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1、2 0 0 6 年第2 1 卷第2 期(总第7 5 期)电力学报J O U R N A LO FE L E C T R I CP O W E RV o I 2 1N o 22 0 0 6(S u m 7 5)文章编号：1 0 0 5 6 5 4 8(2 0 0 6)0 2 0 2 0 5 0 3嵌入式L i n u x 操作系统在电网继电保护故障信息管理系统中的应用。闫江海(运城供电分公司，山西运城0 4 4 0 0 0)A p p l i c a t i o no fI n s e r t e dL i n u xS y s t e mi nF a u l tI n f o r m a t
2、i o nM a n a g e m e n tS y s t e mo fR e l a yP r o t e c t i o nY A NJ i a n g h a i(Y u n c h e n gP o w e rS u p p l yS u b C o m p a n y，Y u n c h e n g0 4 4 0 0 0，C h i n a)摘要i结合已在山西运城2 2 0k V 龙门站投运的故障信息管理系统，介绍了其设计技术、硬件构成和功能，对系统的实施情况进行了分析。关键词：继电保护；嵌入式L i n u)【操作系统；信息管理系统中图分类号：T M 7 7 4文献标识码：BA
3、 b s t r a c t：T a k i n gf o re x a m p l et h ef a u l ti n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mt h a th a sr u ni n2 0 0 k VL o n g m e ns u b s t a t i o no fY u n c h e n g，S h a n x ip r o v i n c e，t h ep a p e ri n t r o d u c e st h et e c h n o l o g yo fd e s i g n，s t r u c t
4、u r eo fh a r d w a r ea n df u n c t i o no ft h es y s t e mo fr e l a yp r o t e c t i o n，a n da n a l y s e st h es t a t u si np r a c t i c e I th a sm u c hp r a c t i c a la n dr e f e r e n c ev a l u e K e yW o r d s：r e l a yp r o t e c t i o n；e m b e d d e dl i n u xs y s t e m；i n f o
5、 r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m电网继电保护故障信息管理系统F I S(F a u l tI n f o r m a t i o nM a n a g e m e n tS y s t e m)的功能是：保护、故障录波器等二次设备的管理；二次设备的运行工况监视管理；二次设备所记录的电网异常或故障信息的综合有效管理；二次装置的动作值整定计算；二次装置的动作行为分析评价。根据电力系统本身的结构特点，F I S 一般采用分层的系统结构，包括3 层：电网继电保护故障信息管理中心主站(或分站)系统；置于变电站内的继电保护故障信息管理子站系统(简称P
6、 R F I S)；继电保护、微机故障录波器等其它智能化设备。由于现场运行的继电保护、微机故障录波器等二次装置的型号和厂家多种多样，所以整个F I S 实施成功的关键，就在于P R F I S 是否能够具备合理的结构和完善的功能。1 嵌入式L i n u x 操作系统简介嵌入式系统被定义为：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统，对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式操作系统是支持嵌入式系统应用的操作系统软件，通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等。与通用操作系统相比较，嵌入式操作系统在系统
