基于IEC61850保护信息语义结合EMS实时量的故障判别

胡 勇，李玉芳，刘志远

（1.国电南思系统控制有限公司，广东 深圳 518000 ；2.银川电力调度中心，宁夏 银川 750011）

如何实现电网故障的准确判断、快速处理，减少事故损失，一直是电网运行部门追求的重要目标之一。保护信息处理系统的目的就是以保护信息为基础，结合EMS系统的开关量信息，建立智能化的故障判断系统。即通过分析电网的故障信息和电网的结构，经过一个人工智能推理机制，在电网发生故障后迅速给出故障结论，供相关运行人员参考。

1 问题的提出

保护信息处理系统由多种保护设备信号的采集及相关的处理模块组成。电力系统在故障情况下，相关的保护设备产生大量的故障信息，运行人员面对这些海量信息难以在短时间内对故障作出判断。目前大多数变电站综自系统把开关的状态信息只送到EMS系统，未送给保信系统，因而EMS系统只知道开关状态，不知此开关断开是因为检修还是故障等原因，而保信系统虽然由保护信息知道可能原因，但也会因无开关最终状态信息，不能确认是保护检修还是设备故障，信息彼此孤立。综合二者信息，便于保信系统确认故障，并通知EMS系统故障结论，是调度系统非常有意义的课题。

2 解决方案

沿用已经成熟的方法进行子站与主站的通信，保护设备关联到相应的一次设备。基于IEC61850信息语义模型，对保护信息建立语义字典。利用IEC61850在信息建模、语义表达方面的优势，对子站信息进行语义标注，计算机就能充分理解这些信息，并采取相应的智能算法处理这些信息，对系统故障作出判断。由于IEC61850主要是面对未来数字化变电站，因此能否使用IEC61850对传统装置进行建模和使用IEC61850表达传统二次设备发出的信息，是本技术方案是否具有可行性的关键。

IEC61850信息模型结构具有灵活性，能够表达丰富的信息，但其做出的语义约定十分有限，并不能满足传统信息的需要。为了完整、正确、灵活地表达二次信息，消除历史上二次信息差异化现象，方案重点对IEC61850建模过程进行统一约束，约束其灵活性；对IEC61850语义字典进行扩展，对缺乏的语义进行约定。具体包括如下方面：

(1) 以功能层次结构(LD/LN/DO/DA)为信息表达方式；

(2) 对IEC61850没有约定的LN前缀语义进行补充约定；

(3) 对IEC61850作为建模主体的LNCLASS进行了扩展；

(4) 对IEC61850缺少的信息进行DO字典扩充。

这一方案在性质上不仅仅是IEC61850适应国内情况的一种补充，更重要的是对历史上二次信息的差异性进行归纳整理，并从语义字典的角度进行了一致性约定。如接地距离II段保护动作表示为：[GDS2]PDIS.Op.GENERAl，其中：

(1) 前缀PREFIx：GD，S2表达了接地、II段；

(2) 逻辑节点LN：PDIS表达了距离保护；

(3) 数据对象DO：Op表达了保护动作；

(4) 数据属性DA：GENERAl表达了三相动作。从而将过去对信号点表转化为语义体系的约定，使可行性、适应性大大增强。同时计算机也能识别每条语义信息，并根据这些信息所反映的故障电气量，综合众多信息得出故障结论。

基于保护装置的动作原理、相关继电器特性以及保护装置信号的IEC61850语义信息，电网事故分析故障信息系统能实现智能化事故判断。主站系统将接收到的来自不同子站保护设备或同一子站不同保护设备上送的动作信息作为触发条件，通过对保护设备的动作语义(IEC61850的语义信息)、信息时间以及保护设备的保护对象，来推理一次设备元件故障的类型。通过对信号进行分析，判断是否为一个真实电网故障，并对故障的性质进行判断。对于保护试验产生的告警和动作信号，如子站没有投入检修态，系统将收到全部试验产生的信号，通过故障信息综合，对反应实时故障信息进行分析，结合EMS系统返回的开关量状态信息，由系统软件判断是否为真实故障。

断路器或开关总是与其它一次设备相连，并同处一间隔的。其保护信号可分为3类：保护装置自检信息；同间隔其它设备故障信息如跳闸、重合闸等；本身故障信息如失灵、过流等。因此，断路器保护信号也可作为其它设备故障的辅助判断，并能确认瞬时或永久故障、记录故障时重合闸次数。

电网事故分析故障信息系统分析结果显示的事故信息，能方便直观地反应该事故的性质：

(1) 保护范围：区内、区外故障；

(2) 故障类型：接地、相间短路故障，断线、跨线故障等；

(3) 故障相别：单相、相间或三相故障等；

(4) 出口情况：瞬时、永久故障等；

(5) 重合闸：记录重合闸次数。

显示内容还包括发生故障时相关的保护装置启动或动作信息，以及相应事件的保护装置整定值、压板、开关量等信息。

在故障确认后，综合归档保存在典型故障库以备查询。故障发生后，按一次设备命名等规则，将保护动作和录波数据自动关联，形成汇总的事故报告。

3 应用效果

下面以银川电力局川州II线2009-05-03发生的A相接地故障为例,说明系统故障判断过程。为简要说明，以大写字母B，C表示750kV银川东变电站侧和330kV盐州变电站侧，以BC段表示川州II线，如图1所示。

3.1 故障信息

故障发生在BC段，相关保护发送总信息94条(为说明过程，此处仅列主要反映故障的事件信息):

(1) A站线路保护信号有：接地距离III段保护、纵联方向保护、零序III段、零序IV段保护启动等；

(2) B站线路保护信号有：接地距离I段保护、零序I段保护、纵联零序保护、纵联方向保护、纵联距离保护动作等；

(3) B站断路器L3保护信号有：A相跳闸、重合闸等；

(4) C站线路保护信号有：纵联零序保护动作，纵联方向保护动作，纵联距离保护动作等；

(5) C站断路器L4保护信号有：A相跳闸、重合闸等；

3.2 故障分析

(1) A端线路保护分析：接地距离III段保护启动，零序III段、IV段保护启动说明AB线路外故障；纵联方向保护动作说明AB或BC内发生故障，而B端L2处纵联方向保护没有动作，因此故障不在AB范围内。

(2) B端线路保护分析：接地距离I段保护动作，零序I段保护动作说明保护范围内(BC)发生接地故障；纵联零序保护动作、纵联方向保护动作、纵联距离保护动作与对端保护信号共同作用切除故障。

(3) C端线路保护分析：收到对侧信号后确认并切除故障，说明在BC范围内发生单相接地故障。

(4) L3，L4开关信息反映同间隔的线路发生了瞬时故障。

3.3 故障结论

从EMS传来的实时数据—开关量(L1，L2，L3，L4)状态信息，确认线路BC段故障截除，与保信系统故障判别一致。

由保信系统综合分析得出故障结论，送到EMS系统的开关量(L3，L4)状态信息有：线路BC段在某时间发生单相接地、重合闸1次、瞬时故障。

实例说明，基于IEC61850结合EMS开关量信息的故障判断在实际应用中的正确性。

4 结束语

保护故障信息分析处理系统的开发和使用，标志着继电保护专业的技术管理水平上了一个新台阶，为电力系统故障的准确分析、及时处理提供了重要的依据和手段。它的建立，为今后进行继电保护动作行为智能化分析和仿真，为保护专家系统的建立奠定了基础。

1 贺家李, 宋丛矩. 电力系统继电保护原理. 北京: 中国电力出版社, 1994