基于录波装置联网的故障信息集中采集与处理在超（特）高压电网中的应用

任 超，李 烨，杨大哲

（1.国网山西省电力公司检修公司，山西 太原 030032；2.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

基于录波装置联网的故障信息集中采集与处理在超（特）高压电网中的应用

任 超1，李 烨1，杨大哲2

（1.国网山西省电力公司检修公司，山西 太原 030032；2.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

为尽快掌握电网发生的故障情况，缩短电网事故处理时间，需及时收集、分析、管理关键的故障录波数据，因此，建立一个稳定、高效的故障录波管理及分析系统是很有其必要性的。重点分析了基于录波装置联网的故障信息集中采集与处理系统的组网方式、功能应用和录波装置联网的技术特色，并根据故障实例，对录波联网功能的实现进行了具体展现。

故障录波器；故障录波数据；采集与处理；联网；超(特）高压电网

0 引言

随着经济的发展，各行业对电力的需求大大提高，电网的稳定运行对确保经济发展有着极其重要的意义。作为在当前电网起着骨干作用的500 kV变电站目前均配置了故障录波器，记录电网故障数据，对保障电网的安全稳定运行发挥了重大作用。

通过对变电站故障录波装置进行组网，可以对各个故障录波装置进行在线检测和监视，不仅能够为调度端以及继电保护专业人员快速做出事故的处理方案，提供准确的故障定位信息，也能为故障录波信息的实施调取提供一个可靠的平台。变电光纤化网络基础建设和通讯规约转换技术的发展，为故障录波组网所需的统一通讯模式和专用网络架构奠定了深厚的基础。目前，多数电网公司已经开始建立故障录波信息系统，在办公信息内网当中，把所采集到的信息以web的形式进行发送[1]。

1 故障录波系统组网方式

基于录波装置联网的故障信息集中采集与处理系统是1套基于录波信息实时采集、处理、存储和发布功能完备的分布式系统，整个系统的配置、部署变得十分方便，归功于其模块化的设计和基于传输控制协议/因特网互联协议（TCP/IP）的通信方式；用户无需关心装置的具体型号，即可在统一的操作界面下对装置的各类信息进行配置、管理、检索以及查看；系统当前的运行状况，用户可以通过故障录波系统的图形画面功能来了解和获得[2-3]，见图1。

2 故障录波组网功能应用

2.1 通信功能

2.1.1 支持自动定时获取录波文件

系统采用周期问讯的方式查询是否有新的动作记录，自动接收采集站故障录波器的各类数据，并及时、完整地把该记录调传过来，且问讯周期可由用户自由设定。其过程无需人工干预，自动判断是否有新故障录波数据，并自动完成采集、存储过程，在最新事件中滚动显示，见图2、图3。

图1 录波组网总体结构图

图2 录波组网软件结构图

图3 录波组网数据流图

2.1.2 支持对录波器远程操作

对录波装置的远程操作，可以通过向通信管理服务程序提交相应请求的形式来完成，如：装置录波文件的手动召唤，装置定值的手动召唤和远程启动录波等等。

2.1.3 支持通信故障检测

系统具备链路状态定时巡检功能，若发现链路故障，就会立即发出告警信号，并判断信道故障原因；同时，系统还能够记录链路状态变更的事件信息，用户查询和诊断起来十分便捷。

2.2 支持各种波型分析功能

2.2.1 故障波形显示

a）将任意选定区域波形拷贝至系统剪贴板等操作，可实时显示光标所处采样点的电气量数值，并同时标注各模拟电气量的有效值、相角和峰值。

b)如横向、纵向任意缩放、修改通道颜色或波形视图的背景色、调整通道排列次序或同轴叠加、隐藏或显示指定通道等操作，均可在生成的波形图上进行执行。

2.2.2 通道分析

用户可以随意选取其所需的单个通道或通道组合来执行常用的分析功能，例如谐波频谱、非周期分量、谐波、相量、序量、阻抗、母线差动等。

2.2.3 元件分析

a)故障测距。为判断故障点，一般可以采用基于分布线路参数的单端测距算法，并根据实际故障点自动修正计算偏差，提高计算精度。单端故障测距，测距精度优于2%（金属性故障）。双端测距，测距精度优于1.5%，不受故障类型影响。

b)输电线路故障分析。可以将故障线路、相对时间和绝对时间、故障开始时间、故障相别、故障距离、故障前一周波相关模拟量信息、故障时相关模拟量信息、故障后一周波相关模拟量信息、开关量变位信息等，进行自动分析。

c)变压器故障分析。变压器短路时的短路冲击电流值、冲击持续时间，过负荷时电流值和持续时间，过电压倍数及时间，轻瓦斯发信过程，重瓦斯动作全过程，保护动作全过程及开关量变位全过程，均可进行自动分析。

