祁 忠， 華煌圣， 董傳燕， 毛建維， 張海寧

(1． 南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211102； 2. 廣州供電局有限公司，廣東 廣州 510620)

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基于通用保護模型的保護操作校核系統(tǒng)的研究

祁 忠1， 華煌圣2， 董傳燕1， 毛建維1， 張海寧1

(1． 南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211102； 2. 廣州供電局有限公司，廣東 廣州 510620)

電網(wǎng)運行方式變化時，需要同步調(diào)整繼電保護的運行方式，否則保護存在誤動或者拒動的可能性。提出了基于通用保護模型的保護操作規(guī)則庫的設(shè)計，分析了保護操作校核系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和功能模塊，重點闡述了一次設(shè)備運行態(tài)判別、保護操作校核服務(wù)進程等關(guān)鍵模塊的實現(xiàn)，并介紹了系統(tǒng)的測試情況。該系統(tǒng)利用電網(wǎng)的實時運行狀態(tài)和繼電保護的運行信息，校核繼電保護的操作結(jié)果，判斷調(diào)整后的保護運行方式是否滿足電網(wǎng)運行的要求。

通用保護模型；保護操作校核；規(guī)則庫；智能調(diào)度；電網(wǎng)運行方式

0 引言

繼電保護設(shè)備是保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要設(shè)備。繼電保護設(shè)備的運行方式，例如壓板投退狀態(tài)、定值、定值區(qū)號、開入量狀態(tài)等，作為繼電保護邏輯判斷的重要參數(shù)，決定著保護動作的正確性。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，電網(wǎng)改造項目的不斷增加，電網(wǎng)設(shè)備的操作越來越頻繁，導(dǎo)致電網(wǎng)運行方式經(jīng)常發(fā)生改變。電網(wǎng)方式變化時，需要同步調(diào)整繼電保護設(shè)備的運行方式[1]。如果操作人員未按照操作規(guī)則要求來調(diào)整繼電保護設(shè)備的運行方式，則可能導(dǎo)致繼電保護設(shè)備的運行方式不能滿足電網(wǎng)運行的要求。目前對保護操作結(jié)果的正確性主要依靠人工核對，效率低下、錯漏風險較高。

文獻[2-6]研究了繼電保護定值的在線校核技術(shù)，所實現(xiàn)的校核規(guī)則相對單一，主要側(cè)重于單套保護定值的配合關(guān)系、定值靈敏度的校核。文獻[7，8]提到了繼電保護定值的在線對比技術(shù)，主要檢查保護裝置的運行定值與調(diào)度下達的定值單是否一致。目前關(guān)于保護操作校核方面的研究還比較少。本文研究的保護操作校核系統(tǒng)，利用電網(wǎng)的實時運行狀態(tài)和繼電保護的運行信息，根據(jù)既定的保護調(diào)整方案和操作規(guī)則，對運行操作中的保護操作結(jié)果進行校核，判斷調(diào)整后的保護運行方式是否滿足相關(guān)操作規(guī)則的要求，若不滿足要求，給出相關(guān)告警提示。保護操作校核的對象是繼電保護裝置的壓板、定值、定值區(qū)號、開入量等信息。由于保護裝置沒有統(tǒng)一信息規(guī)范，不同廠家不同原理的保護裝置信息差異很大，保護裝置的壓板、定值、開入量的種類和描述各不相同，程序無法從保護信息的描述上自動識別出具體含義，這給建立通用的保護操作規(guī)則庫帶來了一定的困難。

