電力系統繼電保護遠程分布式信息管理系統的設計

郭駿輝 黃柯華 盧嬋嬋

（1.華北理工大學 河北省唐山市 063000 2.黃河交通學院 河南省焦作市 454000）

互聯網時代是一個信息爆炸式增長的時代，各行業都產生了大量的信息，電力行業也不例外，面對如此龐大的信息，要融合信息技術、大數據技術等先進的技術，開發對應的信息管理系統來存儲、分析、處理電力信息以輔助相關人員管理及決策。本系統可通過遠程訪問服務器的方式實現上下層之間、同層相同職能部門的通信，從而實現信息的傳遞。

1 繼電保護遠程分布式信息管理系統相關

1.1 Web

Internet 又稱互聯網，由世界各地計算機遵循一定的協議連接而成，其資源種類豐富，包含了萬維網、FTP、電子郵件、Gopher 及新聞組等多種資源。其中Web（萬維網）是Internet 的最重要的組成部分[1]，因其功能強大、瀏覽方便，成為了普遍應用的信息傳播方式。Web 創建之初，其創建者也僅是想通過網絡系統與其他學者互相交流思想，由于Web 是基于統一資源定位符（URL）和客戶機/服務器模式，使之不容易受平臺影響，因此Web 得以廣泛應用并沿用至今。

1.2 Web開發

Web 開發是指開發一個新的Web 站點，訪問原理是Web 站點聚合了大量特定的信息，這些信息保存在若干Web 頁面上，當用戶通過瀏覽器發出請求指令訪問服務器上Web 站點的資源時，服務器響處理數據生成對應頁面并響應用戶請求[2]。Web 的客戶/服務器框架如圖1。

圖1：客戶/服務器框架

Web 頁面由HTML 靜態頁面和動態頁面兩種頁面組成，其中動態頁面的開發語言有多種，最常應用的是ASP。ASP 是基于服務器的開發環境，它的命令和腳本語言經由服務器解釋執行后生成動態Web 頁面，它能通過特殊對象集合（如：ADO）訪問各種數據庫[3]，這是ASP 可以實現動態頁面的主要原因。本文開發的信息管理系統也是基于ASP 的這一特點從而實現動態訪問數據庫。

1.3 分布式信息管理系統

隨著信息技術的迅猛發展，我們已經進入了信息時代，隨之也帶動了電力行業向信息化方向發展。目前，電力行業已經開始運用各種信息技術發展的成果，如電力系統能量管理系統（EMS）、調度自動化系統等。加之信息技術和網絡技術日新月異，21 世紀的今天各電廠和變電站的繼電保護也從過去的機械的、封閉和分散向主動的、開放和集中方向轉變，使得繼電保護的管理更加靈活方便。

此外，隨著居民生活水平的提升，用電需求日益劇增，電網規模越來越大、結構愈加復雜，這對電網繼電保護提出了更高的要求，傳統的統計、分析并處理電網結構、運行情況和故障情況等的方式效率低下，已經完全不能滿足現在電網的需要，因此，開發基于Web 的繼電保護信息管理系統有著重要意義。目前，國內投入使用的幾個繼電保護信息管理系統都是局域網或單機系統，一定程度上還存在很大的局限性，由于繼電保護的管理工作多涉及同層或上下層部門的交流和協調溝通，然而局域網之間不相通、不兼容，在這種背景下，決定設計基于Web 的電力系統繼電保護遠程分布式信息管理系統。

1.4 繼電保護信息管理系統

繼電保護信息管理系統主要由定值管理、文檔管理及圖紙管理三部分組成，其數據來源主要是數據源、變電站的微機以及管理端。在日常的電網管理中，繼電保護信息管理系統分析、判斷問題并對問題進行相應處理，統計數據并分類，借助網絡向用戶提供對應的數據，進行數據交換，實現資源共享。

主站系統的兩大組成部分是數據通訊服務器和Web服務器[4]。主站系統端主要處理數據和信息，以確保通信流通；子站系統借助網絡可以和檢測裝置、保護裝置及主站實現通訊，能夠查看數據庫信息并進行數據交換，同時子站可以執行主站發出的命令。