7、实时高效性、硬件的依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有突出的特点。它能大大提高嵌入式系统开发的效率，改变以往嵌入式软件设计只能针对具体的应用从头做起的弊病。L i n u X 内核小、效率高、源代码开放，作为自由软件，与嵌入式系统的结合，正日益被人们看好。L i n u x 自身具备一整套工具链，容易自行建立嵌入式系统的开发环境和交叉运行环境，还可跨越嵌入式系统开发中的仿真工具(I C E)的障碍。+收稿日期：2 0 0 5 1 1 0 2修回日期：2 0 0 6 0 3 1 1作者简介：闫江海(1 9 6 5 一)，男，山西运城人，高级工程师，电气自动化。万方数据电力学报2 0 0
8、6 年强大的网络支持使其能利用L i n u X 的网络协议栈将其开发成为嵌入式的T C P I P 网络协议栈。对L i n u x 的1 个通常观点是，它因太大而不宜用作嵌入式系统。但实际上可通过配置内核、裁剪s h e l l 和嵌人式c 库对系统定制，使整个系统能够存放到容量较小的F l a s h 中。L i n u X 的动态模块加载使L i n u x 的裁剪极为方便，高度模块化的部件使添加非常容易。其它嵌入式系统如q n x，v x w o r k s 等，总的来说不如L i n u X 灵活，现在的趋势是保持灵活性和总体目标功能、尽量少做修改。由于L i n u)【具有免费、
9、源代码开放、支持多种C P U 等优点，使用L i n u x 作为底层操作系统，对它进行裁减和定制，并在其基础上搭建嵌人式系统平台，成为日益流行的嵌入式操作系统的解决方案。2 基于嵌入式L i n u x 的F I S 子站设计P R F I S 的目的就是采集变电站、电厂等站内的继电保护、故障录波器及其它安全自动装置的运行信息或故障信息，为电网故障和保护信息处理提供完整解决方案。所以先要为数据处理器选择1 个好的操作系统。P R F I S 要求运行可靠，能耗低，不需要散热风扇，能保证每天2 4h，每周7d 的不间断工作。而嵌入式L i n u X 操作系统正如上所述，具有功能强大、体积小
10、、能耗低、不需要散热风扇，稳定性强，采用电子盘、上电自动快速启动等特点。两者结合能充分发挥嵌入式L i n u X 操作系统的特点，满足实际工作对F I S 子站的要求。基于嵌入式L i n u x 操作系统的P R F I S，以下简称为E F I S。2 1E F I S 系统软件设计E F I S 的软件系统(见图1)由2 大部分组成：前端服务程序和后台处理程序。；月鼹务端图1E-F I S 系统组成一概览2 1 1 前端服务程序是运行在E F I S 主机中的，为E F I S 系统提供各种服务和功能的可执行文件，主要由2 部分组成：E F I S 程序；操作系统提供的服务。因E F
11、I S 主机操作系统选用嵌入式L i n u x 操作系统，故服务器程序的运行环境为L i n u x。E F I S 服务器端的组成及基本数据流向示于图2。2 1 2 后台处理程序任务是维护系统运行参数，将服务端程序收集的信息以图形、声音等方式显示出来。它由建模软件和监控软件2 个部分组成。图2 工作原理一服务端2 1 2 1 建模软件由于E F I S 系统运行用到的数据配置十分复杂，手工维护很容易出错，为保证E F I S 系统能正确运行，简化数据维护的复杂性，提供了建模程序，用程序将数据库复杂的逻辑关系封装起来，力图做到配置数据的简单化和傻瓜化。a 通过本程序，既可配置本地的E F I
12、 S 系统，又可配置远程E F I S 系统数据，因此修改E F I S系统运行参数无须远赴现场，具有运程维护能力。b 通过本程序，可方便地配置E F I S 系统用户、规约模块、串口和以太网口参数、一次设备保护录波器等的参数、G P S 格式，以及历史库的维护等，具有良好的系统开放性。c 通过本程序连接某个站的E F I S 系统时，需要接受该站点E F I S 系统的权限认证，它会根据不同的用户名密码开放相应的维护权限，具有缜密的系统安全性。d 本程序提供友好的人机交互界面，上手容易，提供丰富的键盘快捷方式，只需通过简单培训，用户便可自行配置E F I S 系统的运行参数。e 用户管理灵活
