继电保护及故障信息管理系统在电厂中的应用

王智涛

(华能技术经济研究院，北京市，100023)

0 引言

为了适应目前国内经济的迅猛发展和日益增长的电力需求，国内各大发电企业都加快了对电厂的建设与扩容，全国的装机容量得到了快速增加;根据国务院“上大压小”的政策精神，电力企业向着大容量、大机组、大电源点的方向发展;为了满足节能环保的要求，发电企业普遍加大了对脱硫、脱硝等节能环保技术手段的关注，大量的节能环保设备被应用到了电厂;随着发电企业的竞争日趋激烈，对发电成本的控制和要求更加严格，也使得各种节能降耗设备与技术得以应用。

由于以上这些原因，电力设备大量增加，电厂自动化水平进一步提高，各类微机保护、自动装置、故障录波器以及综合自动化设备被普遍采用，保护设备数量和类型都相应增加，而对这些保护设备的要求却更高、管理更加复杂。因此，设计与搭建集继电保护、自动装置、故障录波器等设备的数据采集、计算分析、维护管理于一体的继电保护及故障信息管理系统是非常必要的［1］。

本文研究了继电保护及故障信息管理系统在电厂中的应用。针对电厂继电保护设备的特点，基于上海许继的智能型继电保护及故障信息处理系统(IPOFAS)［2］，开发与设计了一套适应于电厂的继电保护及故障信息管理系统。该系统的运行不仅大大节省了人力成本，而且提高了电力设备的稳定性与电厂系统的安全性。

1 故障信息管理系统

继电保护及故障信息管理系统主要对系统内的各种保护装置进行监视、控制和管理，提供为保护装置服务的计算、分析等功能，并对保护装置提供的信息进行综合分析与利用。该系统的搭建将从整体上提升电力系统继电保护的信息化、智能化水平，使保护装置运行、管理的各个环节实现“可控”与“在控”，实现继电保护专业的管理现代化，如图1所示［3-4］。

图1 系统结构图Fig.1 Configuration of relay protection and fault information management system

但是，目前所搭建的继电保护及故障信息管理系统都是围绕电网系统的保护装置进行开发。主要研究的方向也是针对变电站、电网输电等系统的各种继电保护设备，鲜有针对电厂设计的继电保护及故障信息管理系统［3-5］。

然而，随着电子技术、计算机技术、通信技术在电厂的广泛应用，电厂的自动化水平和信息化水平大为提高。为了确保电厂系统的安全与稳定，电厂内各类继电保护装置的信息采集、分析与管理变得越来越重要和紧迫。

2 电厂继电保护特点

电厂继电保护与电网继电保护的特点和侧重点有一定的区别［6］。电厂内继电保护除了线路保护部分，还包括发电机、变压器、电动机、变频器等主设备保护，保护种类与类型复杂。大量新型微机保护、录波器等设备被应用到电厂，智能化水平进一步提高，同时也要加强对这些设备技术图纸、安装说明、保护定值等的学习与管理。任何设备的保护拒动或误动都将引起系统的振荡，保持继电保护装置运行正常、加强巡检力度必不可少。每年机组大小修期间，各种设备的保护校验工作十分重要而艰巨。由于会出现机组非停、调停、检修等情况，电厂的运行方式和系统结构经常发生变化。设备的定值整定计算方法和思路与电网相差较大。

目前，国内继电保护及故障信息管理系统基本上都是针对电网系统开发的，缺少针对电厂开发该系统的经验。本文设计的针对电厂搭建的继电保护及故障信息管理系统基于I-POFAS的框架，结合电厂运行人员、检修人员实际经验，真正实现了需求与功能同步、理论与实践最优结合。

3 电厂故障信息管理系统的实现

3.1 系统分析

基于电厂一次主接线图和各台机组二次接线图的结构，继电保护及故障信息管理系统设计的基本原则是将电厂内所有微机保护装置、故障录波器、智能电度表、电气PLC装置等设备全部纳入到系统中，并在此基础上对采集上来的所有数据进行深入、充分的整理分析，进而为电厂电气系统，尤其是继电保护专业的技术管理监督工作提供强有力的技术支撑，使电厂电气专业技术管理水平提高到一个新的高度。

根据主要的职责与功能的不同和I-POFAS系统的框架设计要求，该系统由主站和子站2部分构成，主站、子站和保护装置之间采用以太网组网，并采取必要的网络安全措施。

主站系统由保护及录波故障信息系统和保护及录波设备管理运行系统组成，除了采集各故障录波器录波信息及微机保护等设备的相关信息外，还作为继电保护及故障信息系统信息发布平台对各种保护信息提供浏览与查询功能。

