电力系统继电保护故障信息采集及处理系统.docx
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电力系统继电保护故障信息采集及处理系统
电子科技大学
毕业设计（论文）
论文题目：
电力系统继电保护故障信息采集及处理系统
学习中心（或办学单位）：
福建厦门海洋职业技术学院
指导老师：
李建华职称：
教授
学生姓名：
丁炳财学号:
*********717
专业：
电气工程及自动化
电子科技大学
继续教育学院
制
网络教育学院
2011年12月16日
电子科技大学
毕业设计（论文）任务书
题目：
电力系统继电保护故障信息采集及处理系统
任务与要求：
本次毕业论文是电气工程及其自动化专业学生在完成本专业教学计划的全部课程教学、课程设计、生产实习、毕业实习的基础上，进一步培养学生综合运用所学理论知识与技能，解决实际问题能力的一个重要环节。
通过毕业论文，使学生理论联系实际，系统、全面地掌握所学知识，培养学生分析问题的能力、工程计算的能力和独立工作的能力，使学生树立工程观点、社会主义市场经济观点，初步掌握变电所（用户）电气部分有关运行、科研等方面工作，奠定必要的理论基础，并在工程理论方面得到初步训练。
时间：
2011年9月18日至2011年12月16日共12周
学习中心：
（或办学单位）福建厦门海洋职业技术学院奥鹏学习中心学生姓名：
丁炳财学号：
************
专业：
电气工程及其自动化
指导单位或教研室：
福建厦门海洋职业技术学院奥鹏学习中心
指导教师：
李建华职称：
教授
电子科技大学
继续教育学院
制
网络教育学院
2011年12月16日
毕业设计（论文）进度计划表
日期
工作内容
执行情况
指导教师
签字
9月18日
至
9月22日
准备
良好
9月23-9月28日
开题报告编写
良好
10月29-10月23日
毕业论文初稿编写
一般
10月24-12月16日
毕业论文终篇编写
根据老师的评语对初稿进行修改与内容补充
教师对进度计划实施情况总评
签名
年月日
本表作评定学生平时成绩的依据之一。
摘要
本论文主要阐述了针对电力运行过程中故障发生的不可避免,在当今的网络和软件技术推动下，统一规划、分步建设一个通过网络将各级调度与变电站、发电厂、集控中心联接起来，实现继电保护运行管理、故障录波和分析、辅助决策等主要功能，并与现有的变电站综合自动化系统、SCADA系统、EMS系统、MIS系统等互通互联的电网继电保护运行与故障信息处理系统，已为大家所共识。
因此，建设继电保护运行及故障信息管理系统，通过实时采集电网现场故障信息和二次设备信息，并对这些信息进行智能分析和提炼，为电网管理提供及时准确的信息支持和辅助决策，从而提升电网现代化水平和调度运行管理水平，实现二次设备管理真正由“离线”到“在线”的重大转变，从而确保电网安全、经济、稳定运行。
关键词继电保护故障信息处理系统信息采集
Abstract
ThispaperexpatiateonthatInthepoweroperationprocessofthefaultsoftheinevitable,intoday'snetworkandsoftwaretechnologypromotion,unifiedplanningandconstructionofastepthroughthenetworkwilldispatchandatalllevels,powerplants,setthetransformersubstationtoconnectcontrolcenter,andrealizetherelayprotectionoperationmanagement,faultwaverecordandanalysis,aideddecision,themainfunction,andwiththeexistingsubstationintegratedautomationsystem,theSCADAsystem,EMSsystem,MISsystemofinterconnectedpowergridcommunicationrelayprotectionoperationandfaultinformationprocessingsystem,alreadyallconsensus.Therefore,theconstructionofrelayprotectionoperationandfaultinformationmanagementsystem,thereal-timedataacquisitionthroughthegridfailureinformationandsecondaryequipmentinformation,andtheseinformationintelligentanalysisandrefining,forgridmanagementtoprovidetimelyandaccurateinformationtosupportandassistdecision,soastoenhancethepowergridmodernizationlevelandtheoperationofthemanagementlevel,therealizationsecondaryequipmentmanagementbyactual"offline"to"online"significantchanges,soastoensurethatapowergridsecurity,economicandstableoperation.
