1、電子科技大學畢業論文（設計） 電力系統繼電保護故障信息采集及處理系統電 子 科 技 大 學畢 業 設 計（論 文）論文題目：電力系統繼電保護故障信息采集及處理系統 學習中心（或辦學單位）：福建廈門海洋職業技術學院指導老師：李建華 職 稱： 教授 學生姓名：丁炳財 學 號: 200910627717專 業：電氣工程及自動化 電子科技大學繼續教育學院制網絡教育學院2011年 12月 16日電 子 科 技 大 學畢業設計（論文）任務書題目：電力系統繼電保護故障信息采集及處理系統任務與要求：本次畢業論文是電氣工程及其自動化專業學生在完成本專業教學計劃的全部課程教學、課程設計、生產實習、畢業實習的基礎上

2、，進一步培養學生綜合運用所學理論知識與技能，解決實際問題能力的一個重要環節。通過畢業論文，使學生理論聯系實際，系統、全面地掌握所學知識，培養學生分析問題的能力、工程計算的能力和獨立工作的能力，使學生樹立工程觀點、社會主義市場經濟觀點，初步掌握變電所（用戶）電氣部分有關運行、科研等方面工作，奠定必要的理論基礎，并在工程理論方面得到初步訓練。時間： 2011 年 9 月18 日 至 2011 年 12 月 16 日 共 12 周學習中心：（或辦學單位）福建廈門海洋職業技術學院奧鵬學習中心 學生姓名：丁炳財 學 號：200910627717專業： 電氣工程及其自動化指導單位或教研室：福建廈門海洋職業

3、技術學院奧鵬學習中心指導教師：李建華 職 稱：教授電子科技大學繼續教育學院制網絡教育學院2011年 12月 16日畢業設計(論文)進度計劃表日 期工 作 內 容執 行 情 況指導教師簽 字9月18日至9月22日準備良好9月23-9月28日開題報告編寫良好10月29-10月23日畢業論文初稿編寫一般10月24-12月16日畢業論文終篇編寫根據老師的評語對初稿進行修改與內容補充教師對進度計劃實施情況總評 簽名 年 月 日 本表作評定學生平時成績的依據之一。摘要本論文主要闡述了針對電力運行過程中故障發生的不可避免, 在當今的網絡和軟件技術推動下，統一規劃、分步建設一個通過網絡將各級調度與變電站、發電

4、廠、集控中心聯接起來，實現繼電保護運行管理、故障錄波和分析、輔助決策等主要功能，并與現有的變電站綜合自動化系統、scada系統、ems系統、mis系統等互通互聯的電網繼電保護運行與故障信息處理系統，已為大家所共識。因此，建設繼電保護運行及故障信息管理系統，通過實時采集電網現場故障信息和二次設備信息，并對這些信息進行智能分析和提煉，為電網管理提供及時準確的信息支持和輔助決策，從而提升電網現代化水平和調度運行管理水平，實現二次設備管理真正由“離線”到“在線”的重大轉變，從而確保電網安全、經濟、穩定運行。關鍵詞 繼電保護 故障信息處理系統 信息采集abstractthis paper expatia

5、te on that in the power operation process of the faults of the inevitable, in todays network and software technology promotion, unified planning and construction of a step through the network will dispatch and at all levels, power plants, set the transformer substation to connect control center, and

6、 realize the relay protection operation management, fault wave record and analysis, aided decision, the main function, and with the existing substation integrated automation system, the scada system, ems system, mis system of interconnected power grid communication relay protection operation and fau

7、lt information processing system, already all consensus. therefore, the construction of relay protection operation and fault information management system, the real-time data acquisition through the grid failure information and secondary equipment information, and these information intelligent analy

8、sis and refining, for grid management to provide timely and accurate information to support and assist decision, so as to enhance the power grid modernization level and the operation of the management level, the realization secondary equipment management by actual offline to online significant chang

9、es, so as to ensure that a power grid security, economic and stable operation.key word relay protection failure information processing system information collection目錄第一章 緒言7第一節 研究歷史7第二章 系統論述8第一節 系統概述8第二節 發展現狀8第三節 存在問題9第四節 系統總體結構10第三章 系統主站端（調度斷）功能11第一節 數據采集處理11第二節 web信息發布功能11第三節 實時數據瀏覽監控功能11第四節 高級分析功

