn)行信息交換和應(yīng)用集成建立基礎(chǔ)。

2.3系統(tǒng)的多層體系架構(gòu)

系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和表現(xiàn)層。

2.3.1數(shù)據(jù)層

繼電保護(hù)全過程管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)層包含保護(hù)專業(yè)應(yīng)用的業(yè)務(wù)模型和實(shí)例數(shù)據(jù)，該部分?jǐn)?shù)據(jù)主要由業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)管理維護(hù)，但其中部分?jǐn)?shù)據(jù)，如設(shè)備臺(tái)帳信息等，也被圖形應(yīng)用平臺(tái)共享和復(fù)用；系統(tǒng)的數(shù)據(jù)層還包含圖形數(shù)據(jù)，此部分?jǐn)?shù)據(jù)主要由圖形應(yīng)用系統(tǒng)管理維護(hù)。數(shù)據(jù)層的總體設(shè)計(jì)原則是：模型統(tǒng)一，數(shù)據(jù)唯一，盡可能避免數(shù)據(jù)冗余現(xiàn)象，降低數(shù)據(jù)維護(hù)工作量和復(fù)雜度。

2.3.2服務(wù)層

繼電保護(hù)全過程管理系統(tǒng)的服務(wù)層主要由業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)和圖形應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)構(gòu)成，采用面向服務(wù)架構(gòu)為表現(xiàn)層或第三方系統(tǒng)提供業(yè)務(wù)應(yīng)用和圖形應(yīng)用服務(wù)。業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)包含故障計(jì)算服務(wù)、定值整定服務(wù)、仿真計(jì)算服務(wù)、任務(wù)調(diào)度服務(wù)、消息服務(wù)、工作流服務(wù)、基礎(chǔ)業(yè)務(wù)服務(wù)、報(bào)表服務(wù)、虛擬文件服務(wù)等；圖形應(yīng)用系統(tǒng)包含專題圖服務(wù)、查詢定位服務(wù)、拓?fù)浞治龇?wù)等功能。業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)和圖形應(yīng)用系統(tǒng)均通過統(tǒng)一應(yīng)用平臺(tái)中的通用數(shù)據(jù)訪問組件與底層數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互。

2.3.3表現(xiàn)層

繼電保護(hù)全過程管理系統(tǒng)的表現(xiàn)層分為C/S和B/S模式。C/S客戶端主要由系統(tǒng)管理員和專職人員使用，基于統(tǒng)一的客戶端框架，可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)圖形編輯、基本數(shù)據(jù)維護(hù)和組織結(jié)構(gòu)及權(quán)限維護(hù)等高級(jí)應(yīng)用功能。C/S客戶端無需配置數(shù)據(jù)庫軟件，只需初次安裝應(yīng)用平臺(tái)客戶端，能以HTTP通信方式訪問遠(yuǎn)程應(yīng)用服務(wù)，并可自動(dòng)升級(jí)。B/S客戶端為最終用戶提供了日常工作中表單填寫、流程處理、統(tǒng)計(jì)查詢、圖形瀏覽等界面，可實(shí)現(xiàn)絕大多數(shù)業(yè)務(wù)應(yīng)用功能。

用戶第一次運(yùn)行時(shí)，從服務(wù)器上下載用于圖形顯示的繪圖機(jī)ActiveX組件。系統(tǒng)的客戶端運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)，瀏覽器采用IE6及以上版本。

2.4部署模式

在邏輯上，雖然部署了數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Web服務(wù)器、圖形服務(wù)器，物理上可通過一個(gè)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)。除了面向本單位繼電保護(hù)人員及其他相關(guān)部門應(yīng)用的客戶端外，還可通過路由器供上級(jí)管理部門登錄查詢了解相關(guān)信息。

3.關(guān)鍵技術(shù)

繼電保護(hù)整定計(jì)算是本系統(tǒng)的核心功能和技術(shù)難點(diǎn)，本文采用了如下技術(shù)路線。

3.1數(shù)學(xué)模型的自動(dòng)生成

單位電氣接線通過圖形建模環(huán)境建立后，軟件將各電氣元件抽象為支路和節(jié)點(diǎn)，自動(dòng)進(jìn)行拓?fù)浞治觯?duì)支路及其節(jié)點(diǎn)編號(hào)，生成支路節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣。這種方法使得數(shù)學(xué)模型與應(yīng)用模型自適應(yīng)，而且用戶無須具備電力系統(tǒng)分析知識(shí)，對(duì)應(yīng)用人員沒有特殊要求。

