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【摘要】在电力系统中，继电保护能在电力系统出现异常故障时，针对系统故障采取自动化的处理措施，我们将其称之为继电保护。，但是在这个过程中，变电所继电保护难免发生故障，从而影响电力系统。为适应“调控一体化”运行体系的建设，改进现有输电网继电保护故障信息智能分析系统的不足，设计了一种继电保护故障信息智能分析系统的解决方案。采用了一体化平台，基于分层分布式结构，统一一、二次设备模型，故障录波按通道上传，在主站侧综合采用EMS系统、故障信息系统、故障录波系统等的开关量、模拟量等多源信息对电网故障进行诊断分析；提出了智能分析系统过渡阶段的兼容方案。
【关键词】电网；继电保护；故障诊断；故障信息系统
1.引言
本文根据现有电网所能获得的信息，采用合适有效的故障诊断分析推理机制，同时兼容新旧变电站以不同通信规约接入，逐步实现电网故障的智能分析、诊断及决策。通过在福建电网实际应用表明，该方案切实可行，对构建电力系统故障诊断智能辅助决策系统具有一定的指导意义。
2.继保信息智能分析系统可行性分析
目前电网已具备开展电网故障智能分析专家系统研究的技术条件，主要体现在以下几个方面：
a）国内110kV及以上电压等级保护基本上实现了微机化，变电站中均配置了时钟同步装置，保护及录波均可通过通信网络将信息上传至主站，为事故分析提供了必要条件。
b）随着近年来IEC 61850、IEC 61970通信规约在电网中应用，在数据的易用性、兼容性、互操作性和可视化方面取得了突破。
c）随着电力系统调度自动化水平的提高及通信技术的发展，调度自动化均在开展数据一体化、数据平台一体化改造，保护故障信息系统可以获得多源的信息，为电网的故障诊断创造了条件。
3.主要技术难点及解决方案
3.1 继保故障信息智能分析系统推理机制
继电保护故障信息智能分析是根据电网一次网络拓扑，为每个一次设备生成相应的保护网络。保护网络指的是由电力系统主设备及其相关的断路器、录波装置、保护等构成的网络。根据故障情况和知识库，综合多个信息子站、EMS系统、录波系统的故障数据信息进行故障分析。根据故障区域电流、电压的波形变化，断路器和保护的实际动作情况等，利用相关知识库，分析并评价断路器和保护的动作行为，最终给出电网故障简报，包含相关故障元件的录波波形等，具体详见图1电网故障诊断分析系统图。
本文提出，故障诊断分析先以保护动作及断路器变位等开关信息作为触发条件对故障进行初步分析；同时，根据初步分析结果向录波系统召唤相关的录波文件等，如图1所示。根据开关量变位信息及保护和断路器的故障切除原理，按照保护动作原理进行推理、遍历，计算各种故障的可信度。根据推理出的最可靠的故障设备，对所有的断路器和保护进行行为分析，推理出哪些需要动作，哪些不需要动作。再结合实际的断路器和保护的动作情况，判断保护和断路器是否正确动作，或者是否有拒动或者误动的情况。同时，结合基于录波波形信息的继电保护故障信息智能分析技术，通过连续考察从故障发生到切除的整个过程中电流（或电压）的变化水平和变化时序，并结合考虑保护故障切除原理，用以判断故障的性质。
电网故障综合判断根据基于开关量、保护信息及模拟量信息的智能分析技术，构成多判据、分层、混合型继电保护故障智能分析技术，使得分析结论更为准确可靠。
3.2 统一一、二次设备模型
如果没有统一的一、二次设备模型，故障诊断分析系统即使获得了完备的源信息，也无法使用。继电保护智能分析系统的电网一次模型共享EMS系统的电网模型，保持两套系统模型的一致性。