該管理系統具有以下特點：

（1）適用性較強，系統分析數據更加準確，通過數據交換和流通實現資源共享，使相關管理人員在管理數據時更加方便高效。

（2）可靠性較高，系統用中心數據庫管理信息和數據，即使工作站出現問題，不會對數據庫及存儲的數據造成影響。

（3）具有開放性，系統與網絡相連，有豐富的數據源，便于信息更新；可以監控設備運行，檢查并對比多項參數，當發現異常數據時，可采取相應措施，之后可將參數信息、異常情況及相應措施進行存儲并分析，以便再次發生故障時調用數據庫中資料快速處理問題；對子站的處理信息可形成數據并存儲，通過遠程管理完成各個環節的控制以確保電力系統穩定安全運行。

2 Web繼電保護遠程分布式信息管理系統設計原則

Web 繼電保護遠程分布式信息管理系統有數據庫、應用軟件、計算機網絡及維修人員四個主要部分，在對該信息管理系統進行設計時，要遵循以下原則[5]：

（1）通用性和實用性。管理系統要遵守電力行業相關的標準和規范，要功能相對完善、交互界面友好、有較好的性能和可靠性。

（2）主流行和先進性。系統要符合時代發展的需要，要有一定的超前性，使用先進的計算機技術、網絡技術及信息技術，以確保系統有較長的壽命和使用周期。

（3）安全性和可靠性。這是每一個軟件系統的基本要求，在系統設計之初，就要確保使用的軟件、數據庫及硬件具有高可靠性。系統應該有較強的容錯能力，即使有故障發生，也要有相應有效的解決辦法，同時需要一定的保密制度和合理的權限設置以保證數據庫數據的安全性。

（4）一定的可擴展性。信息化時代下的系統要有較強的靈活性，以實現未來隨時縮減或增加功能；可根據實際情況自定義配置系統參數，提高資源利用率，發揮系統最大的效用；軟件也要具備一定的可擴展性，可靈活調整以使整體結構更合理。

3 Web繼電保護遠程分布式信息管理系統設計

3.1 保護分析

3.1.1 變壓器保護

變壓器保護的基本原理是比較被保護變壓器各端的相位和電流幅值[6]，通常有電流速斷、縱差保護、過負荷保護、零序電流保護、瓦斯保護、過勵磁保護及其他保護方式。

3.1.2 線路保護

一般對線路采取的保護有過電流保護、限時電流速斷保護、電流速斷保護、高頻保護、距離保護、自動重合閘及低壓閉鎖限時電流保護等。

3.1.3 母線保護

母線保護有專門母線保護和非專門母線保護兩種。當母線發生故障，斷開跟母線相連的全部設備使母線退出，這種保護方式是非專門母線保護；通過供電元件的保護裝置除去故障屬于專門母線保護，通常這種方式的時間較長。

3.1.4 電容器保護

電容器保護通常情況下采用過壓保護、零序電壓保護、過電流保護以及各種原因引起的線路低壓保護等。

3.2 結構設計

由于繼電保護會涉及各縣局職能部門、廠站，設計基于Web 的繼電保護遠程分布式信息管理系統，該系統由Web 端構建，各部門之間在需要相應信息資源時只要遠程訪問服務器即可，足以滿足當下的管理需要。由于該系統用于結構復雜、規模較大的電力系統，因此管理系統要選擇高可靠和高性能的操作系統，Windows NT 在內部設置安全機制，可對不同用戶設置不同訪問權限，同時可處理多個任務，支持對稱多處理機，滿了高可靠和高性能的要求。

數據庫選用的是MS SQL Server，該數據庫易集成、伸縮性強、使用簡單，可直接與Windows NT 系統集成[7]，利于發揮Windows NT 的管理效用。為了統一數據庫結構，將MS SQL Server 數據庫放在上層調度口，這種方式也可利用不同的權限設置方式、瀏覽方式及通信方式等，實現對不同職能部門的維護和管理。

3.3 數據庫設計

通過上述分析，明確了電力系統繼電保護遠程分布式信息管理系統的基本內容，在此基礎上設計了數據庫，建立了以下表：母線保護表、保護接線圖來表、分變電站各元件保護表、線路保護表、變壓器保護表、變電站名表、電容器保護表以及全局各種保護總表等。其中變電站名表的結構見表1。

