继电保护故障信息处理系统技术规范书参考资料.docx
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继电保护故障信息处理系统技术规范书参考资料
第一章总则
一.1概述
本技术规范书描述了南方电网内继电保护故障信息处理系统的技术规范、主要功能、系统结构、系统规模和软硬件配置要求，以及培训、工程验收等有关事项。
一.2范围和内容
1）适用范围
a）总调中心主站、省级主站、地市级辅站（主站端）
b）500kV、220kV厂站端的继电保护故障信息处理系统子站（子站端）
2）工程的内容
a）工厂验收、系统交货和安装调试、现场验收。
b）系统现场安装调试包括二部分：
⏹系统硬件（含计算机系统和外围设备）
⏹系统软件（含系统软件和高级应用软件）
第二章规范标准
二.1概述
除本技术规范书特殊规定外，系统所有设备均按下列标准和规程进行设计、制造、检验和安装。
要求所用标准必须是最新版本，如果这些标准有矛盾时，应按最高标准的条款执行或按双方商定的标准执行，如果选用本技术规范书规定以外的标准时，需提交替换标准相当或优于技术规范书规定的标准的证明。
二.2适用标准
GB191《包装储运图示标志》
GB2423《电工电子产品环境试验规程》
GB2887《计算站场地技术要求》
GB9361《计算机场地安全要求》
GB14285《继电保护和安全自动装置技术规程》
GB/T15532《计算机软件单件测试》
GB/T17626.2《电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验》
GB/T17626.3《射频电磁场辐射抗扰度试验》
GB/T17626.4《电快速瞬变脉冲群抗扰度试验》
GB/T17626.5《浪涌（冲击）抗扰度试验》
GB/T17626.6《射频场感应的传导骚扰抗扰度》
GB/T17626.8《工频磁场的抗扰度试验》
GB/T17626.9《脉冲磁场的抗扰度试验》
GB/T17626.10《阻尼振荡磁场的抗扰度试验》
GB/T17626.11《电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度试验》
GB/T17626.12《振荡波抗扰度试验》
《南方电网103继电保护设备信息接口配套标准》
《南方电网继电保护故障信息处理系统数据交换格式标准》
DL/T621《交流电气装置的接地》
DL/T713《500kV变电所和控制设备的抗扰度要求》
DL/T720《电力系统继电保护柜、屏通用技术条件》
DL/T5149《220-500kV变电所计算机监控系统设计技术规程》
DL/T5136《火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程》
第三章系统功能及技术方案
三.1系统总体功能及要求
1）南方电网继电保护故障信息处理系统由主站系统和子站系统两部分组成。
主站系统（调度端）包括电网故障信息处理、分析等功能；子站系统（厂站端）主要功能为采集与管理厂站继电保护装置及故障录波器等的信息。
2）继电保护故障信息处理系统硬件应采用性能可靠、工作稳定的硬件系统。
系统主要设备和网络采用双重化冗余配置。
系统硬件和有关的接口设备技术性能指标应符合国际工业标准，并能充分满足系统的故障信息采集、管理和分析应用系统的功能要求和业务范围内的特殊功能要求。
3）继电保护故障信息系统软件应建立在统一而完整的数据库平台上，通过数据库接口软件和用户接口软件在统一的图形界面和用户浏览器（Browser）窗口下可以进行集中的数据库管理、实现各种计算、统计分析和管理功能。