1 通用保護模型

文獻[9]中提出了一種基于IEC 61970公共信息模型[10](CIM)擴展的通用保護模型，該模型從保護原理出發(fā)，屏蔽各廠家保護設(shè)備的差異，同時又能夠完整表達實際電網(wǎng)中保護裝置的各種定值、壓板、開入量等信息。根據(jù)保護操作校核系統(tǒng)的應(yīng)用需要，本文使用了部分通用保護模型，如圖1所示。該模型由3個部分組成： 保護裝置類、保護裝置模型類以及通用保護模型類3個部分。保護裝置類表示各個具體的保護裝置對象，即保護裝置實例，通過導(dǎo)電設(shè)備來建立與一次設(shè)備之間多對多的關(guān)聯(lián)關(guān)系，每個保護裝置對象包含有多個保護定值、多個保護開入開出、多個保護壓板信號。保護裝置模型類按保護裝置類型描述了各保護裝置的模型，每一種實際保護裝置類型對應(yīng)了一個保護裝置模型對象，每個保護裝置模型對象包括有多個保護定值模型、多個保護開入開出模型、多個保護壓板模型。通用保護模型類是基于保護原理，對保護裝置模型的進一步抽象，對不同類型保護裝置進行語義和功能上的規(guī)范，每個通用保護模型對象包含有多個通用保護定值、多個通用保護開入開出、多個通用保護壓板?；谕ㄓ帽Ｗo模型建立保護操作規(guī)則庫，能夠適用不同型號不同廠家的保護裝置，使規(guī)則庫具有很強的通用性。

圖1 通用保護模型Fig.1 A general protection model

2 保護操作規(guī)則庫設(shè)計

保護操作規(guī)則庫存儲在不同電網(wǎng)方式下，與一次設(shè)備相關(guān)的繼電保護設(shè)備的運行方式，庫模式結(jié)構(gòu)[11]如圖2所示。圖2包含有一次設(shè)備運行態(tài)表(EquipState)、保護操作規(guī)則組表(RuleGroup)、保護操作子規(guī)則表(SubRule)。一次設(shè)備運行態(tài)表示電網(wǎng)的不同運行方式，一次設(shè)備的對象包括線路、母線、主變等。例如，對于220 kV線路，有“單側(cè)充電運行”、“旁路開關(guān)代本線路運行”等多個運行態(tài)，對于220 kV母線，有“母線互聯(lián)運行”、“母聯(lián)開關(guān)檢修”等多個運行態(tài)。一次設(shè)備運行態(tài)對象可以關(guān)聯(lián)多個保護操作規(guī)則組。 保護操作規(guī)則組是一組操作子規(guī)則的集合，每條操作子規(guī)則包含有相關(guān)設(shè)備、保護類型、保護套數(shù)、測點組、測點對象、狀態(tài)值等，對應(yīng)一條具體保護運行要求。子規(guī)則的相關(guān)設(shè)備字段指線路的“本側(cè)”或“對側(cè)”；保護類型可設(shè)為“線路保護”、“主變保護”、“母線保護”、“斷路器保護”等；保護套數(shù)可設(shè)為“主一保護”、“主二保護”等；測點組可設(shè)為“定值”、“硬壓板”、“開入量”、“定值區(qū)號”等；測點對象取自通用保護模型，可以是通用保護定值對象、通用保護開入開出對象、通用保護壓板對象；狀態(tài)值是測點對象的操作校核值，用該值與測點對象的當前實際狀態(tài)值進行對比。

圖2 保護操作校核規(guī)則庫Fig.2 Rule base of relay operation verification

通常電網(wǎng)中大部分一二次設(shè)備的操作是典型操作，但也有一些特殊的情況，其保護操作規(guī)則是特殊的、非典型的，保護操作規(guī)則組通過“是否為典型規(guī)則”字段來標識。一次設(shè)備默認關(guān)聯(lián)典型保護操作規(guī)則，如果使用非典型規(guī)則，則需要手動關(guān)聯(lián)。

3 保護操作校核系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

保護操作校核系統(tǒng)一般建立在電網(wǎng)調(diào)度端，是智能調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)的一個高級應(yīng)用功能。從保護操作校核系統(tǒng)實現(xiàn)的功能分析，該系統(tǒng)既需要從智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺獲取電網(wǎng)一次設(shè)備模型、電網(wǎng)實時狀態(tài)、電網(wǎng)圖形等信息[12，13]，還需要從二次設(shè)備在線監(jiān)視與分析模塊(簡稱保信應(yīng)用)獲取保護裝置的配置、保護裝置的實時運行信息、通用保護模型等信息[14，15]。保護操作校核系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 保護操作校核系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.3 System structure of relay operation verification