10、能12第五節 系統管理維護功能12第六節 自檢和升級功能12第七節 模塊的雙備份功能13第四章 繼電保護技術在電力系統中的運用13第一節 繼電保護技術的在電力系統中的運用特性13第二節 繼電保護技術的發展前景14第五章 實施意義14結束語16謝辭17參考文獻18第一章 緒言第一節 研究歷史一、研究周期為了進一步提高本人的知識與技能，解決實際問題的能力。通過9周的時間對繼電保護故障信息采集及處理系統進行研究，使理論聯系實際，系統、全面地掌握所學知識，培養本人分析問題的能力。（一） 第一周期寫論文前的準備工作。第一階段收集繼電保護故障信息采集及處理系統的相關資料，查找相關書藉。（1）步驟一：了解當

11、今社會供電可靠性的重要性，繼電保護故障信息采集及處理系統是電力系統的重要組成部分。對保證電力系統的安全經濟運行,防止事故發生和擴大起到關鍵性的決定作用。由于電力系統的特殊性,電氣故障的發生是不可避免的。一旦發生局部電網和設備事故,而得不到有效控制,就會造成對電網穩定的破壞和大面積停電事故。繼電保護故障信息采集及處理系統可以在故障或異常情況出現的時候進行檢測，發出報警信號，進行數據收集以及分析，保障電力系統安全穩定運行。（2）步驟二：編寫論文的開題報告。第二階段根據收集的繼電保護故障信息采集及處理系統相關資料及書藉，確定論文方向編寫開題報告。步驟：了解繼電保護故障信息采集及處理系統，掌握它在電力

12、系統的重要性以及發展前景。（二） 第三至第六周期編寫論文的初稿第三階段根據論文開題報告編寫論文的初稿。步驟：深入研究用戶繼電保護故障信息采集及處理系統的各個組成部分和功能，以及它的特性和運行。（三）第七至第九周期編寫論文的終稿第四階段根據老師的評語對初稿進行修改與內容補充。步驟：明確研究的歷史、研究的意義，補充研究的內容。第二章 系統論述第一節 系統概述一、 運行原理電力系統運行的基本要求是安全、可靠，然而各種故障總是不可避免地時有發生，設置于系統中的繼電保護裝置就是用于快速切除故障，避免事故進一步擴大。如何準確判別和分析事故發生的原因，確定故障點的準確定位，從根本上排除故障是電力系統管理與決

13、策部分十分重要的工作。要準確進行故障分析，可從繼電保護的動作行為和裝設在系統中的故障錄波器所記錄的電網在故障期間的動態過程綜合分析得出。二、現狀分析文獻1提出了電網繼電保護及故障信息管理系統的總體框架、功能定位以及主站和子站的設計方案，特別對各種裝置接入的復雜性、與監控系統的互聯方式、系統的安全可靠性和數據流向分析及控制進行了深入研究。文獻2提出在不同設備或者系統之間進行信息交換的一個突出問題，即通信規約的一致性和兼容性，制定了詳盡的通信與接口規范。文獻3依據iec60850等有關標準，對系統的總體設計思想極其安全性、借口的可擴展性等進行研究，提出了繼電保護及故障信息系統的實現方法，并開發了一

14、套繼電保護及故障信息系統。該系統能適應繼電保護系統較分散的運行特點，可以根據收集到的設備信息對全網范圍內的保護設備進行各種行為分析，還可以對故障時的數據進行判斷，準確定位故障點，快速查出故障設備及故障出現的原因。目前電力局管轄的所有變電站內的繼電保護和故障錄波器雖然大部分已經換成了微機型的繼電保護和故障錄波器，而且也具備通信功能，但是這些微機型的繼電保護和故障錄波器分散在各個廠站里，基本上屬于獨立運行。電網發生事故時，只能依靠工人分別在繼電保護和故障錄波器裝置中收集所有的事故打印報告，人工判斷事故發生的原因，事故的具體類型，并利用磁盤從故障錄波器后臺復制來的錄波數據進行故障定位。第二節 發展現