IEC 61970标准为电力系统信息的标准化提供了技术规范，两套系统均利用基于CIM标准的XML文件导出电网模型，供电网智能故障诊断与事故处理辅助决策系统使用。IEC 61970的CIM模型可以很好地描述电网一次模型，但是CIM模型中关于电网二次模型的描述过于简单。在电网二次模型部分，CIM模型中定义了CurrentRelay、SynchrocheckRelay和RecloseSequence三个类，分别用于描述电流保护、同期装置和重合闸装置，但仍无法满足电网二次模型的建模需要。如果完全按照CIM模型建立保护库结构，当增加一种新的保护或自动装置时，就需要从ProtectionEquipment类扩展出相应的子类。因此电网二次模型必须根据电网继保故障信息智能分析系统的需要，对现有CIM模型的类、属性和关联关系进行扩展，建立满足智能保信分析系统需求的电网二次模型，将保护和自动装置设备信息作为模型数据，建立包括电网一、二次设备模型及参数的基础数据库，具体详见图2。
3.3 可缩放矢量图形技术的应用
为增强智能分析系统的易用性和互操作性，本方案提出了采用可缩放矢量图形技术，使故障信息系统与调度自动化系统图形系统保持一致，易于对信息系统的维护和更新，有利于与第三方系统进行信息交换。如图3所示，基于JavaScript脚本文件实现SVG图形文档与SQL数据库的连接。SVG图形文档通过故障诊断软件包的SQL数据库与SCADA系统及故障诊断算法进行实时数据交换。
3.4 故障录波装置数据上传研究
目前录波数据上传时未对数据进行处理，数据上传量大，对通道压力较大，且实时性差。本方案提出录波数据按通道上传，通过对录波装置软件升级，使其能够根据主站召唤命令，按通道将故障前后几个周波相关部分录波波形文件上传至主站，如图4所示。
3.5 主子站间通信规约
新建的电网故障智能分析专家系统应能实现新旧继电保护信息系统的平滑过渡，主站系统应能同时接入新建变电站信息系统子站，同时兼容现有变电站的保护信息系统子站。因此主、子站之间通信规约需支持IEC 61850和IEC 104+103两种通信规约，如图5所示。 此外，电网故障智能分析要求所提供的数据均应带时标，并对精度有较高的要求，以便对数据进行分析比较。目前500kV变电站已基本配置了时间同步对时系统，站内220kV以上电压保护及故障录波均具备了时间同步对时功能。
4.继保故障信息智能分析系统总体结构
4.1 继保故障信息智能分析系统总体结构图
本文以某电网为工程依托，提出了完整的继保故障信息智能分析系统总体结构图。其中，为实现继电保护信息与SCADA信息的快速交互，将继电保护故障信息处理系统置于安全I区。根据分层分区的原则，省调主站系统主要负责500kV网架的继电保护故障信息的智能分析，各地调负责本地区220kV、110kV电网继电保护故障信息智能分析并将分析结果上传至省调主站。各地调调控一体化平台（含EMS、SCADA、保信子站等系统）负责该地区220kV、110kV电网故障诊断、分析、决策、远方不停电修改及核查定值、远方压板投退、波形分析等功能。各地调将与邻近地区相关联的变电站的远动信息、保护及录波信息通过三级数据网络发送至邻近地调。省调一体化平台系统将该地区500kV变电站远动信息、保护及录波信息通过三级数据网络发送至各地调，如图6所示。
4.2 继保故障信息智能分析系统软件结构
继电保护故障信息智能分析应用基于D5000多源全景数据平台开发。D5000平台为上层应用提供了底层消息总线、服务总线、实时库、数据交换、图形显示、历史库等服务，同时利用D5000平台上已经实现的EMS/SCADA等系统数据，为故障信息智能分析提供必要的开关刀闸信息、电网拓扑结构、电网动态监测数据等。
4.3 继保故障信息智能分析系统主要功能
基于以上技术体系结构的系统主要功能包括：子站接入功能、数据存储、历史事件查询、系统图形化监视、一二次设备建模、故障信息归档分析、故障数据预处理、电网故障综合智能诊断、电网故障智能分析决策、故障测距功能、定值管理、远方不停电核查定值、全景可视化展现等。系统实现对一、二次设备智能展示。运行人员可以及时全面了解事故简报、故障诊断及处理建议。该系统自2011年投入运行以来，稳定可靠，并在电网故障时发挥了积极的作用。
参考文献
[1]王家林，夏立，吴正国等.电力系统故障诊断研究现状与展望[J].电力系统保护与控制，2010，38（18）
[2]辛建波，廖志伟.基于Multi-agents的智能变电站警报处理及故障诊断系统[J].电力系统保护与控制，2011，36（19）：83-88.