支持系统和数据库等采用商用软件。
4）无论继电保护故障信息处理系统出现何种情况，绝对不能影响继电保护和故障录波器的安全、可靠及独立运行。
5）系统要同时考虑继电保护人员、调度人员、现场运行人员和管理人员的需求。
6）系统既要满足电网故障情况下对故障信息的快速采集、传送和分析应用，又要实现日常运行中对微机继电保护和故障录波器的监测功能。
7）信息管理系统应有严格的安全机制，对用户的权限、密码等重要数据加密保存，防止潜在的安全隐患行，以保障系统的安全可靠。
信息管理系统应通过可靠的防火墙及路由器与电力数据网接口，该防火墙功能应采用硬件实现。
8）系统整体技术水平应达到国内领先水平。
9）系统功能图：
三.2子站系统功能及技术方案
三.2.1子站系统总体要求
1）子站系统主要是完成数据采集和分类检出等工作，以提供继电保护及有关人员对数据分析的原始数据和事件记录量。
2）子站系统根据具体工程需要装设相应的保护通信管理机及相应的辅助设备。
该系统硬件设备单独组屏，组屏后不能影响故障录波装置和保护装置的独立运行性能。
3）子站系统应能保证与保护装置及故障录波器的连接及其规约转换。
4）子站系统必须能够处理同时到达的多个主站命令，做到命令不丢失和命令的及时执行。
5）子站系统必须过滤无用的装置信息，只向调度端主站发送有价值的经过智能过滤的信息，以免调度端主站信息爆炸，影响故障的快速分析处理。
过滤算法应使用先进精确的算法，用户可自行于厂站内或者通过电力数据网远程修改厂站端子站的过滤规则。
6）子站系统应支持同时与多个调度端主站系统通信，并可分别定制传至每一个调度端主站的信息。
7）子站系统必须采用模块化方案设计，保证可扩展性良好。
8）任一台微机自动装置退出或者停运，不能影响整个子站系统的正常运行。
9）子站系统必须包含数据库和相当容量的存储介质，必须能够保证一个月发生十次故障数据信息不丢失（保护及录波数据）。
三.2.2子站系统基本功能
1）子站系统自检
a）自动检测子站系统软硬件工作情况。
b）自动检测子站系统与每一套微机装置的通讯情况。
c）将异常信息记入数据库，并自动传送给主站系统或自动化监控系统（（如果要求传送）。
2）规约转换
a）不同厂家、不同类型微机装置的通讯规约、信息内容和信息格式均不相同，子站系统收集微机装置提供的所有信息，执行微机装置支持的信号复归、定值组别切换、GPS对时控制操作。
b）通信规约转换软件采用模块化设计，保证扩展性能良好。
c）在满足功能要求的前提下，将微机装置的通讯规约转换为南方电网103规约。
3）与微机自动装置的网络联接
a）不能影响微机自动装置的正常运行。
b）适应各种类型的微机自动装置接口（EIA232、EIA485、EIA422、RJ45、光接口等），如需接口转换，宜采用无源转换装置。
c）允许点对点和网络联接形式并存。
优先选用网络联接。
d）网络联线应有良好的抗干扰性能且便于现场敷设和维护。
e）自动检测与每套微机自动装置的通讯情况。
f）任一套微机自动装置退出或发生通讯故障不影响子站系统与其他节点的正常通讯。
g）接入新的微机自动装置不须改变现存的网络结构，不须改动其他节点的参数设置。
h）能适应各种类型的微机自动装置的通讯速率。
4）信息的采集
原则上采集继电保护、录波器等二次微机自动装置可提供的所有信息。
a）信息分类
⏹装置参数：
定值清单、软件版本、软件校验码等。
⏹装置状态：
当前定值组别、开入量状态、模拟量信息（模拟量信息仅手动采集、手动存储）等。
⏹装置报告：
装置正常、异常、启动、动作时产生的报告。
b）信息收集