KEYWORDRelayprotectionfailureinformationprocessingsystemInformationcollection
第一章绪言
第一节研究历史
一、研究周期
为了进一步提高本人的知识与技能，解决实际问题的能力。
通过9周的时间对继电保护故障信息采集及处理系统进行研究，使理论联系实际，系统、全面地掌握所学知识，培养本人分析问题的能力。
（一）第一周期
写论文前的准备工作。
第一阶段
收集继电保护故障信息采集及处理系统的相关资料，查找相关书藉。
（1）步骤一：
了解当今社会供电可靠性的重要性，继电保护故障信息采集及处理系统是电力系统的重要组成部分。
对保证电力系统的安全经济运行,防止事故发生和扩大起到关键性的决定作用。
由于电力系统的特殊性,电气故障的发生是不可避免的。
一旦发生局部电网和设备事故,而得不到有效控制,就会造成对电网稳定的破坏和大面积停电事故。
继电保护故障信息采集及处理系统可以在故障或异常情况出现的时候进行检测，发出报警信号，进行数据收集以及分析，保障电力系统安全稳定运行。
（2）步骤二：
编写论文的开题报告。
第二阶段
根据收集的继电保护故障信息采集及处理系统相关资料及书藉，确定论文方向编写开题报告。
步骤：
了解继电保护故障信息采集及处理系统，掌握它在电力系统的重要性以及发展前景。
（二）第三至第六周期
编写论文的初稿
第三阶段
根据论文开题报告编写论文的初稿。
步骤：
深入研究用户继电保护故障信息采集及处理系统的各个组成部分和功能，以及它的特性和运行。
（三）第七至第九周期
编写论文的终稿
第四阶段
根据老师的评语对初稿进行修改与内容补充。
步骤：
明确研究的历史、研究的意义，补充研究的内容。
第二章系统论述
第一节系统概述
一、运行原理
电力系统运行的基本要求是安全、可靠，然而各种故障总是不可避免地时有发生，设置于系统中的继电保护装置就是用于快速切除故障，避免事故进一步扩大。
如何准确判别和分析事故发生的原因，确定故障点的准确定位，从根本上排除故障是电力系统管理与决策部分十分重要的工作。
要准确进行故障分析，可从继电保护的动作行为和装设在系统中的故障录波器所记录的电网在故障期间的动态过程综合分析得出。
二、现状分析
文献[1]提出了电网继电保护及故障信息管理系统的总体框架、功能定位以及主站和子站的设计方案，特别对各种装置接入的复杂性、与监控系统的互联方式、系统的安全可靠性和数据流向分析及控制进行了深入研究。
文献[2]提出在不同设备或者系统之间进行信息交换的一个突出问题，即通信规约的一致性和兼容性，制定了详尽的通信与接口规范。
文献[3]依据IEC60850等有关标准，对系统的总体设计思想极其安全性、借口的可扩展性等进行研究，提出了继电保护及故障信息系统的实现方法，并开发了一套继电保护及故障信息系统。
该系统能适应继电保护系统较分散的运行特点，可以根据收集到的设备信息对全网范围内的保护设备进行各种行为分析，还可以对故障时的数据进行判断，准确定位故障点，快速查出故障设备及故障出现的原因。
目前电力局管辖的所有变电站内的继电保护和故障录波器虽然大部分已经换成了微机型的继电保护和故障录波器，而且也具备通信功能，但是这些微机型的继电保护和故障录波器分散在各个厂站里，基本上属于独立运行。
电网发生事故时，只能依靠工人分别在继电保护和故障录波器装置中收集所有的事故打印报告，人工判断事故发生的原因，事故的具体类型，并利用磁盘从故障录波器后台复制来的录波数据进行故障定位。
第二节发展现状
电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力，因此，继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段。
一、建国后
我国继电保护学科、继电保护设计、继电器制造工业和继电保护技术队伍从无到有，在大约10a的时间里走过了先进国家半个世纪走过的道路。
50年代，我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术［4］，建成了一支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍，对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用。
阿城继电器厂引进消化了当时国外先进的继电器制造技术，建立了我国自己的继电器制造业。
因而在60年代中我国已建成了继电保护研究、设计、制造、运行和教学的完整体系。
这是机电式继电保护繁荣的时代，为我国继电保护技术的发展奠定了坚实基础。
二、50年代末
晶体管继电保护已在开始研究。
60年代中到80年代中是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。
其中天津大学与南京电力自动化设备厂合作研究的500kV晶体管方向高频保护和南京电力自动化研究院研制的晶体管高频闭锁距离保护，运行于葛洲坝500kV线路上［5］，结束了500kV线路保护完全依靠从国外进口的时代。
在此期间，从70年代中，基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。
到80年代末集成电路保护已形成完整系列，逐渐取代晶体管保护。
到90年代初集成电路保护的研制、生产、应用仍处于主导地位，这是集成电路保护时代。
在这方面南京电力自动化研究院研制的集成电路工频变化量方向高频保护起了重要作用［6］，天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的集成电路相电压补偿式方向高频保护也在多条220kV和500kV线路上运行。
三、七十年代末
我国从70年代末即已开始了计算机继电保护的研究［7］，高等院校和科研院所起着先导的作用。
华中理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大学、天津大学、上海交通大学、重庆大学和南京电力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。
1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用［8］，揭开了我国继电保护发展史上新的一页，为微机保护的推广开辟了道路。
四、九十年代开始
在主设备保护方面，东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和发电机?