由于该系统采集的保护装置数量较多，数据流量较大，若全部直接汇集于主站，可能会影响主站的运行速度，因此子站系统分为一级子站和二级子站。二级子站主要功能是通过信息采集装置将保护和录波装置的信息向一级子站传送;一级子站不仅采集部分保护装置的信息，还同时接收二级子站上传的信息，最终将所有信息汇总后传输到保护主站。

3.2 结构设计

电厂继电保护及故障信息管理系统的主站结构如图2所示。

继电保护及故障信息管理系统主站是一个对电气系统故障信息进行采集、传输、处理、分析的分布式、准实时系统;对所有采集到数据库服务器中的数据进行管理、开发，并且维护系统的正常运行。主站系统具备子站系统接入、公共数据服务接口等基本能力，在此基础上，建立继电保护故障信息系统的应用功能。无论该系统出现何种情况，绝对不会影响继电保护、故障录波器以及其他系统的安全、可靠及独立运行。

图2 主站系统结构Fig.2 Configuration of master system

一级子站采用PC机管理子站内所有采集上来的保护及故障录波装置信息，并通过远方通信功能将整理后的信息传送到主站系统。子站系统结构如图3所示。

一级子站能够完成与子站内微机保护装置、故障录波器、智能电度表、PLC装置的通信，包括与各种装置间通信规约的转换，并且与现有设备之间可以采用原有装置支持的通信规约;能通过GPS对时卡接收全厂GPS系统的对时信号校时，并对二级子站所带的保护设备通过网络方式进行校时;具有良好的可维护性，各部件都具有自检和联机诊断校对能力。子站所有功能的实现都不会影响保护设备的安全和稳定运行。

二级子站的主要任务是采集、处理各保护装置的内部数据并上传到一级子站，功能相对简单，这里不再赘述。

综上所述，继电保护及故障信息管理系统不仅能满足故障情况下对故障信息的快速采集、传送和分析应用，而且能够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。系统的设计同时考虑运行值班人员、继电保护人员、保护管理人员的需求，真正提升了电厂工作中的科学引导、全面分析和安全可靠等能力。

4 故障信息管理系统评价

电厂搭建的继电保护及故障信息管理系统经过了一段时间的实际运行和检验，一切运转稳定可靠。该系统既满足了故障情况下对故障信息的快速采集、传送和分析应用，又实现了日常运行中对微机继电保护装置和故障录波器的检测功能。

系统的主要特点有以下几个方面:

具有良好的人机交互界面，实时显示电厂一次系统主接线图中主设备的状态。

智能化的数据采集、整理和归类管理能力，大大减轻运行人员实地抄表工作。

图3 子站系统结构Fig.3 Configuration of substation system

能及时得到保护动作信息，接收并显示事件详细信息和故障简报，为运行人员的决策提供有力的依据。

故障保护事件实时通知，使检修人员第一时间到达事故现场，节约抢修时间。

通过保护对时，可以将故障时刻下的各台发电机机、电动机、变压器等主设备的数据提供给检修人员，便于故障分析与定位。

信号复归、定值召唤等功能为继电保护设备的大、小修后的恢复提供了便利与安全保障。

同时系统可以在以下几个方面进行完善研究:

缺乏针对电厂设计继电保护及故障信息管理系统的经验，照搬电网继电保护的设计思路具有很大的局限性。

对于电厂主要设备，如发电机，应该建立基本的故障诊断专家系统。

应该建立良好的扩展功能，具备便捷的接入接口，如设备的更新换代、系统的扩展等。

电厂与电网的故障信息管理系统相互结合，使得电力系统故障定位更加准确、分析更加科学。

5 结语

基于I-POFAS的思路与框架，本文针对电厂继电保护系统的特点设计出了一套继电保护及故障信息管理系统方案。该方案不仅紧扣发电企业特点、节约人力成本、大大减少了设备故障发生几率和故障恢复时间，而且该系统的运行有效的提高了电厂系统的安全稳定性，并对系统的经济运行方式有一定的指导作用。

［1］刘清瑞.继电保护与故障信息管理系统的结构、功能及其实现［J］.电力自动化设备，2004(4):93-96.

［2］上海许继I-POFAS保护及故障信息处理系统［J］.继电器，2005(23):1-4.

［3］燕京，陈政.电网继电保护及故障信息管理系统设计［J］.电力自动化设备，2006(12):85-89.

［4］高湛军，潘贞存，卞鹏等.继电保护及故障信息管理系统的应用数据模型的构建［J］.继电器，2005(2):50-53.

［5］段慧明，宿昌，齐欢等.电网故障信息处理及控制系统的设计与应用［J］.电力系统自动化，2004，28(1):94-96.

［6］王维俭.电气主设备继电保护原理与应用［M］.中国电力出版社，2001:70-71.