⏹自动：
巡检微机自动装置（轮询时间间隔可以设定），自动收集。
应保证多套微机自动装置或同一套微机自动装置在短时间内产生多份报告时，不会遗漏。
⏹手动：
由用户选择微机自动装置和信息类型，如果微机自动装置内有多份同一类型的报告，用户可选择收集哪一份报告。
c）信息存储
信息与上一次记录比较有变化，记入数据库，没有变化则丢弃。
子站系统具有相当容量的存储介质，必须能够保证一个月发生十次故障数据信息不丢失（保护及录波数据）。
5）子站系统智能预处理
a）实现对录波器无用信息的过滤功能。
b）对运行状态标示成“调试”的设备产生的信息的过滤功能。
c）从故障录波信息中智能提取故障起始时间、故障持续时间、故障相别、故障类型、故障前后相量等故障简况，能识别多重故障，在重负荷线路、含互感线路、长线路、带过渡电阻接地、系统振荡、区外故障等情况下均能正确识别故障类型。
d）能从故障录波文件中智能提取SOE、故障前后指定周期波形、故障通道波形等，并生成消除冗余信息的录波文件。
6）信息定购与发布
a）能从本地或主站配置信息优先级。
b）能从本地或主站“定购”/“取消”信息。
c）能根据上述定义以指定的优先级、向各主站发布指定的信息。
7）数据库技术要求
a）数据库容量应没有扩充的限制。
b）数据库历史数据不能被修改，可由子站系统管理员选择删除。
c）数据库应有完善的自动备份功能。
d）在子站系统本身发生故障后恢复时，数据库能自动恢复到系统故障前的状态。
8）电源供给
a）采用交直流双电源供电，互为备用，自动切换。
9）GPS接口
a）能接收站内GPS系统的EIA232、IRIG-B或分、秒脉冲信号。
10）与监控系统的接口
a）通讯规约与监控系统通讯规约一致。
b）物理接口应满足自动化监控系统的要求。
c）自动向自动化监控系统传送微机自动装置的工作状态（正常、退出、调试、异常）、动作信息、异常信息等，具体信息内容视用户具体需求而定。
d）事件分辨率应满足自动化SOE记录的要求（<2ms）。
e）同时提供RS232和网口两种解决方案。
11）与主站系统的接口
a）采用TCP/IP网络协议的南方电网103通讯规约。
支持断点续传。
b）通讯方式：
电力数据网、公共电话网等。
c）传送方式：
⏹主动上传：
在微机装置异常、子站系统告警或电网发生故障时，自动向主站上传上述信息及智能分析处理后的动作报告、故障录波文件。
⏹回应上传：
接收主站命令。
传送主站要求的信息。
⏹响应主站通讯状态巡检。
d）应有可信的安全措施防止通过网络的恶意入侵。
软件设计上不能有可通过数据网络对微机装置进行控制操作的漏洞。
12）子站人机界面
子站系统的人机界面分为两个部分。
a）液晶和LED显示
能通过LED显示子站系统和连接主站系统、监控系统的通讯状态及连接的微机自动装置的通讯通道状态信息；通过液晶菜单查看子站系统信息；通过液晶菜单查看和修改子站系统配置文件。
b）CRT显示
留有CRT显示器和鼠标/键盘接口，通过CRT显示器显示子站系统厂站的一次接线简图。
用户选择微机装置图标后弹出菜单，菜单应包括可对该套装置和其在数据库的信息操作的各种命令；以树型目录按回路显示信息分类和文件（录波文件、动作报告、装置参数等），提供可由用户组合的查询条件模块；对子站系统的操作命令（如数据库操作、子站系统扩展、用户管理等等）以固定菜单形式实现。
同时，通过该方式提供波形分析和故障测距功能。
13）用户管理
能对用户进行分组，并为分组授权进行操作的管理。
用户分组可分为：
a）子站系统管理员：
管理子站系统，管理用户。
b）高级用户：
有普通用户的全部权限。
设置普通用户权限.