15、狀電力系統的飛速發展對繼電保護不斷提出新的要求，電子技術、計算機技術與通信技術的飛速發展又為繼電保護技術的發展不斷地注入了新的活力，因此，繼電保護技術得天獨厚，在40余年的時間里完成了發展的4個歷史階段。一、建國后我國繼電保護學科、繼電保護設計、繼電器制造工業和繼電保護技術隊伍從無到有，在大約10 a的時間里走過了先進國家半個世紀走過的道路。50年代，我國工程技術人員創造性地吸收、消化、掌握了國外先進的繼電保護設備性能和運行技術4，建成了一支具有深厚繼電保護理論造詣和豐富運行經驗的繼電保護技術隊伍，對全國繼電保護技術隊伍的建立和成長起了指導作用。阿城繼電器廠引進消化了當時國外先進的繼電器制造技

16、術，建立了我國自己的繼電器制造業。因而在60年代中我國已建成了繼電保護研究、設計、制造、運行和教學的完整體系。這是機電式繼電保護繁榮的時代，為我國繼電保護技術的發展奠定了堅實基礎。二、50年代末晶體管繼電保護已在開始研究。60年代中到80年代中是晶體管繼電保護蓬勃發展和廣泛采用的時代。其中天津大學與南京電力自動化設備廠合作研究的500 kv晶體管方向高頻保護和南京電力自動化研究院研制的晶體管高頻閉鎖距離保護，運行于葛洲壩500 kv線路上5，結束了500 kv線路保護完全依靠從國外進口的時代。在此期間，從70年代中，基于集成運算放大器的集成電路保護已開始研究。到80年代末集成電路保護已形成完整

17、系列，逐漸取代晶體管保護。到90年代初集成電路保護的研制、生產、應用仍處于主導地位，這是集成電路保護時代。在這方面南京電力自動化研究院研制的集成電路工頻變化量方向高頻保護起了重要作用6，天津大學與南京電力自動化設備廠合作研制的集成電路相電壓補償式方向高頻保護也在多條220 kv和500 kv線路上運行。三、七十年代末我國從70年代末即已開始了計算機繼電保護的研究7，高等院校和科研院所起著先導的作用。華中理工大學、東南大學、華北電力學院、西安交通大學、天津大學、上海交通大學、重慶大學和南京電力自動化研究院都相繼研制了不同原理、不同型式的微機保護裝置。1984年原華北電力學院研制的輸電線路微機保護

18、裝置首先通過鑒定，并在系統中獲得應用8，揭開了我國繼電保護發展史上新的一頁，為微機保護的推廣開辟了道路。四、九十年代開始在主設備保護方面，東南大學和華中理工大學研制的發電機失磁保護、發電機保護和發電機?變壓器組保護也相繼于1989、1994年通過鑒定，投入運行。南京電力自動化研究院研制的微機線路保護裝置也于1991年通過鑒定。天津大學與南京電力自動化設備廠合作研制的微機相電壓補償式方向高頻保護，西安交通大學與許昌繼電器廠合作研制的正序故障分量方向高頻保護也相繼于1993、1996年通過鑒定。至此，不同原理、不同機型的微機線路和主設備保護各具特色，為電力系統提供了一批新一代性能優良、功能齊全、工

19、作可靠的繼電保護裝置。隨著微機保護裝置的研究，在微機保護軟件、算法等方面也取得了很多理論成果。可以說從90年代開始我國繼電保護技術已進入了微機保護的時代。第三節 存在問題一、實時性差 系統故障后，供電公司的生產管理部門和領導決策機關不能及時、準確獲取事故現場第一手信息資料，降低了管理效率和工作質量。二、故障錄波器廠家軟件互不兼容 有些故障錄波器雖已具有遠傳功能，但分析功能極不完善。各廠家軟件也不兼容，甚至有的軟件對同一廠家不同型號的裝置也不兼容，使用起來極不方便，管理也非常困難，無法構成統一有效的網絡。三、資源利用率低 微機保護及故障錄波器錄取的故障數據中含有豐富的故障信息。對這些信息資源的進