2.2.4 支持辅助工具

利用公式编辑器用户可自由定义高级分析功能，分析结果将以衍生虚通道的形式显示输出，衍生出来的虚通道可以像实际物理采样通道一样参与各种分析计算。

2.3 数据管理功能

2.3.1 故障历史数据查询

查询各个厂站、装置、时间段的历史数据，可以通过历史数据查询功能，同时提供历史数据导出功能。

2.3.2 故障信息检索

用户可方便检索各种类型的故障和故障数据，用户可根据时间、故障或事件类型、装置关键字、一次设备检索故障信息。

2.3.3 统计报表

统计报表功能可以进行分类整理归档，动作统计分析，分别按照时间、区域、设备、故障类型及录波器动作情况来划分，同时历史数据记录信息也可以自动产生，还可根据事件信息或数据统计查询结果灵活定制各种输出报表，包括设备台账统计、最新故障统计、通信异常统计、录波启动统计等。

2.4 系统管理功能

2.4.1 用户管理

只有管理员，在用户权限按人机界面操作功能项分类定义后，可以添加、修改和删除用户的权限。新用户可根据授予其的权限选择开放的功能组或功能项，登陆密码可自行修改并加密存储。

2.4.2 装置管理

厂站以及装置的添加、修改和删除，装置各类通信参数的设置，用户均可通过装置配置管理工具来完成。

2.4.3 数据信息管理

将录波数据以标准格式存储，即可按照以下条件进行检索。录波数据的检索条件分类：时间、厂站、装置、故障类型、元件以及录波器动作情况。对满足条件的录波数据可执行如下操作：查看、分析和打印故障录波数据、从库中将录波数据导出到指定位置、删除录波数据等。

2.4.4 系统状态监视

系统可实时监视本地服务程序各模块的运行状态，包括采集模块、录波分析模块、存储管理模块等模块的状态，方便运维人员实时掌握系统运行状况。

2.5 与D5000交互功能

2.5.1 与二次在线监测系统的交互

a)提供指定厂站内录波装置的配置信息。二次在线监测系统在向录波主站查询某厂站内录波装置数据时，采用动态获取配置的方式，保证所有装置的配置信息是最新的。

b)提供即时故障录波报告。录波主站在分析某个文件发现故障时，即向二次在线监测系统提供故障报告。二次在线监测系统通过模型库可以获取到故障发生的厂站和一次设备信息，并进行图形告警。

c)提供历史录波列表查询。操作员可以通过二次在线监测系统用户界面，向录波主站查询某录波装置的历史录波文件列表。

d)提供历史录波文件召唤。操作员可以通过二次在线监测系统用户界面，向录波主站请求录波文件。

2.5.2 与综合智能告警交互

a）提供即时故障录波报告。区别于二次在线监测系统，综合智能告警平台仅关注一次设备，只需要知道是哪个一次设备故障，发生的什么故障，并不关心是哪台录波装置记录的。录波主站为综合智能告警平台仅提供故障厂站ID和一次设备ID，并不提供二次设备信息。

b)提供指定一次设备的录波查询。当综合智能告警平台收到来自其他应用的故障报告，而未收到录波主站的故障报告时，可以向录波主站发起查询，请求记录了指定一次设备电气量的所有录波文件。录波主站通过一次设备映射表可以知道哪些录波装置监视该一次设备，然后将所有这些录波装置最近10 min内产生的录波文件提供给综合智能告警平台。

3 录波装置联网的技术特色

3.1 负载均衡（采集服务器）

在正常情况下处于负载均衡模式，每台服务器平均分摊录波器的数据采集任务。当其中1台采集服务器故障时，其所承担的数据采集任务将在剩余服务器里平均分派。当出故障的服务器恢复之后，活动机将自动归还其采集权，系统恢复至故障前的工作模式。

3.2 双机热备（数据服务器）

数据服务器支持采用2台高性能服务器，采用双机热备工作模式 (主—备方式)，共享存储设备 (磁盘阵列)，利用业界技术领先、且被广泛应用的双机热备软件，软件流程会对任何导致活动服务器系统宕机或服务中断的故障，进行错误判定、同时隔离故障，并及时将被中断的服务切换到备份服务器来执行，进而将录波主站系统数据服务的可用性进行提高，见图4。

图4 双机应用系统

在短时间内，整个过程会自动完成服务接管。为了避免网络设备故障而引起整个系统无法工作，本系统支持采用双网冗余策略。系统配置2 台1 000 M交换机，所有服务器分别接入2台交换机，当A网某主机网卡故障或者A网交换机故障，服务器将无法从A网连接应用服务，录波主站系统软件将自动选择连接B网相应主机的服务，以确保在网络故障时系统正够正常工作。

4 录波装置联网的相关技术指标

录波装置联网的相关技术指标，具体见表1。

表1 录波装置联网的相关技术指标

5 专项治理

为适应大运行体系建设要求，提高山西电网调度系统信息化应用水平，加强继电保护故障信息系统和故障录波器组网系统规范化管理，应该从以下几个方面着手，对220 kV及以上系统和故障录波器组网系统进行专项治理活动。