c）普通用户：
对权限范围内的微机装置和数据库信息进行查询、浏览、打印等。
三.3主站系统功能及技术方案
三.3.1主站系统数据库系统的要求
1）对数据库系统的总体要求
a）系统数据库必须选用符合ANSI-SQL92规范的成熟商用数据库管理系统。
b）数据库以关系数据库为基础，并具有面向用户的开放性，设计时考虑按字段最大化的设计原则。
同一个数据（或实体）在数据库中的地址具有惟一性，不可以重复出现，以节约资源。
在特殊情况下，为了提高系统的处理效率和可靠性，可适当存在数据的冗余，但应严格保证数据的安全性、一致性、可靠性、实时性和可维护性。
c）根据数据的不同性质，数据库应具有一定的主动性。
即在某些情况下能根据数据库的当前状态，主动适时地做出反应，执行某些操作，向用户提供有关信息。
d）数据库容量应该满足故障信息系统的要求，应该具有方便扩充容量和备份数据库数据的特点。
2）数据库系统结构
a）总体要求：
数据库结构的设计必须充分考虑到南方电力的实际情况以及故障信息系统的特点，必须要做到数据分类的合理性，装置数据的关联性，数据维护的便捷性，数据库之间的兼容性。
考虑到以上几点，故障信息系统数据库结构必须分为以下三部分：
静态数据、实时数据和接口数据。
b）静态数据：
静态数据是指一次输入，一般情况下不修改的数据。
例如：
一次设备参数信息、二次设备参数信息、一次设备与二次设备的关联信息、装置信息表定义信息、电网设备拓扑关系信息等。
由于电力系统的特点，要求数据库中相关设备之间必须关联（如下图）。
图3.1数据库应反映电网拓扑及一/二次设备关联关系
c）实时数据：
实时数据是故障信息系统运行之中会经常变化的信息。
例如：
继电保护定值信息、继电保护开关量和模拟量信息、继电保护故障录波信息、录波器录波信息、装置状态信息等。
d）接口数据：
接口数据是为了实现故障信息系统和DMIS之间、故障信息系统和故障信息系统（相同厂家或者不同厂家的系统）之间、故障信息系统和其它系统之间的互通互联而存在的数据，包括接口信息、通信规约信息、对方系统信息等。
3）数据库系统的安全性
a）数据库是整个系统运行的核心和基础，其安全性应该放在非常重要的位置。
就其安全性可以分为内部安全性和外部安全性。
b）内部安全性是指在数据库内部进行数据交换或授权用户对数据库进行操作、更新数据库时，不应该造成数据的破坏与丢失。
c）外部安全性一方面是指防止非授权用户对数据库的数据、窗体、表格和模块进行非法操作。
因此，要求数据库具有用户级安全设计，不同级（或组）别的用户在打开数据库时对其进行身份验证，使其对数据库享有不同的操作权限。
d）外部安全性另一方面是指防止外部程序的非法进入、应用程序的潜在错误、计算机病毒程序或计算机系统的软硬件故障对数据的破坏。
另外，从数据库保密性要求应防止低级别用户或非法用户对数据的转移、推导或窃取。
为此，在系统设计上考虑与其它系统的连接采用防火墙隔离。
e）卖方应提供可靠的数据库备份工具，保证准确完整的数据库备份与恢复。
4）数据库系统的一致性
所谓一致性是指满足一致性约束。
数据库的一致性约束也就是完整性约束，是数据库中数据永远要满足的一组必要条件，是数据库定义的组成部分。
在并发控制和事务的组合操作中，这些操作应全部完成才能保证数据库从一个一致性状态变到一个新的一致性状态，如果有一个操作因故不能完成，则可能导致数据库不一致，为维护一致性，其它已完成的操作也要撤销，即要把数据库恢复到他们执行前的状态。
5）扩展与升级
所设计的数据库系统应具有可扩展性和易升级的特点，数据独立性强，在数据库修改和扩充后，应保证原有数据、数据库关系的一致性与完整性，并尽可能做到不影响原有用户的使用方式，也不必修改和重写原有的应用程序。
三.3.2主站系统基本功能
1）通讯自检
定时自动检查与子站的通讯情况，状态有变化自动记入数据库。
2）事件报警
a）当接收到子站上传的信息时，显示上传的信息，自动推出画面，持续发声音报警信号（持续时间可以调整），并保持相关设备图标闪烁，直至用户响应。
b）用户可自由选择报警的声音文件。
c）用户可定制事件级别，系统可根据级别确定推出画面或者仅做存储。
事件列表窗口中以不同颜色和顺序标识事件级别。
3）人机界面