20、一步開發，可應用于保護動作特性分析、故障再現、準確故障測距、保護新原理研究和繼電保護運行經驗累積等方面。但目前尚無軟件能實現上述功能。四、缺乏歷史資料查詢功能 目前故障錄波器錄取的數據未能統一形成數據庫文件，為歷史資料查詢帶來極大困難。五、信息資料管理模式落后 長期以來，基層單位一直向上報送的是打印出來的錄波圖，未能形成電子數據，造成日積月累后錄波圖保存和管理異常困難，致使故障錄波數據利用率不高。第四節 系統總體結構一、本系統的設計總體結構如圖1所示。圖1 系統總體結構圖二、 結構分析（一） 通信服務器通信服務器的主要功能是接收和采集子站端的數據，并提供與其他服務器的通信。在正常情況下，通信服

21、務器還接收gps標準時間，并向整個網絡廣播時鐘。數據處理服務器完成處理和保存所有的系統數據，通信服務器接收和采集的數據經過數據處理服務器分析和過濾后完整地保存在磁盤列陣中，便于技術人員隨時調用和分析歷史數據，完整地掌握整個電網的運行情況。由于調度主站端的數據量在長年運行中將變得非常大，所以需要選用一個大的磁盤列陣。（二） web服務器web服務器勇于整理發布數據，并完成整個系統的管理功能：擁有各種權限的用戶均可以瀏覽到web服務器發布的數據；擁有系統管理員身份的用戶能夠通過web服務器上的系統管理模塊管理和維護系統的服務器和各種功能模塊；擁有操作員和系統管理員身份的用戶能夠通過通信模塊訪問到子

22、站端上繼電保護和錄波器的各種實時數據，包括保護的定值、故障報告、自檢報告、模擬量、采樣值、開關量和錄波器上的錄波文件、文件列表等。根據需要，有足夠權限的用戶還能夠遠程對微機保護進行定值整定。在web服務器的分析模塊中，還能對數據進行分析處理，準確地的到故障類型、故障測距等各種故障參數值。（三） 系統運行基本準則考慮到調度主站端的重要性，需要將數據處理服務器和通信服務器建立備份服務器，在正常情況下，系統會自動選擇一個服務器投入運行，當有一個服務器出現故障時，另一個服務器會自動投入運行，保證系統的穩定、可靠。第三章 系統主站端（調度斷）功能第一節 數據采集處理系統實時采集各個變電站繼電保護的模擬量

23、、事件報告、故障報告、異常告警信息、自檢報告，并定時周期性地采集繼電保護的定值、開關量和錄波器的錄波文件。采集到的數據存儲到實時數據庫，供系統和相關人員調用查看。在有事故時，采集各種故障信息（故障時間、故障地點、故障類型、保護動作情況、重合閘動作情況、2日內開關動作次數等），并自動采集錄波數據，調用分析模塊，通過對信息和數據的綜合分析判斷，得出事故產生的原因及保護動作是否正確，利用專家系統，提供事故后的處理方案。對原始信息、原始數據（采樣數據和錄波數據生成波形圖）、分析后的信息和事故的建議處理方案形成報表，發部在web瀏覽頁面上，并通過語音、網絡廣播、電子郵件等方式通知有關人員。第二節 web

24、信息發布功能在web頁面發布所有的設備運行信息、歷史事故信息、事故處理信息和所有廠站的基本數據，相關人員能使用該功能檢索各種信息、報表并進行查看、打印和下載保存等操作。第三節 實時數據瀏覽監控功能一、正常運行情況下實時數據瀏覽監控系統為cis系統，正常運行時為整個電網的地理接線圖，通過該圖能看到所有變電站的運行情況。用戶可以通過點擊某個廠站的圖標進入該廠站的接線圖，即可對該廠站中的設備進行監控和操作，如：召喚定值、召喚故障報告、召喚實時采樣值、召喚開關量、定值整定等，并能對各種數據進行保存、下載、打印等操作。二、發生事故情況下當繼電保護發出事故信息時，在電網的地理接線圖中，該繼電保護所在的廠站

25、圖標閃爍顯示，點擊進入該廠站的接線圖，即彈出該事故的詳細報告（包括事故的原始信息、數據、綜合分析后的事故信息、建議處理方案等），該廠站的接線圖中相應的繼電保護圖標也降閃爍顯示。第四節 高級分析功能在事故發生后，系統將自動調用高級分析模塊綜合分析判斷事故，并得出事故產生的原因、時間、地點、故障測距、各種故障量（有效值、直流分量、諧波分量、阻抗的大小及相位等），并有根據采樣數據繪制的波形圖、相量圖、表格等圖形。第五節 系統管理維護功能一、系統的管理員可以利用該功能進行日常管理維護、并形成維護日志。（一）系統參數管理 系統參數包括廠站參數、線路參數、設備參數、系統配置參數等，這些參數均可以修改，系統