变压器组保护也相继于1989、1994年通过鉴定，投入运行。
南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991年通过鉴定。
天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护，西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于1993、1996年通过鉴定。
至此，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。
随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。
可以说从90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。
第三节存在问题
一、实时性差
系统故障后，供电公司的生产管理部门和领导决策机关不能及时、准确获取事故现场第一手信息资料，降低了管理效率和工作质量。
二、故障录波器厂家软件互不兼容
有些故障录波器虽已具有远传功能，但分析功能极不完善。
各厂家软件也不兼容，甚至有的软件对同一厂家不同型号的装置也不兼容，使用起来极不方便，管理也非常困难，无法构成统一有效的网络。
三、资源利用率低
微机保护及故障录波器录取的故障数据中含有丰富的故障信息。
对这些信息资源的进一步开发，可应用于保护动作特性分析、故障再现、准确故障测距、保护新原理研究和继电保护运行经验累积等方面。
但目前尚无软件能实现上述功能。
四、缺乏历史资料查询功能
目前故障录波器录取的数据未能统一形成数据库文件，为历史资料查询带来极大困难。
五、信息资料管理模式落后
长期以来，基层单位一直向上报送的是打印出来的录波图，未能形成电子数据，造成日积月累后录波图保存和管理异常困难，致使故障录波数据利用率不高。
第四节系统总体结构
一、本系统的设计总体结构如图1所示。
图1系统总体结构图
二、结构分析
（一）通信服务器
通信服务器的主要功能是接收和采集子站端的数据，并提供与其他服务器的通信。
在正常情况下，通信服务器还接收GPS标准时间，并向整个网络广播时钟。
数据处理服务器完成处理和保存所有的系统数据，通信服务器接收和采集的数据经过数据处理服务器分析和过滤后完整地保存在磁盘列阵中，便于技术人员随时调用和分析历史数据，完整地掌握整个电网的运行情况。
由于调度主站端的数据量在长年运行中将变得非常大，所以需要选用一个大的磁盘列阵。
（二）WEB服务器
WEB服务器勇于整理发布数据，并完成整个系统的管理功能：
拥有各种权限的用户均可以浏览到WEB服务器发布的数据；拥有系统管理员身份的用户能够通过WEB服务器上的系统管理模块管理和维护系统的服务器和各种功能模块；拥有操作员和系统管理员身份的用户能够通过通信模块访问到子站端上继电保护和录波器的各种实时数据，包括保护的定值、故障报告、自检报告、模拟量、采样值、开关量和录波器上的录波文件、文件列表等。
根据需要，有足够权限的用户还能够远程对微机保护进行定值整定。
在WEB服务器的分析模块中，还能对数据进行分析处理，准确地的到故障类型、故障测距等各种故障参数值。
（三）系统运行基本准则
考虑到调度主站端的重要性，需要将数据处理服务器和通信服务器建立备份服务器，在正常情况下，系统会自动选择一个服务器投入运行，当有一个服务器出现故障时，另一个服务器会自动投入运行，保证系统的稳定、可靠。
第三章系统主站端（调度断）功能
第一节数据采集处理
系统实时采集各个变电站继电保护的模拟量、事件报告、故障报告、异常告警信息、自检报告，并定时周期性地采集继电保护的定值、开关量和录波器的录波文件。
采集到的数据存储到实时数据库，供系统和相关人员调用查看。