a）主画面是厂站一次接线简图，包含母线、线路、变压器、电容器、电抗器及其开关。
在一次设备旁标注微机装置图标和名称（线路保护在线路开关右端，元件保护在相应一次设备右端）。
b）对具体微机装置的操作：
用户选择微机装置图标后弹出菜单，菜单应包括可对该套装置和其在数据库的信息操作的各种命令。
c）对数据库信息的查询：
以树型目录按回路显示信息分类和文件（录波文件、动作报告、装置参数等）。
提供可由用户组合的查询条件模块。
d）对子站系统的操作命令（如数据库操作、子站系统扩展、用户管理等等）以固定菜单形式实现。
4）远程数据调用
a）可选择察看各个子站的微机装置信息和录波文件列表。
b）可选择从子站下载完整微机装置信息和录波文件或是简化文件。
c）文件列表中提供微机装置信息、录波启动时间，文件名及是否曾经下载过等信息。
d）录波文件统一按“厂站-录波器/保护-设备”目录结构存放。
5）信息“定购”
a）能从指定厂站定购/取消定购所需信息。
b）能定义信息优先级别。
6）数据库管理和信息存储
a）技术要求与子站系统相同。
b）利用商业数据库自身机制，结合系统设计，保证数据库完整性、一致性和安全性。
c）提供数据库导入导出工具。
d）为便于对历史信息的查询和分析，主站系统应提供信息永久保存的技术实现，存储容量不小于150GB。
7）事件告警信息的统计查询
a）提供对事件告警信息的统计和查询。
b）用户可以自由组合数据过滤条件。
c）提供查询和统计结果的打印功能。
8）用户权限日志管理
a）对用户分组，系统管理员可自由增删某个组所有的权限。
b）将用户的关键操作记录日志，提供查询和查询条件设置功能。
9）波形分析
a）数据源是ANSI-COMTRDE格式的录波器和微机装置模拟量采集文件。
b）提供搜索工具，在数据库或计算机文件系统中选择数据，并读入进行分析。
c）功能要求：
⏹通道的排列、颜色可由用户选择设置。
⏹时间坐标可无极缩放，每个通道的幅值坐标可独立无极缩放。
⏹矢量分析：
可任意选择三个通道的向量和任意时间间隔，在X、Y坐标系上，显示分解后的正、负、零序分量的向量图（以文字表示角度和幅值）。
⏹谐波分析：
显示所选择时间段内各通道的谐波幅值（谐波上限为采样率的1/2）。
时间选择步长为一个采样间隔。
⏹视在功率、有功功率、无功功率计算
⏹分析报告：
变电站名称，记录触发时间，采样频率，最大电流有效值的通道名称、有效值、相对于触发时刻的时间，触发前1周期、触发后1周期每个通道的有效值、均方根值、谐波值和、以最大电流通道为参考的相角值。
⏹SOE信息：
从COMTRADE文件中提取生成SOE列表信息，用户可以对其显示方式进行定制并打印。
⏹双游标：
实现游标显示、隐藏、联动、同步等功能。
⏹保存功能：
用户的设置可以保存，并在下次打开同一设备生成的文件时生效。
⏹标签功能：
提供标签让用户在波形上作标注，标签可以被拖动、缩放和输入文字和改变字体颜色，并会被保存。
10）故障测距
a）可利用双端信息对故障进行准确定位。
应至少提供两种以上测距算法，以保证测距精度。
b）双端故障测距应可对两端的故障数据进行自动或手工对时，或利用算法来消除两端数据不同步的影响。
c）故障测距算法应能够适应两端采样频率不一致的情况。
d）在无双端数据时，可采用单端测距算法计算故障距离。
e）故障测距应采用模块化设计，保证扩展性能良好。
11）继电器特性分析
a）可根据预先设定的各种继电器动作特性，用故障时的模拟量对保护按装处的继电器进行故障分析，应可以根据继电器的特性和整定值，画出继电器的动作特性，如阻抗动作轨迹等，同时应留有增加新的阻抗算法的接口。
b）提供便利的工具使用户能方便地设定各种继电器动作特性，对各种继电器有关参量的赋值可以从保护定值库读取。
c）在系统一次状态确定的情况下，可利用故障时的模拟量对于系统中任意选定的保护进行定值校核。
12）专家系统
a）故障检测－测定开关动作、保护动作时间和次序。
b）故障分析－分析故障地点、性质和原因，评价保护动作情况。
c）具有较高的容错性。
在保护设备发生拒动、误动，断路器、保护动作信息不完备等情况下同样可给出推理结论。
d）当上传信息不完备时，软件能按照可信度高低给出可能的故障设备。