13、、方便，采用“用户一组”的模式，通过设置组的功能权利达到修改用户权限的目的，还可方便地实现用户和组的增、删、改。2 1 2 2 后台监控监控程序通过显示建模软件绘制的画面文件，并与E F I S 服务端程序进行通讯，实时显示当前各种故障信息，并提供控制保护设备的多种方法。具体是：可提供与多个子站连接的功能，该 万方数据第2 期闽江海：嵌入式L i n u x 操作系统在电网继电保护故障信息管理系统中的应用2 0 7程序虽为子站客户端程序，但通过连接配置能实现保护集控站的功能；完善的用户权限管理、完整的用户操作记录和保护信息显示；多种告警方式；画面的任意放大和导航；信息显示的完整性；与波形分析程
14、序(E W a v e)有机的结合。2 2F I S 系统硬件设计2 2 1 系统硬件的组成E F I S 主机装置为3 U 高度，可直接安装在1 9英寸的标准机柜中(见表1)。表1E E I S 主机硬件配置序号项目备注1C P U 主频3 0 0M 陀(功耗小)2内存1 2 8M3电子盘2 5 6M4硬盘2 0G5以太网口双1 0 1 0 0 M 自适应网卡可直接接人北京四方公司的基于I o n 网通6L o n 网卡讯方式的保护设备共1 8 个串口，其中2 个支持R S 一2 3 2(D B 9 针式)，4 个支持R S 一2 3 2 4 8 5 4 2 27串口(对4 5)自适应，1
15、2 个支持R S 一2 3 2(埘4 5)8U S B 接口2 个(可扩充为串口或以太网口)可通过其它的配置扩展装置对整个系统9扩展性进行扩展2 2 2 系统容量站内设备接人数目：保护1 2 8 个，录波器6台；连接调度中心数目：3 个；连接其它系统数目：3 个；终端挂接数目：1 0 台，可通过局域网、广域网和拨号方式连接；数据保存年限：5 年。保存数据的内容有操作日志、保护动作事件、保护告警事件、录波器事件及其录波数据、保护录波数据等。保存数据总容量可达2 0G，并可扩充。2 3系统特点(见表2)3 工程实施3 1 龙门变电站规模龙门站共有2 2 0k V 主变3 台，2 2 0k V 出线
16、8回，旁路开关1 个；1 1 0k V 出线9 回，旁路开关1个。2 2 0k V 及1 1 0k V 母线均为双母带旁母。3 2 工程实施情况该站采用了南京移腾电力技术有限公司的E F I S 嵌入式电网故障信息管理系统子站，接入的保护装置接口和通讯规约配置见表3。表2 系统特点基于W i n d o w s 的功能E F I SF I S 子站系统需要安装防病毒软防病毒具有天然的免疫能力件，同时要不停对防病毒软件进行升级安全性高高系统运行高。采用了多种防护措施，保一般和稳定性证了软件系统永远不会死机系统运行前端服务程序基于字符界面，需要很高主频的的效率运行效率高C P U功耗 1 5 0
17、W远程可在电话拨呈的低速率下进可在高速率的情况升级行下进行远程调试支持有难度操作的后台建模和监控程序基于操作方便方便性W i n d o w s 系统，操作方便L i n u x 为自由软件，无版权纠操作系统、数据库均版权问题纷需要购买版权表3E F I S 子站接入的保护装置接口和通讯规约配置保护型号保护类型硬件接口方式W X H 一8 0 2线路保护以太网网桥方式许继1 0 3W D u(一8 6 4断路器保护以太网网桥方式许继1 0 3R C S 9 3 1线路保护以太网南瑞网络1 0 3P S L 一6 0 3线路保护以太网南自1 0 3R c s 一9 1 5母线保护4 8 5南瑞1
18、 0 3P S L 一6 3 1 A断路器保护以太网南自1 0 3P S L 一6 0 2线路保护以太网南自1 0 3W B H 一8 0 1变压器保护以太网网桥方式许继1 0 3W B H 一8 1 3变压器保护以太网许继1 0 3W B H 一8 1 4变压器保护以太网许继1 0 3R C S 一9 7 8变压器保护4 8 5南瑞串口1 0 3R C S 一9 7 4变压器保护4 8 5南瑞1 0 3P S T 1 2 0 0变压器保护以太网南自1 0 3Y S 8 A故障录波器2 3 2Y S 一8 A 规约Z H 一2故障录波器以太网Z H 一2 规约U 3 DV 2 0 0 0 r
19、一8 A故障录波器网口U l D 规约3 3 运行情况该系统于2 0 0 5 年1 月投运，该系统目前接人了龙门站已投运的所有保护与录波器，包括南瑞、南自、许继、四方等厂家的保护及银山、中元、浪拜迪等厂家的录波器。该系统在监控室装有1 台监控终端，同年4 月，通过路由器与接入山西调通中心F I S 主站和运城供电分公司F I S 分站，系统运行稳定、可靠，达到了当初的设计要求。(下转第2 0 9 页)万方数据第2 期邹柒华：差动保护比率制动三折线特性曲线的现场测试方法2 0 9制动电流也随之增大，使继电器的动作电流也相应增大，从而有效地防止了变压器区外故障发生时差动保护误动作，制动特性曲线见图