表1：變電站名表

主要表之間的具體關聯關系見圖2。

圖2：主要表的關聯關系

考慮到電力系統規模大、結構復雜，因此選用了SQL Server 數據庫，該數據庫特別適合建立大型數據庫，且在安全、速度和并發上具有優勢。

4 系統實現技術

該Web 信息管理系統通過RDS、ASP/ADO 技術和數據庫相連，這種方式效率高、操作簡單、容易實現。ASP 是一種動態網頁技術，它接受來自用戶（客戶端）的資源請求，在服務器端進行分析處理，并及時響應以網頁的形式反饋結果，從而實現信息傳遞。ADO 是一組編程接口，開發人員可利用這種技術在通用平臺上開發新數據庫[8]。每一次請求/響應過程服務器都要處理客戶端的任務，同時頻繁訪問和查詢數據會長時間占據傳輸通道，從而降低工作人員的效率；另外，數據是在網頁呈現的，這極不利于相關工作人員對數據的處理。

RDS 由微軟公司開發，是一種新數據處理技術。它的原理是客戶端可將需要的數據從服務器端下載到本地，在本地客戶端進行數據處理，方便了工作人員采集和處理數據；同時減少了對服務器的訪問次數，釋放了傳輸通道，一定程度上減輕了服務器的壓力，提高工作效率。與此同時，繼電保護信息管理系統運用這一技術還有一大優勢是，對于不同的客戶端，每個客戶端只對自己的數據有權限，即只可以編輯和修改自己的數據，對于其他用戶的數據只能查看，不能編輯和修改，這最大限度的保證了信息管理系統的數據安全。

由于下層用戶對數據的操作不僅僅是查詢，還有頻繁的編輯和修改，因此在下層考慮先使用RDS 系統，另外，本系統還采用了ActiveX 技術以輔助使用者生成報表和管理圖檔，使客戶端的功能更加完善。

5 Web繼電保護遠程分布式信息管理系統組成

通過一定的調研和上述分析，Web 繼電保護遠程分布式信息管理系統分為八大功能模塊，每個大的功能模塊下又分多個子模塊。該管理系統的八個功能模塊分別是：

5.1 機構及設備管理模塊

該模塊涉及的設備有變壓器、線路、發電機等一級設備，安全自動裝置、保護裝置等二級設備以及辦公設備、工作儀器儀表等附屬設備。這個模塊的主要功能是對這些設備及設備的基本信息和數據進行管理和維護且這部分數據一般不發生改變。

5.2 運行管理模塊

該模塊的主要功能是管理系統在管理和運行過程中產生的數據，這些數據具有一定的借鑒作用且存在著很大的潛在價值，通常長期存儲在歷史庫中，當需要時通過檢索來查找和調出。這些數據主要是：二次設備的處理過程、使用和退出原因等；二次設備的安全處理或操作步驟等；設備發生故障的記錄及相應的分析報告等。

5.3 統計分析管理模塊

該模塊的主要功能是統計系統在運行過程中發生的故障并對這些故障進行分析處理，而后生成相應報表并保存。主要有：安全自動裝置、保護裝置的運行率、誤動率、運行率及正確率統計；安全自動裝置、保護裝置因缺陷不能進行正確動作的具體情況及缺陷原因和相應的處理措施。

5.4 反措和計劃管理模塊

該模塊的主要功能是記錄和整理發生缺陷或事故后進行的反事故措施文件、計劃及計劃的執行情況等。主要包括：反措文件及任務內容、任務執行和完成情況；大修技術改進及計劃安排等。

5.5 圖檔管理

圖檔管理將工程繪圖系統中的工程圖按照一定規則分類，方便后續圖紙的查找或是修改、編輯。

5.6 培訓管理

培訓管理主要用來記錄技術試題庫、具體案例、專業技術法規以及培訓記錄等。

5.7 技術交流管理

技術交流管理用來記錄技術交流過程及過程中提出的問題、改進建議及合理化的措施等。

5.8 事務管理

事務管理包含人事管理、文件管理。

6 總結

本文設計的遠程分布式信息管理系統具有開放性，一定程度上減輕了相關管理人員的負擔，提高了工作效率。如今，分布式信息管理系統已經成為近年來的研究重點，Web 繼電保護分布式信息管理系統是其中一個重要研究方向，目前仍有很多亟需研究和解決的問題，期望更多的學者加大對這方面的研究和相關應用的研究，以期Web 繼電保護分布式信息管理系統能夠盡早大范圍投入使用，為電力系統的安全穩定可靠運行提供保障。