在有事故时，采集各种故障信息（故障时间、故障地点、故障类型、保护动作情况、重合闸动作情况、2日内开关动作次数等），并自动采集录波数据，调用分析模块，通过对信息和数据的综合分析判断，得出事故产生的原因及保护动作是否正确，利用专家系统，提供事故后的处理方案。
对原始信息、原始数据（采样数据和录波数据生成波形图）、分析后的信息和事故的建议处理方案形成报表，发部在WEB浏览页面上，并通过语音、网络广播、电子邮件等方式通知有关人员。
第二节WEB信息发布功能
在WEB页面发布所有的设备运行信息、历史事故信息、事故处理信息和所有厂站的基本数据，相关人员能使用该功能检索各种信息、报表并进行查看、打印和下载保存等操作。
第三节实时数据浏览监控功能
一、正常运行情况下
实时数据浏览监控系统为CIS系统，正常运行时为整个电网的地理接线图，通过该图能看到所有变电站的运行情况。
用户可以通过点击某个厂站的图标进入该厂站的接线图，即可对该厂站中的设备进行监控和操作，如：
召唤定值、召唤故障报告、召唤实时采样值、召唤开关量、定值整定等，并能对各种数据进行保存、下载、打印等操作。
二、发生事故情况下
当继电保护发出事故信息时，在电网的地理接线图中，该继电保护所在的厂站图标闪烁显示，点击进入该厂站的接线图，即弹出该事故的详细报告（包括事故的原始信息、数据、综合分析后的事故信息、建议处理方案等），该厂站的接线图中相应的继电保护图标也降闪烁显示。
第四节高级分析功能
在事故发生后，系统将自动调用高级分析模块综合分析判断事故，并得出事故产生的原因、时间、地点、故障测距、各种故障量（有效值、直流分量、谐波分量、阻抗的大小及相位等），并有根据采样数据绘制的波形图、相量图、表格等图形。
第五节系统管理维护功能
一、系统的管理员可以利用该功能进行日常管理维护、并形成维护日志。
（一）系统参数管理
系统参数包括厂站参数、线路参数、设备参数、系统配置参数等，这些参数均可以修改，系统将实时地反应用户的修改，并将厂站端的配置参数向各厂站端发送，以保证系统参数的统一性。
（二）故障数据管理
该部分数据包括实时数据管理和历史故障数据管理，用户不能修改该部分数据，只能参看、整理和分类。
用户还可以对历史故障数据添加故障的分析结果、处理方案、处理结果等。
（三）报表管理
管理标准报表和用户自定义报表，并能添加、修改各种报表中的数据项，补充因系统覆盖范围原因造成数据的不足。
（四）用户管理
系统管理员可以利用该功能全面地管理系统中的用户。
可以对系统中的用户进行添加、删除、锁定、权限分配等操作，使在系统安全得到保证的同时，让各相关人员能通过本系统获取其需要的信息。
（五）系统数据维护
该功能模块能让系统管理员对系统数据进行日常备份，并在紧急情况发生时（如数据库意外损坏）恢复系统数据。
（六）系统日志维护
在整个系统中，用户的每个操作和系统的每个事件都有日志记录，这些日志数据均不可修改，目的是让系统管理员能在意外事故发生后检查事故发生的原因和过程。
第六节自检和升级功能
系统可以定时周期性地进行系统自检，包括系统功能完整性自检、系统文件自检（文件内容、文件大小、文件日期、时间等）、通信自检等。
各模块将根据系统发出的自检指令进行自身的检查，如果发现本模块的功能和文件发生变化，马上向主站发送告警，并提示系统管理员重新更新该模块。
该自检功能设置了开关和周期，用户可以根据需要打开或关闭该功能并设置自检的周期。
利用该功能，系统的更新和升级将变得十分方便，只要将系统的升级包导入系统后，系统自动向主站的各服务器和各厂站端发送升级更新命令，需要更新的服务器和厂站端将向主站升级系统下载需要升级的文件并自动完成升级更新。
系统的每次更新或升级，系统将保留升级日志，并可以根据需要取消更新或升级，恢复更新或升级前的状况。
第七节模块的双备份功能