(1) 保護操作規(guī)則庫。根據(jù)電網(wǎng)繼電保護操作規(guī)程的要求，建立繼電保護操作規(guī)則庫，存儲與電網(wǎng)運行方式相關(guān)的一次設(shè)備運行態(tài)以及相關(guān)保護裝置的操作規(guī)則。

(2) 保護操作規(guī)則定義工具。提供界面，定義一次設(shè)備運行態(tài)以及相關(guān)保護裝置的操作規(guī)則。

(3) 一次設(shè)備運行態(tài)判別接口。利用電網(wǎng)的拓撲關(guān)系以及實時運行信息，判斷線路、變壓器、母線等設(shè)備的運行狀態(tài)。該模塊是一個動態(tài)庫接口模塊，輸入為一次設(shè)備ID，輸出為一次設(shè)備運行態(tài)。

(4) 保護操作校核服務(wù)進程。根據(jù)一次設(shè)備的運行狀態(tài)、保護操作規(guī)則、保護裝置的實時運行信息，對保護裝置的運行方式進行校核。

(5) 畫面在線展示。在電網(wǎng)潮流圖或廠站單線圖上，通過設(shè)備圖元的顏色決策，實時反映一次設(shè)備相關(guān)保護裝置的運行方式是否滿足保護操作規(guī)則要求。

3.2 一次設(shè)備運行態(tài)判別

本模塊根據(jù)電網(wǎng)的拓撲關(guān)系以及一次設(shè)備相關(guān)開關(guān)、刀閘的狀態(tài)，判斷線路、變壓器、母線等設(shè)備的運行狀態(tài)。以220 kV線路為例，說明一次設(shè)備運行態(tài)判別的方法。220 kV線路有正常運行、單側(cè)充電運行、旁路代運行等3種狀態(tài)，對于這3種運行狀態(tài)的判別，涉及到線路本側(cè)和對側(cè)開關(guān)、刀閘、旁路開關(guān)、旁路刀閘等設(shè)備狀態(tài)。

3.2.1 220 kV線路正常運行的判別條件

(1) 線路本側(cè)連接的開關(guān)狀態(tài)為合；

(2) 線路本側(cè)連接的開關(guān)兩側(cè)刀閘狀態(tài)為合；

(3) 線路本側(cè)連接的開關(guān)兩側(cè)地刀狀態(tài)為分；

(4) 線路對側(cè)連接的開關(guān)狀態(tài)為合；

(5) 線路對側(cè)連接的開關(guān)兩側(cè)刀閘狀態(tài)為合；

(6) 線路對側(cè)連接的開關(guān)兩側(cè)地刀狀態(tài)為分；

(7) 線路本側(cè)連接的旁路開關(guān)數(shù)量為0；

(8) 線路對側(cè)連接的旁路開關(guān)數(shù)量為0。

上述條件都滿足的情況下，該線路為正常運行。

3.2.2 220 kV線路單側(cè)充電運行的判別條件

線路本側(cè)連接的開關(guān)狀態(tài)為分。其余判別條件等同于正常運行的判別條件(2)至(8)。上述條件都滿足的情況下，該線路為單側(cè)充電運行。

