Výzkum automatické detekce skrytých vad v obvodě relé ochrany sekundárního zařízení v elektrárnách

I. Úvod

Nestandardní stav sekundárního obvodu reléové ochrany v elektrárně má zásadní vliv na celkový energetický systém. Na jedné straně je sekundární obvod reléové ochrany klíčovou součástí energetického systému, jehož hlavním úkolem je zajistit stabilní provoz tohoto systému. Pokud je stav sekundárního obvodu neobvyklý, může to vést ke snížení stability energetického systému a zvýšení pravděpodobnosti výskytu poruch.

Navíc může neobvyklý sekundární obvod reléové ochrany způsobit nesprávné fungování ochranného zařízení nebo jeho selhání, což hrozí bezpečností energetického systému. Například, když dojde k přehození v části sítě, může neobvyklý sekundární obvod reléové ochrany zabránit ochrannému zařízení včas odpojit vadnou část, což může vést k vážnějším důsledkům, jako je poškození zařízení a požár. Proto je velmi důležité efektivně detekovat skryté poruchy v obvodu.

Xia Tongzhao a spol. navrhli metodu pro detekci skrytých poruch v sekundárním obvodu reléové ochrany v elektrárně založenou na víceparametrové informaci. Shromažďováním informací o více parametrech se provádí komplexní analýza stavu sekundárního obvodu reléové ochrany, což umožňuje přesněji detekovat skryté poruchy, zlepšit přesnost a spolehlivost detekce poruch a pomoci včas identifikovat a vyřešit potenciální bezpečnostní rizika. Tato metoda však do určité míry zvyšuje složitost a objem datového zpracování.

Yang Yuhan navrhl metodu pro detekci poruch v sekundárním obvodu reléové ochrany v elektrárně založenou na PLC technologii. Využitím flexibilního programování, vysoké spolehlivosti a silné škálovatelnosti PLC technologie se zlepšuje stupeň automatizace a inteligence detekce poruch, a lze sledovat stav sekundárního obvodu v reálném čase, což má dobrý aplikativní efekt při zlepšování bezpečnosti a stability energetického systému. Nicméně, v praxi PLC technologie vyžaduje odpovídající hardwarovou a softwarovou podporu, což zvýší náklady a složitost energetického systému.

Na základě výše uvedeného tento článek navrhuje studii automatické detekční metody skrytých poruch v sekundárním obvodu reléové ochrany v elektrárně a analyzuje a ověřuje výkon navržené detekční metody v porovnávacím testovacím prostředí.

II. Návrh automatické detekční schématy skrytých poruch v sekundárním obvodu reléové ochrany
2.1 Analýza oblasti asociace poruch v sekundárním obvodu reléové ochrany

V procesu řešení problémů stavu sekundárního obvodu reléové ochrany, kvůli vzájemným vztahům mezi různými komponentami [3]. Proto, když jsou přítomny skryté poruchy, odpovídající makroskopické projevy nejsou omezeny pouze na konkrétní místo poruchy. V tomto ohledu tento článek nejprve analyzuje oblast asociace poruch v sekundárním obvodu reléové ochrany [4]. Tím, že se stanoví vhodná funkce, se původní problém detekce poruchy transformuje na problém výpočtu optimální fitness funkce cílové funkce. Tímto způsobem lze na základě skutečného operačního stavu sekundárního obvodu reléové ochrany hodnotit stav sekundárního obvodu.

Pro konkrétní oblast asociace poruch v sekundárním obvodu reléové ochrany tento článek bere podobnost mezi skutečným operačním stavem sekundárního obvodu reléové ochrany a očekávanou hodnotou jako měřítko. Při výpočtu celkového proudu v obvodu může být třeba sečíst proudy všech větví v obvodu, a v této chvíli odpovídají horní a dolní mez sečtení počtu větevích proudů. Podle výše uvedené metody se realizuje analýza oblasti asociace poruch v sekundárním obvodu reléové ochrany, což poskytuje základ pro následnou detekci skrytých poruch.

2.2 Detekce skrytých poruch v sekundárním obvodu reléové ochrany

Tab.1 Srovnávací tabulka výstupních výsledků charakteristických hodnot proudu kritérií poruchy obvodu různého stupně

I. Analýza výsledků testu

Jak je vidět z výsledků testu uvedených v Tabulce 1, ze tří různých detekčních metod se metoda pro detekci skrytých poruch v sekundárním obvodu reléové ochrany v elektrárně založená na víceparametrové informaci navržená v Literatuře [1] lépe vede při detekci poruch vyššího stupně. Když je komplexní stupeň chyby měřicího obvodu menší než 10,0 %, je výstupní výsledek charakteristické hodnoty kritéria poruchy obvodu výrazně nižší, což má určité nedostatky pro skutečné rozhodování o poruše.