20、1。圈l 制动特性曲线由图1 可知，比率制动式差动继电器能可靠地躲过外部故障时的不平衡电流，能有效地防止变压器区外故障发生时保护误动作，因此，差动保护的制动特性曲线的精确性就成了决定保护装置正确动作的关键，故制动特性曲线的测试也就成为整套保护装置的调试重点。2 三折线式特性曲线国电南自的P S T l 2 0 0 数字式变压器保护装置的比率制动特性曲线如图2，制动电流j z d d 匕时，制动系数为0，制动电流k J z d d 3 J z d 时，制动系数为7 0。这种曲线比传统的二折线式曲线灵敏度更高，选择性更好。图2 三折线式特性曲线其动作判据为：j e d d I o a；J z d
21、d I,a；或3 I z d I z d d Jz d；I c&t I c d K 1(I z d d I z d)；或I 枷 3 J z d；J c d d I o d K 1 2 I,a K 2(J z d d 一3 I,a)其中：J o d d 为变压器差动电流；J 删为变压器差动保护制动电流；I c d 为差动保护电流定值；J z d 为差动保护比率制动拐点电流定值，软件设定为高压侧额定电流值；K 1、K 2 为比率制动的制动系数，软件设定为K】=0 5，K 2=0 7。3 制动特性曲线的测试方法常规保护测试制动特性曲线是在差动绕组与制动绕组分别通过动作电流和制动电流，通常是在高压侧和
22、低压侧模拟区外故障通入电流测试，固定不同的低压侧电流，调整高压侧电流，使保护动作，计算动作电流和制动电流来绘出折线与整定的斜率比较是否相符。三折线式特性曲线的拐点由制动电流决定，制动电流在J z d 和3 匕时为制动曲线的拐点。P S T l 2 0 0 的比率制动拐点电流软件设定为高压侧额定电流值，因此在试验时，应该固定高压侧电流，调整中压侧电流来测得动作电流，通过最少在4 个制动电流下测得的动作电流来检验曲线的斜率。测试时，分别在高、中压侧通入相位相反的电流珀、J M，J H 相角为1 8 0。，J M 相角为0。，减少中压的电流j M，使差动动作。差动电流：l e d=j H+j M制动
23、电流：匕=m a x(j H，j M)分别取4 个点：I z d,2 1 小3 1 小4 1 z d，测出动作时k 值，得到I o d 值，则：K 1=J c d 2 一J c d l 工z d 2 一j z d l；K z=J 豳一J c d 3 J z d 4 一j z d 3。计算出制动系数K 1、K 2与装置整定值相符。以上介绍的测试方法只考虑了变压器接线绕组为Y，y o，电流互感器变比的电流补偿系数为1 的情况。但在现场工作中，可能会碰到变压器接线绕组为Y、，电流互感器变比的电流补偿系数不为1的情况，这时，需要考虑其他补偿系数的影响。4 结束语经过笔者在现场对P S T l 2 0
24、0 变压器微机保护的制动系数的测试，发现此方法简单易行，精确度高，值得向大家推广。参考文献i 1 山东电力调度中心微机变压器保护现场检验规程 M 北京：中国水利水电出版社，2 0 0 5：8 5 9 5 责任编辑：王琨(-：接J g2 0 7 页)运行过程中，曾出现过几次因某个保护厂家的通信转接设备的配合问题而需调整运行参数，技术人员经授权后，通过远程拨号便进行了更新，解决了相应问题。参考文献：1 郑敏，黄华林，吕鹏等故障录波数据通用分析与管理软件的设计 J 电网技术，2 0 0 1(2)2 赵自刚，黄华林，赵春雷等继电保护运行与故障信息自动化管理系统 J 电力系统自动化，1 9 9 9 1
25、9 责任编辑：王琨 万方数据嵌入式Linux操作系统在电网继电保护故障信息管理系统中的嵌入式Linux操作系统在电网继电保护故障信息管理系统中的应用应用作者：闫江海，YAN Jiang-hai作者单位：运城供电分公司,山西,运城,044000刊名：电力学报英文刊名：JOURNAL OF ELECTRIC POWER年，卷(期)：2006,21(2)参考文献(2条)参考文献(2条)1.赵自刚;黄华林;赵春雷 继电保护运行与故障信息自动化管理系统期刊论文-电力系统自动化 1999(19)2.郑敏;黄华林;吕鹏 故障录波数据通用分析与管理软件的设计期刊论文-电网技术 2001(02)本文链接：http:/