一、通信模块
主站在本系统中具有重要地位，同时主站的通信模块和数据处理模块又是主站端的两大重要模块，肩负着采集、处理、保存各厂站端数据的重要任务，所以需要对这两个模块进行双备份。
二、双倍分模块
双备份也称热备份，即一个重要系统有另一个功能一样的系统作为备份，并能在主系统瘫痪时，备份系统自动启动顶替主系统进行工作。
在本系统中，通信模块和数据处理存储模块有一个相同布置在另外一个服务器上的模块作为备份，两个模块并没有物理上的主次之分，投入的模块称为主模块，退出的模块称为备份模块，备份模块能检测主模块的运行情况，如果发现主模块退出运行，备份模块自动投入运行。
第四章继电保护技术在电力系统中的运用
第一节继电保护技术的在电力系统中的运用特性
一、继电保护技术的智能化运用特性增强
现代化的电力管理越来越体现了智能化的控制管理模式,具有一定的人工智能化的特征。
这些特征,一方面使得电力系统在管理上减少了不必要的资源浪费;另一方面为其他各项技术的运用提供了广阔的技术空间。
正是在这样的技术背景下,继电保护技术出现了一定的人工智能化,使得保护装置在设计上更具有合理性和科学性。
这些智能化的信息特征使得继电保护技术在发展的过程中逐渐地进入了自动化的发展进程。
目前,在我国主要大城市供电公司的继电保护设备中已采用了模拟人工神经网络（ANN）来进行对用电的保护。
因此,进一步推进了继电保护技术智能化的发展前景。
据现有的资料介绍,在输电过程中出现的短路现象一般有几十种,如果出现这样的情况用人工进行排除,至少需要12小时以上。
但若是采用上述的神经网络继电保护方法,可通过采集的数据样本对发生故障进行检测,从而能在半小时之内得出故障出现的原因,大大缩短了维修时间。
这些人工智能方法通过计算机辅助体统的帮助运用,可使得电力运输效率大大加强。
二、继电保护技术的网络化更新发展显著
继电技术的运用离不开计算机网络的支持。
这种网络化的技术,不仅给继电技术提供了可操作检查的直观空间范围,也给其发展更新提供了更为广泛的动力支持和保障。
这也正是继电技术开放性发展的必然要求。
继电保护的主要功能在于保护电力系统的安全稳定,而这种保护离不开计算机网络的数据模拟生成系统,需要依据计算机通过数据采集和分析来检测故障存在的原因,进而发出警报。
这些网络化的发展,一方面,能够通过数据的的采集和模拟生成,综合分析可能出现的各种故障;另一方面,在显示故障的同时,能够准确地反映出故障的缘由、位置的情况,便于工作人员能够采取有效的解决策略。
例如,现在的各种环保节能发电厂就是采用了该种装置,通过总调度室计算机监控,不仅能够知晓现有线路的运行前那个框,还能够对各条线路出现的短路等现象作出判断,以便维护人员能够进行及时正常地维修。
三、继电保护技术的自适应性发展迅猛
继电保护技术的自适应性也是值得关注的方面。
我们知道自适应控制技术在继电保护中的应用具有如下的作用:
（1）使得继电保护更具有一种适应性,能够适应多种故障的检测;
（2）有效延长保护时间,能够使得电气设备产生更长的使用寿命;（3）能够提高经济效率,即这种保护能够针对用电过程中出现的问题进行排除,不仅减少了人工操作的麻烦,还能够节省成本。
当前电力系统在发展过程中出现的各种问题,除了需要一定的人工操作之外,采用继电保护技术的自适应性技术,一方面,能够真正发挥继电保护的“保护”功能,使得人们的生产生活得以顺利地开展,满足人们的发展需要;另一方面,能够使得这种适应性能面对各种形势的变化发展,最大限度地提高电力设备的使用寿命,以减少故障的发生。
这种适应性应该离不开计算机网络环境的支持。
因此,就更具有广泛的适应性能。
第二节继电保护技术的发展前景
一、电子数
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