5.1 继电保护故障信息系统的运行巡视和缺陷处理

加强系统运行巡视和缺陷处理力度，要求每周进行一次对所辖全部设备与子站、主站通信状况的检查工作，检查内容包括：查看通信状态、调取定值、调取历史事件、告警信息和波形报告。发现子站与分站或主站通信中断后，应在24 h内形成检查结论，制定处理措施，7 d内处理完毕；发现保护装置与子站通讯中断时，应到现场进行检查，分析故障原因，如属于保护装置原因，应列入检修计划处理。

5.2 故障录波器接入量命名规范

完成故障录波器接入量命名规范工作，按照附件《山西电网故障录波器接入量命名规范》要求，对所辖系统所有录波器接入的信息量进行规范化命名。

5.3 故障录波器录波信息量规范

对照检查所辖系统所有录波器接入的信息量，对《山西电网故障录波器录波信息规范》要求接入，而目前未接入的信息进行统计并制定整改计划，结合今后的录波器更换和相关设备改造工作逐步完善。对于今后投产的设备，积极联系设计部门，加强投产验收。

5.4 保护和安全自动装置时钟统一工作

结合故障录波器接入量命名规范工作，对所辖系统所有保护和安全自动装置的时钟进行检查和修正，对于接入GPS对时系统的装置，采用B码对时的，要求时钟精确到s；采用秒脉冲对时的，要求时钟相差小于5 s；对于未接入GPS对时系统的装置，要求制定详细的整改计划并结合相关的缺陷处理、技改和大修工作进行实施，在接入GPS对时系统前定期人工检查和修正保护和安自装置时间，要求时钟相差小于5 s。今后凡发生保护动作，保护和安自装置时钟不满足要求的,要按照录波信息不完善进行统计和考核。

6 典型案例分析

2016年04月24日14时52分59秒752阳泉500 kV变电站220kV泉温Ⅰ线（线路全长21.677km）发生L3接地故障，阳泉变电站泉温Ⅰ线双主保护均快速动作跳开2604断路器L3相，线路保护重合于故障，2604断路器671 ms三相跳开切除故障。

2016年04月24日14时52分59秒500 kV阳泉变电站220 kV泉温Ⅰ线发生L3接地故障后，线路保护的电流差动保护动作最快于10 ms动作C相跳闸出口，67 ms切除故障；线路保护RCS-931AM重合闸 560 ms动作出口，线路保护PSL602GC重合闸572 ms动作出口，2604断路器671 ms三相跳开切除故障。

线路故障过程中，500 kV阳泉变电站220 kV泉温Ⅰ线双套线路主保护、后备保护均能快速正确动作，故障录波器泉温Ⅰ线间隔录波正确。

7 结论

故障录波组网已经较好地应用于电网故障的处理，能够及时提供给保护及调度人员可靠有效的动作信息；同时，还可根据录波器的通信状态，及时发现工作异常的录波装置，大大提高事故处理效率及管理水平，保障电网的安全稳定运行。除此之外，该系统已经能够实现故障信息与D5000平台的应用互动。

[1]魏丰，徐鹏华，孙扬声，等.基于PCI总线的发变组故障录波采集系统的设计 [J].继电器，2006(17)：47-50.

[2]邱革非，束洪春，董俊，等.基于DSP的故障录波测距装置的底层开发 [J].继电器，2005(13)：73-76.

[3]顾雪平，盛四清.电力系统故障诊断神经网络专家系统的一种实现方式 [J].电力系统自动化，1995，19(9)：26-29．

The App lication of Fault-recording-networking-based Fault Information Collection and Processing System on E(U)HV Grid

REN Chao1,LIYe1,YANG Dazhe2

（1.State Grid ShanxiM aintenance Com pany of SEPC,Taiyuan,Shanxi 030032,China; 2.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC,Taiyuan,Shanxi 030001,China）

In order to grasp the powergrid faultconditionsassoon as possible and shorten the processing timewhen accidents occur, it is necessary to timely collect,analyze and manage the key recording data.Therefore,it is quite necessary to establish a stable and efficient fault recording management and analysis system.This paper introduced the networking mode,functions and the technique characteristics of the fault recording data collection and processing system with emphasis.Meanwhile,the network functions of the recordingsystem ispresented on a real faultaccident.

fault recorder;fault recording data;collection and processing;networking;ultra(ultra)high voltage powergrid

TM866

A

1671-0320（2016）06-0021-05

2016-07-25，

2016-09-29

任 超(1984)，男，山西孝义人，2006年毕业于太原理工大学通信工程专业，工程师，从事通信系统、调度自动化及信息网络专业方面的相关工作；

李 烨(1986)，女，山西定襄人，2009年毕业于太原理工大学电气工程及其自动化专业，助理工程师，从事继电保护故障录波及故障信息系统的运维工作；

杨大哲（1983），男，河南南阳人，2009年毕业于山东大学热能工程专业，硕士，工程师，从事电力信息安全工作。