3.2.3 220 kV線路旁路代的判別條件

(1) 線路本側(cè)連接的開關(guān)狀態(tài)為分；

(2) 線路本側(cè)連接的開關(guān)兩側(cè)刀閘狀態(tài)為分；

(3) 線路本側(cè)連接的開關(guān)兩側(cè)地刀狀態(tài)為合；

(4) 線路對側(cè)連接的開關(guān)狀態(tài)為合；

(5) 線路對側(cè)連接的開關(guān)兩側(cè)刀閘狀態(tài)為合；

(6) 線路對側(cè)連接的開關(guān)兩側(cè)地刀狀態(tài)為分；

(7) 線路本側(cè)連接的旁路開關(guān)數(shù)量為1；

(8) 線路對側(cè)連接的旁路開關(guān)數(shù)量為0；

(9) 線路本側(cè)連接的旁路開關(guān)狀態(tài)為合；

(10) 線路本側(cè)連接的旁路開關(guān)兩端刀閘狀態(tài)為合。

上述條件都滿足的情況下，該線路為旁路開關(guān)代本線路運行。

在系統(tǒng)實現(xiàn)時，將每一個設(shè)備運行態(tài)的判別規(guī)則定義成一個邏輯公式，公式的每個計算因子對應(yīng)一個判斷條件，因子與因子間邏輯“與”的關(guān)系。所有的邏輯公式存儲在實時數(shù)據(jù)庫中，組成判別規(guī)則庫。在設(shè)備運行態(tài)判別時，首先要進行拓撲分析，找出一次設(shè)備相關(guān)的開關(guān)、刀閘、旁路開關(guān)、旁路刀閘等設(shè)備對象，并獲取上述設(shè)備對象的分合狀態(tài)；其次從判別規(guī)則庫中找出與該一次設(shè)備相關(guān)的邏輯公式，逐個進行計算，當某個公式計算結(jié)果為真時，即可得到該一次設(shè)備的運行狀態(tài)。

3.3 保護操作校核服務(wù)進程

操作校核服務(wù)進程是一個常駐進程，它遍歷系統(tǒng)中所有的一次設(shè)備，并不斷重復(fù)如下操作，直到程序退出運行。

(1) 從電網(wǎng)模型中依次取出一次設(shè)備對象，根據(jù)保信應(yīng)用中的一二次設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系，得到該一次設(shè)備相關(guān)聯(lián)的保護裝置列表。

(2) 調(diào)用一次設(shè)備運行態(tài)判別模塊獲得該一次設(shè)備運行狀態(tài)。

(3) 根據(jù)電壓等級、一次設(shè)備類型和運行態(tài)，從保護操作規(guī)則庫中搜索出匹配的操作規(guī)則組。

(4) 從操作規(guī)則組依次取出操作子規(guī)則，先根據(jù)子規(guī)則的“保護類型”、“第幾套保護”屬性從一次設(shè)備相關(guān)聯(lián)的保護裝置列表中搜索匹配的保護裝置，再根據(jù)通用保護模型和子規(guī)則中的保護測點，搜索匹配的保護裝置測點對象。

(5) 從保信應(yīng)用中獲取保護裝置的實時狀態(tài)，將保護裝置測點實時值與子規(guī)則的目標狀態(tài)進行比對。若不一致，則對該一次設(shè)備設(shè)置“校核不通過”的標志，將操作校核結(jié)果寫入實時庫中并發(fā)送告警事件，執(zhí)行操作(7)。若一致，則重復(fù)執(zhí)行操作(4)至 (5)，直到所有子規(guī)則都校核完成。

(6) 若所有子規(guī)則條件都滿足，則對該一次設(shè)備設(shè)置“校核通過”的標志，該一次設(shè)備校核結(jié)束。

(7) 進入下一個一次設(shè)備的校核, 重復(fù)執(zhí)行操作(1)至(6)。

4 功能測試

本文的保護操作校核系統(tǒng)是基于PCS-9000智能調(diào)度支持系統(tǒng)實現(xiàn)的。PCS-9000平臺集成了EMS、保信等應(yīng)用功能，為保護操作校核系統(tǒng)提供了模型和數(shù)據(jù)的支撐。以某220 kV測試線路轉(zhuǎn)旁路代運行為例[16，17]，對系統(tǒng)的各項功能進行了測試。220 kV測試線路連接A站、B站，A站、B站均為雙母線帶旁路母線接線方式，兩側(cè)保護配置相同，主一保護為光纖差動保護RCS-931BM，主二保護為高頻距離保護RCS-902CB，旁路保護為高頻距離保護RCS-902CB，旁路斷路器保護為RCS-923A。首先利用工具對線路旁路代運行的保護操作規(guī)則進行了定義，具體如表1所示。其次在A站的廠站圖上通過人工置數(shù)的方式分合開關(guān)、刀閘，模擬220 kV測試線路轉(zhuǎn)旁路代運行,在保信應(yīng)用的實時庫中對各套保護裝置的壓板狀態(tài)、運行定值區(qū)號進行了人工設(shè)置,模擬保護操作。最后,保護操作校核服務(wù)進程進行校核，校核結(jié)果顯示在A站的廠站圖上，雙擊220 kV測試線路圖元，可查看詳細的校核信息，如表2所示。