26、將實時地反應用戶的修改，并將廠站端的配置參數向各廠站端發送，以保證系統參數的統一性。（二）故障數據管理 該部分數據包括實時數據管理和歷史故障數據管理，用戶不能修改該部分數據，只能參看、整理和分類。用戶還可以對歷史故障數據添加故障的分析結果、處理方案、處理結果等。（三）報表管理 管理標準報表和用戶自定義報表，并能添加、修改各種報表中的數據項，補充因系統覆蓋范圍原因造成數據的不足。（四）用戶管理 系統管理員可以利用該功能全面地管理系統中的用戶。可以對系統中的用戶進行添加、刪除、鎖定、權限分配等操作，使在系統安全得到保證的同時，讓各相關人員能通過本系統獲取其需要的信息。（五）系統數據維護 該功能模塊

27、能讓系統管理員對系統數據進行日常備份，并在緊急情況發生時（如數據庫意外損壞）恢復系統數據。（六）系統日志維護 在整個系統中，用戶的每個操作和系統的每個事件都有日志記錄，這些日志數據均不可修改，目的是讓系統管理員能在意外事故發生后檢查事故發生的原因和過程。第六節 自檢和升級功能系統可以定時周期性地進行系統自檢，包括系統功能完整性自檢、系統文件自檢（文件內容、文件大小、文件日期、時間等）、通信自檢等。各模塊將根據系統發出的自檢指令進行自身的檢查，如果發現本模塊的功能和文件發生變化，馬上向主站發送告警，并提示系統管理員重新更新該模塊。該自檢功能設置了開關和周期，用戶可以根據需要打開或關閉該功能并設置

28、自檢的周期。利用該功能，系統的更新和升級將變得十分方便，只要將系統的升級包導入系統后，系統自動向主站的各服務器和各廠站端發送升級更新命令，需要更新的服務器和廠站端將向主站升級系統下載需要升級的文件并自動完成升級更新。系統的每次更新或升級，系統將保留升級日志，并可以根據需要取消更新或升級，恢復更新或升級前的狀況。第七節 模塊的雙備份功能一、通信模塊主站在本系統中具有重要地位，同時主站的通信模塊和數據處理模塊又是主站端的兩大重要模塊，肩負著采集、處理、保存各廠站端數據的重要任務，所以需要對這兩個模塊進行雙備份。二、雙倍分模塊雙備份也稱熱備份，即一個重要系統有另一個功能一樣的系統作為備份，并能在主系

29、統癱瘓時，備份系統自動啟動頂替主系統進行工作。在本系統中，通信模塊和數據處理存儲模塊有一個相同布置在另外一個服務器上的模塊作為備份，兩個模塊并沒有物理上的主次之分，投入的模塊稱為主模塊，退出的模塊稱為備份模塊，備份模塊能檢測主模塊的運行情況，如果發現主模塊退出運行，備份模塊自動投入運行。 第四章 繼電保護技術在電力系統中的運用第一節 繼電保護技術的在電力系統中的運用特性一、繼電保護技術的智能化運用特性增強 現代化的電力管理越來越體現了智能化的控制管理模式,具有一定的人工智能化的特征。這些特征,一方面使得電力系統在管理上減少了不必要的資源浪費;另一方面為其他各項技術的運用提供了廣闊的技術空間。正

30、是在這樣的技術背景下,繼電保護技術出現了一定的人工智能化,使得保護裝置在設計上更具有合理性和科學性。這些智能化的信息特征使得繼電保護技術在發展的過程中逐漸地進入了自動化的發展進程。目前,在我國主要大城市供電公司的繼電保護設備中已采用了模擬人工神經網絡(ann)來進行對用電的保護。因此,進一步推進了繼電保護技術智能化的發展前景。據現有的資料介紹,在輸電過程中出現的短路現象一般有幾十種,如果出現這樣的情況用人工進行排除,至少需要12小時以上。但若是采用上述的神經網絡繼電保護方法,可通過采集的數據樣本對發生故障進行檢測,從而能在半小時之內得出故障出現的原因,大大縮短了維修時間。這些人工智能方法通過計