[3]宋功益，王晓茹，周曙.基于贝叶斯的电网多区域复杂故障诊断研究[J].电力系统保护与控制，2011，39（7）：20-25.
【关键词】电网；继电保护；故障诊断；故障信息系统
1.引言
本文根据现有电网所能获得的信息，采用合适有效的故障诊断分析推理机制，同时兼容新旧变电站以不同通信规约接入，逐步实现电网故障的智能分析、诊断及决策。通过在福建电网实际应用表明，该方案切实可行，对构建电力系统故障诊断智能辅助决策系统具有一定的指导意义。
2.继保信息智能分析系统可行性分析
目前电网已具备开展电网故障智能分析专家系统研究的技术条件，主要体现在以下几个方面：
a）国内110kV及以上电压等级保护基本上实现了微机化，变电站中均配置了时钟同步装置，保护及录波均可通过通信网络将信息上传至主站，为事故分析提供了必要条件。
b）随着近年来IEC 61850、IEC 61970通信规约在电网中应用，在数据的易用性、兼容性、互操作性和可视化方面取得了突破。
c）随着电力系统调度自动化水平的提高及通信技术的发展，调度自动化均在开展数据一体化、数据平台一体化改造，保护故障信息系统可以获得多源的信息，为电网的故障诊断创造了条件。
3.主要技术难点及解决方案
3.1 继保故障信息智能分析系统推理机制
继电保护故障信息智能分析是根据电网一次网络拓扑，为每个一次设备生成相应的保护网络。保护网络指的是由电力系统主设备及其相关的断路器、录波装置、保护等构成的网络。根据故障情况和知识库，综合多个信息子站、EMS系统、录波系统的故障数据信息进行故障分析。根据故障区域电流、电压的波形变化，断路器和保护的实际动作情况等，利用相关知识库，分析并评价断路器和保护的动作行为，最终给出电网故障简报，包含相关故障元件的录波波形等，具体详见图1电网故障诊断分析系统图。
本文提出，故障诊断分析先以保护动作及断路器变位等开关信息作为触发条件对故障进行初步分析；同时，根据初步分析结果向录波系统召唤相关的录波文件等，如图1所示。根据开关量变位信息及保护和断路器的故障切除原理，按照保护动作原理进行推理、遍历，计算各种故障的可信度。根据推理出的最可靠的故障设备，对所有的断路器和保护进行行为分析，推理出哪些需要动作，哪些不需要动作。再结合实际的断路器和保护的动作情况，判断保护和断路器是否正确动作，或者是否有拒动或者误动的情况。同时，结合基于录波波形信息的继电保护故障信息智能分析技术，通过连续考察从故障发生到切除的整个过程中电流（或电压）的变化水平和变化时序，并结合考虑保护故障切除原理，用以判断故障的性质。
电网故障综合判断根据基于开关量、保护信息及模拟量信息的智能分析技术，构成多判据、分层、混合型继电保护故障智能分析技术，使得分析结论更为准确可靠。
3.2 统一一、二次设备模型
如果没有统一的一、二次设备模型，故障诊断分析系统即使获得了完备的源信息，也无法使用。继电保护智能分析系统的电网一次模型共享EMS系统的电网模型，保持两套系统模型的一致性。
IEC 61970标准为电力系统信息的标准化提供了技术规范，两套系统均利用基于CIM标准的XML文件导出电网模型，供电网智能故障诊断与事故处理辅助决策系统使用。IEC 61970的CIM模型可以很好地描述电网一次模型，但是CIM模型中关于电网二次模型的描述过于简单。在电网二次模型部分，CIM模型中定义了CurrentRelay、SynchrocheckRelay和RecloseSequence三个类，分别用于描述电流保护、同期装置和重合闸装置，但仍无法满足电网二次模型的建模需要。如果完全按照CIM模型建立保护库结构，当增加一种新的保护或自动装置时，就需要从ProtectionEquipment类扩展出相应的子类。因此电网二次模型必须根据电网继保故障信息智能分析系统的需要，对现有CIM模型的类、属性和关联关系进行扩展，建立满足智能保信分析系统需求的电网二次模型，将保护和自动装置设备信息作为模型数据，建立包括电网一、二次设备模型及参数的基础数据库，具体详见图2。