e）具有解释能力，即在给出故障设备的同时，给出推理的依据，供用户参考。
f）软件具有良好交互性。
g）系统具有较好的开放性，允许用户通过知识编辑器补充新的知识，或修改已有知识，知识编辑器能自动进行语法检查。
h）知识库和推理机彼此独立。
13）控制操作
总调和省调主站为便于管理，不考虑定值修改、软压板遥控等操作功能，地市级主站应该具有对保护等自动装置的定值修改、软压板遥控等操作功能。
14）WEB发布
a）提供用户需要数据的WEB发布。
b）要求客户端用户身份认证。
c）可以设置用户的权限。
d）可据用户权限过滤信息内容。
e）提供自由组合查询条件过滤数据的功能。
15）基本网管功能
整个系统容量达到一定程度后，主站必须具有基本的网管功能，以便于对整个系统进行有效的监视，确保系统的可用性。
三.4通信系统功能
三.4.1主要功能
目前从各厂站到调度中心的高速专用电力通信网络尚未普及，通过MODEM拨号方式、走公共电话网或者载波、微波通道的通信方式仍然较多存在，这将导致子站的运行情况不理想，通信通道经常中断，针对目前电力系统这种通信通道质量不高，网络不稳定的情况，为了让电网发生故障后所产生的信息能够快速、可靠的传输到主站，要求通信系统必须能具备以下功能：
1）断点续传功能
当召唤大型录波文件时，若传输过程中网络中断后从断点处继续文件的传输，缩短因网络质量不高引起的过长的信息传输时间，解决网络不稳定的问题；
2）同步绘制图形功能
在传输大型录波文件时，利用“同步绘图”技术，能在文件传输的同时显示波形，而不必等待全部传输完毕，可以有效的缩短运行人员分析故障的时间；
3）同步存储功能
在传输过程中，会由于网络中断、用户强制终止等原因终止文件传输。
本功能可及时保存已下载信息至文件中。
故障分析模块可以利用该信息片断进行分析。
4）信息分级
由于电网发生故障后所产生的信息数量非常大，为了避免通道阻塞，能在第一时间将运行人员关心的主要信息传输到主站，要求所有信息按优先级次序进行上送，具体优先级顺序如下：
故障简报－动作、自检事件－SOE信息－大型的录波文件。
5）信息传输的完备性
对于自动上传的信息，在子站和主站的网络发生中断期间如果有系统故障发生，子站应能够及时将本次故障的所有信息进行本地存储，待网络恢复正常后能及时的将故障信息上传到主站，保证信息的完备性。
6）良好的开放性
在IEC60870-5-103规约本身具有诸多限制，而新一代开放式规约IEC61850尚未正式实施的情况下，要求通信系统具有良好的开放性结构，从而可以方便的实现通信规约层的可替换性。
三.4.2技术方案
1）装置与子站通讯
保护装置的要求：
a）为了能够适应变电站现场的各种需要，要求所有保护装置能够以RS232/422/485、CAN-BUS、LON网或以太网方式与子站进行通讯，考虑到信息传输速度的问题，建议使用以太网方式；
b）由于目前国内外的保护种类繁多，而同一厂家的不同类型的保护装置都采用不同的规约，为了实现规约的统一化和标准化，建议各厂家的保护装置都通过自己的保护管理机与故障信息系统通信，保护管理机和故障信息系统的通讯规约采用标准的IEC60870-5-103规约。
c）装置发生故障后对装置所产生的录波文件进行分析尤为重要，为了能够提取保护装置的录波文件，要求各厂家能够开放该部分的规约文档。
d）录波器装置的要求：
e）采用以太网方式进行通讯。
f）为了使变电站的网络结构清晰化和便于管理维护，每个变电站中的所有录波器能够自己组网，然后通过网口与故障信息系统通信。
g）所有的录波器装置所产生的录波文件为标准的COMTRADE格式，若录波器装置不能自动生成标准的COMTRADE格式的文件，应通过以下两种方式的一种完成文件向标准CONTRADE格式文件的转换。
录波器厂家提供转换工具或录波器厂家公开转换的协议，由子站供货商负责文件转换。
2）子站与主站通讯
为了能够使故障发生后将所有的信息快速的传输到主站端，建议采用以太网方式进行通信，通信规约采用标准的103规约，由于目前国家对子站和主站之间通信所采用的规约标准并没有具体的定义，具体的规约文档统一由南方电网公司提供，应用服务数据单元符合《DL
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