31、算機輔助體統的幫助運用,可使得電力運輸效率大大加強。 二、繼電保護技術的網絡化更新發展顯著 繼電技術的運用離不開計算機網絡的支持。這種網絡化的技術,不僅給繼電技術提供了可操作檢查的直觀空間范圍,也給其發展更新提供了更為廣泛的動力支持和保障。這也正是繼電技術開放性發展的必然要求。繼電保護的主要功能在于保護電力系統的安全穩定,而這種保護離不開計算機網絡的數據模擬生成系統,需要依據計算機通過數據采集和分析來檢測故障存在的原因,進而發出警報。 這些網絡化的發展,一方面,能夠通過數據的的采集和模擬生成,綜合分析可能出現的各種故障;另一方面,在顯示故障的同時,能夠準確地反映出故障的緣由、位置的情況,便于工

32、作人員能夠采取有效的解決策略。例如,現在的各種環保節能發電廠就是采用了該種裝置,通過總調度室計算機監控,不僅能夠知曉現有線路的運行前那個框,還能夠對各條線路出現的短路等現象作出判斷,以便維護人員能夠進行及時正常地維修。三、繼電保護技術的自適應性發展迅猛 繼電保護技術的自適應性也是值得關注的方面。我們知道自適應控制技術在繼電保護中的應用具有如下的作用:(1)使得繼電保護更具有一種適應性,能夠適應多種故障的檢測;(2)有效延長保護時間,能夠使得電氣設備產生更長的使用壽命;(3)能夠提高經濟效率,即這種保護能夠針對用電過程中出現的問題進行排除,不僅減少了人工操作的麻煩,還能夠節省成本。當前電力系統在

33、發展過程中出現的各種問題,除了需要一定的人工操作之外,采用繼電保護技術的自適應性技術,一方面,能夠真正發揮繼電保護的“保護”功能,使得人們的生產生活得以順利地開展,滿足人們的發展需要;另一方面,能夠使得這種適應性能面對各種形勢的變化發展,最大限度地提高電力設備的使用壽命,以減少故障的發生。這種適應性應該離不開計算機網絡環境的支持。因此,就更具有廣泛的適應性能。 第二節 繼電保護技術的發展前景一、電子數據主動化的特性顯著 隨著計算機數據自動化的發展,繼電保護技術的現代化發展也必然得到充分的體現,即電子數據主動化性能必將得到顯現。 二、繼電保護功能將進一步拓寬 在計算機輔助設計功能的幫助下,繼電技

34、術的功能性必將得到進一步的增強,可根據故障的顯性進行適當的控制運用。 三、繼電保護技術的運用方便靈活 在該項技術的指引下,使得電力線路維護調試也更方便。在運行過程中,操作者可根據電流值,可進行適當調整。因此繼電保護技術在電力系統網絡化的發展趨勢中,定會綜合各種學科的發展,必將步入更為廣闊的發展空間,由數字時代跨入信息化時代,增強電力發展的安全性。第五章 實施意義故障信息系統的應用，能及時取得二次備份的運行參數及故障信息，對電網故障信息進行綜合分析，提高事故分析處理的時效性和正確性；同時，系統實現了故障信息資源的全系統共享，解決了目前電網故障信息系統傳遞速度慢、可靠性差，只能用于時候離線分析的落

35、后狀況。隨著系統的不斷完善、不斷發展，系統的安全性、可靠性和穩定性將不斷提升，大大提高保護專業管理水平，提高電網自動化水平，為電網事故的分析處理提供技術支持和有效方法，提高電力生產的現代化管理水平。結束語完成情況：通過這幾個月的調研已經較為深入了解了關于提高電網現代化水平，提高調度運行管理信息化、智能化的總體水平，二次設備運行和管理的各個環節“可控、在控”，繼電保護運行、管理的技術支持系統，電網故障時的信息支持、輔助分析和決策系統。所得收獲：通過此次的論文，我學到了很多知識，不僅僅在于電力系統幾點保護故障信息及處理系統的熟識，更是跨越了傳統方式下的教與學的體制束縛，在論文的寫作過程中，通過查資料和搜集有關的文獻，培養