3.2故障分析

軟件根據(jù)應(yīng)用場合采用了多種分析方法，大多數(shù)情況下采用了成熟節(jié)點(diǎn)阻抗法進(jìn)行計(jì)算，個(gè)別情況應(yīng)用節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納法并輔之以稀疏法，建立了一個(gè)通用的功能強(qiáng)大的故障分析平臺(tái)。可在各種運(yùn)行方式下對(duì)電網(wǎng)內(nèi)各種位置、各種類型的故障繼續(xù)計(jì)算，輸出的計(jì)算量包括故障點(diǎn)和全網(wǎng)各支路的電氣量，電氣量的類型包括全電壓、全電流、序分量等。還可計(jì)算輸出全網(wǎng)各母線的等值阻抗。

3.3整定計(jì)算

繼電保護(hù)的特點(diǎn)是種類繁雜，所采用的原理多種多樣，而且低壓系統(tǒng)保護(hù)的型號(hào)眾多，更新?lián)Q代的周期較短。為了適應(yīng)這些情況，本文采用了“專家系統(tǒng)”的技術(shù)。

首先創(chuàng)建了一個(gè)通用的繼電保護(hù)知識(shí)表示體系，按照保護(hù)屏、裝置、CPU、保護(hù)功能、定值項(xiàng)、整定原則、整定公式、變量的層次來描述繼電保護(hù)。對(duì)于任何一個(gè)特點(diǎn)型號(hào)的保護(hù)裝置，均可按上述體系建立其模型，并對(duì)每一個(gè)層次進(jìn)行描述、定義，其中對(duì)整定原則、整定公式、變量的規(guī)則維護(hù)即是專家知識(shí)的體現(xiàn)。

在此基礎(chǔ)上，整定計(jì)算根據(jù)保護(hù)的配置以及必要的啟發(fā)信息，自動(dòng)調(diào)用專家知識(shí)，推理得到保護(hù)裝置的定值。

4.系統(tǒng)應(yīng)用

系統(tǒng)開發(fā)完成后，在本單位進(jìn)行了應(yīng)用。某公司有自備發(fā)電機(jī)組12臺(tái)，經(jīng)升壓后接入110kV變電站，110kV升壓站7座，110kV線路23條。首先根據(jù)本單位的實(shí)際情況建立了電網(wǎng)的一次電氣模型和保護(hù)二次模型；利用軟件提供的故障分析功能對(duì)全網(wǎng)各母線處的短路故障進(jìn)行了計(jì)算和校驗(yàn)，結(jié)果與人工方法計(jì)算的結(jié)果吻合，全網(wǎng)各母線等值阻抗計(jì)算結(jié)果也與以往全部一致；繼電保護(hù)裝置管理和定值單管理，符合現(xiàn)場實(shí)際。系統(tǒng)對(duì)繼電保護(hù)專業(yè)的利用系統(tǒng)提供的整定計(jì)算功能對(duì)全網(wǎng)主設(shè)備保護(hù)和廠用電保護(hù)全部進(jìn)行了整定計(jì)算，形成的計(jì)算書過程詳盡，結(jié)果正確?？偠灾?，系統(tǒng)的功能覆蓋了電網(wǎng)繼電保護(hù)專業(yè)的全過程應(yīng)用。

5.結(jié)論

系統(tǒng)采用通用的EC61970CM模型建立電網(wǎng)電氣模型，更好地與其他系統(tǒng)進(jìn)行信息交換和應(yīng)用集成建立基礎(chǔ)，不會(huì)形成“孤島”現(xiàn)象。

系統(tǒng)針對(duì)繼電保護(hù)的全過程應(yīng)用設(shè)計(jì)，既包含了常規(guī)MIS的信息管理，又實(shí)現(xiàn)了繼電保護(hù)專業(yè)的高級(jí)應(yīng)用，有力地支撐了繼電保護(hù)工作。提高現(xiàn)場繼電保護(hù)專業(yè)整定計(jì)算工作和管理工作的自動(dòng)化水平，改善了繼電保護(hù)專業(yè)工作的局面，提高繼電保護(hù)專業(yè)整定計(jì)算工作的準(zhǔn)確性、快速性，推動(dòng)新技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，適應(yīng)電力系統(tǒng)當(dāng)前數(shù)字化、信息化建設(shè)的要求。同時(shí)反映出我國通信技術(shù)發(fā)展得突飛猛進(jìn)。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]徐馳.繼電保護(hù)設(shè)備管理信息系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004.

[2]宋福海，黃巍，卓枕警.繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)的實(shí)用化建設(shè)[J].福建電力與電工，2008.