3.3 可缩放矢量图形技术的应用
为增强智能分析系统的易用性和互操作性，本方案提出了采用可缩放矢量图形技术，使故障信息系统与调度自动化系统图形系统保持一致，易于对信息系统的维护和更新，有利于与第三方系统进行信息交换。如图3所示，基于JavaScript脚本文件实现SVG图形文档与SQL数据库的连接。SVG图形文档通过故障诊断软件包的SQL数据库与SCADA系统及故障诊断算法进行实时数据交换。
3.4 故障录波装置数据上传研究
目前录波数据上传时未对数据进行处理，数据上传量大，对通道压力较大，且实时性差。本方案提出录波数据按通道上传，通过对录波装置软件升级，使其能够根据主站召唤命令，按通道将故障前后几个周波相关部分录波波形文件上传至主站，如图4所示。
3.5 主子站间通信规约
新建的电网故障智能分析专家系统应能实现新旧继电保护信息系统的平滑过渡，主站系统应能同时接入新建变电站信息系统子站，同时兼容现有变电站的保护信息系统子站。因此主、子站之间通信规约需支持IEC 61850和IEC 104+103两种通信规约，如图5所示。 此外，电网故障智能分析要求所提供的数据均应带时标，并对精度有较高的要求，以便对数据进行分析比较。目前500kV变电站已基本配置了时间同步对时系统，站内220kV以上电压保护及故障录波均具备了时间同步对时功能。
4.继保故障信息智能分析系统总体结构
4.1 继保故障信息智能分析系统总体结构图
本文以某电网为工程依托，提出了完整的继保故障信息智能分析系统总体结构图。其中，为实现继电保护信息与SCADA信息的快速交互，将继电保护故障信息处理系统置于安全I区。根据分层分区的原则，省调主站系统主要负责500kV网架的继电保护故障信息的智能分析，各地调负责本地区220kV、110kV电网继电保护故障信息智能分析并将分析结果上传至省调主站。各地调调控一体化平台（含EMS、SCADA、保信子站等系统）负责该地区220kV、110kV电网故障诊断、分析、决策、远方不停电修改及核查定值、远方压板投退、波形分析等功能。各地调将与邻近地区相关联的变电站的远动信息、保护及录波信息通过三级数据网络发送至邻近地调。省调一体化平台系统将该地区500kV变电站远动信息、保护及录波信息通过三级数据网络发送至各地调，如图6所示。
4.2 继保故障信息智能分析系统软件结构
继电保护故障信息智能分析应用基于D5000多源全景数据平台开发。D5000平台为上层应用提供了底层消息总线、服务总线、实时库、数据交换、图形显示、历史库等服务，同时利用D5000平台上已经实现的EMS/SCADA等系统数据，为故障信息智能分析提供必要的开关刀闸信息、电网拓扑结构、电网动态监测数据等。
4.3 继保故障信息智能分析系统主要功能
基于以上技术体系结构的系统主要功能包括：子站接入功能、数据存储、历史事件查询、系统图形化监视、一二次设备建模、故障信息归档分析、故障数据预处理、电网故障综合智能诊断、电网故障智能分析决策、故障测距功能、定值管理、远方不停电核查定值、全景可视化展现等。系统实现对一、二次设备智能展示。运行人员可以及时全面了解事故简报、故障诊断及处理建议。该系统自2011年投入运行以来，稳定可靠，并在电网故障时发挥了积极的作用。
参考文献
[1]王家林，夏立，吴正国等.电力系统故障诊断研究现状与展望[J].电力系统保护与控制，2010，38（18）
[2]辛建波，廖志伟.基于Multi-agents的智能变电站警报处理及故障诊断系统[J].电力系统保护与控制，2011，36（19）：83-88.
[3]宋功益，王晓茹，周曙.基于贝叶斯的电网多区域复杂故障诊断研究[J].电力系统保护与控制，2011，39（7）：20-25.