表1 220 kV線路轉(zhuǎn)旁代保護操作規(guī)則Table 1 Relay operation rule during by-pass substitution operation in 220 kV transmission line

表2 220 kV線路轉(zhuǎn)旁代保護操作校核結(jié)果Table 2 Relay operation verification during by-pass substitution operation in 220 kV transmission line

上述列舉了220 kV線路轉(zhuǎn)旁路代運行時保護操作校核的測試方法,對于其他電壓等級不同運行方式也采用類似方法進行了測試,不再一一敘述。

5 結(jié)語

本文對保護操作校核系統(tǒng)進行了初步的研究和實現(xiàn)，基于通用保護模型建立保護操作規(guī)則庫，在電網(wǎng)運行方式發(fā)生變化時，實時校核繼電保護操作結(jié)果是否滿足電網(wǎng)運行方式的要求，提升繼電保護操作的效率和安全性。在實際應(yīng)用時，還存在一些難題有待進一步解決，比如電網(wǎng)的有些運行方式不僅與一次設(shè)備有關(guān)，還涉及二次設(shè)備的運行方式，比如220 kV母線的所有母差保護或所有失靈保護長時退出的運行方式，所以一次設(shè)備運行態(tài)判別還要增加對二次設(shè)備運行方式的判斷。還有些特殊的保護操作規(guī)則無法用規(guī)則庫描述，如220 kV線路旁路代運行時，需校核旁路保護的重合閘方式與本線路的重合閘正常投退方式一致，保護操作規(guī)則庫有待進一步完善。

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祁 忠

祁 忠 (1977 —)，男，江蘇張家港人，高級工程師，從事繼電保護信息管理系統(tǒng)、安全穩(wěn)定控制管理系統(tǒng)、智能站運維系統(tǒng)的研究和開發(fā)工作;

華煌圣(1984 —)，男，江西贛州人，工程師，從事電力調(diào)度與繼電保護專業(yè)相關(guān)工作；

董傳燕 (1987 —)，男，山東濟南人，工程師，從事安全穩(wěn)定控制管理系統(tǒng)、智能站運維系統(tǒng)的研究和開發(fā)工作；

毛建維(1983 —)，男，甘肅慶陽人，工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度自動化的研究開發(fā)工作；

張海寧(1977 —)，男，陜西旬邑人，高級工程師，從事調(diào)度自動化研究開發(fā)工作。

(編輯 徐林菊)

Research of Relay Operation Verification Based on General Protection Model

QI Zhong1, HUA Huangsheng2, DONG chuanyan1, MAO Jianwei1, ZHANG Haining1

(1. NR Electric Co. Ltd., Nanjing 211102, China; 2. Guangzhou Power Supply Bureau,Guangzhou 510620,China)

When the power grid operation mode is changed, the relay operation mode should be adjusted synchronously, otherwise the relay may malfunction or reject action. The relay operation rule base design based on general protection model is proposed. The structure and function module of relay operation verification system are analyzed. The implementation of key modules such as equipment operation state identification and relay operation verification process is elaborated. The system test result is introduced. Using the power grid real-time operation status and relay operation information, the system verifies the relay operation results and determines whether the adjusted relay operation mode meets the requirements of power grid operation.

general protection model; relay operation verification; rule base; intelligent dispatching; power grid operation mode

2017-01-02；

2017-03-05

TM734

A

2096-3203(2017)03-0071-05