Pro metodu pro detekci poruch v sekundárním obvodu reléové ochrany v elektrárně založenou na PLC technologii navrženou v Literatuře [2] jsou výstupní výsledky charakteristických hodnot celkového kritéria poruchy obvodu relativně stabilní, ale existuje prostor pro zlepšení celkových hodnot.

Naopak, podle navržené detekční metody v tomto článku jsou výstupní výsledky charakteristických hodnot kritéria poruchy obvodu vždy nad 0,12 A a maximální hodnota přesahuje 0,22 A, což efektivně reflektuje skrytý stav poruchy sekundárního obvodu reléové ochrany. V porovnání s kontrolní skupinou ukazuje relativně výrazné výhody v termínu stability a adaptability.

Při analýze výkonu navržené detekční metody byla postavena model sekundárního obvodu reléové ochrany v elektrárně v PSCAD/EMTDC. Během konkrétní fáze nastavení byly plně zohledněny skutečné typy ochrany, modely elektrických komponent a konfigurace provozních parametrů.

II. Aplikační testy
2.1 Příprava testu

Na základě typické přenosové linky byla nakonfigurována vzdálenostní ochrana a použita jako sekundární obvod reléové ochrany. V termínu konkrétní konfigurace provozních parametrů byl rozsah impedancí nastaven na 80% - 120% impedancí linky; prodleva času byla 0,1 s a doba provozu 0,02 s; provozní charakteristikou byla použita čtyřúhelníková charakteristika, aby se zajistilo spolehlivé fungování při výskytu poruchy uvnitř ochranného rozsahu a spolehlivé nefungování při výskytu poruchy mimo ochranný rozsah; když bylo napětí nižší než 80% nominálního napětí, byla ochrana blokována, aby se zabránilo nesprávnému fungování při příliš nízkém napětí. Poměr transformace CT byl 1000:1 a nominální proud byl nastaven na 1,0 A. Poměr transformace PT byl 10000:1 a nominální napětí bylo nastaveno na 100 kV. V termínu konfigurace filtru byl použit nízko-passový filtr a frekvence odstřihu byla nastavena na 500 Hz, aby se snížil dopad vysokofrekvenčního šumu na ochranu.

2.2 Testovací schéma

Na základě výše uvedeného testovacího prostředí byla metoda pro detekci skrytých poruch v sekundárním obvodu reléové ochrany v elektrárně založená na víceparametrové informaci navržená v Literatuře [1] a metoda pro detekci poruch v sekundárním obvodu reléové ochrany v elektrárně založená na PLC technologii navržená v Literatuře [2] použity jako kontrolní skupiny pro test. Byly testovány výsledky detekce tří různých metod za stejných pracovních podmínek.

Pro konkrétní pracovní podmínky byl měřicí obvod větve, kde se nachází CT, nastaven jako místo poruchy, a komplexní stupně chyb měřicího obvodu větve, kde se nachází CT, byly -15%, -10%, -5%, +5%, +10% a +15% respektive. Na základě toho bylo zaznamenáno rozdělení charakteristických hodnot kritéria poruchy pro výstupní větev měřicího obvodu poruchového proudu různými detekčními metodami.

2.3 Výsledky a analýza testu

Byly zaznamenány výstupní výsledky hodnot proudu charakteristických hodnot kritéria poruchy obvodu různého stupně podle různých detekčních metod a konkrétní datové výsledky jsou uvedeny v Tabulce 1.

III. Závěr

Nestandardnost sekundárního obvodu reléové ochrany je jedním z nejbezprostřednějších faktorů vedoucích k nárůstu ztrát energie v energetickém systému. Když dojde k selhání transformátoru proudu nebo napětí v sekundárním obvodu, dojde k měření chyb, což ovlivní přesnost výpočtu elektřiny.

Tento článek navrhuje studii automatické detekční metody skrytých poruch v sekundárním obvodu reléové ochrany v elektrárně, která efektivně realizuje přesnou detekci sekundárních obvodů různého stupně a má dobré praktické uplatnění. Skrze výzkum a návrh metody detekce poruch sekundárního obvodu reléové ochrany v tomto článku se očekává, že poskytne cenné referenční informace pro skutečné bezpečnostní řízení elektráren.

Kombinováním s fitness funkcí oblasti asociace poruch sekundárního obvodu reléové ochrany sestavené v části 2.1, v konkrétním procesu detekce poruch tento článek řeší optimální hodnotu fitness funkce jako konečný identifikační výsledek. Podle výše uvedené metody se realizuje detekce a analýza skrytých poruch v sekundárním obvodu reléové ochrany.