تحقیق درباره روش تشخیص خودکار خطاهای پنهان در مدار حفاظتی رله‌ای تجهیزات ثانویه در زیرстанسیون‌ها

I. مقدمه

حالت عملیات ناهماهنگ دایره ثانویه حفاظت رله در زیرстанدارد تأثیر قابل توجهی بر سیستم برق کلی دارد. از یک طرف، دایره ثانویه حفاظت رله یک جزء مهم سیستم برق است و وظیفه اصلی آن تضمین عملکرد پایدار سیستم برق است. هنگامی که حالت عملیات دایره ثانویه ناهماهنگ باشد، ممکن است به پایداری سیستم برق کاهش یافته و احتمال وقوع خطاها افزایش یابد.

علاوه بر این، دایره ثانویه ناهماهنگ حفاظت رله ممکن است منجر به خرابی یا عدم عملکرد دستگاه حفاظت شود، بنابراین امنیت سیستم برق تهدید می‌شود. به عنوان مثال، هنگامی که خطا کوتاه‌مداری در خط رخ دهد، اگر دایره ثانویه ناهماهنگ حفاظت رله از قطع خط خراب در زمان مناسب جلوگیری کند، ممکن است عواقب جدی‌تری مانند خسارت به تجهیزات و آتش‌سوزی رخ دهد. بنابراین، تشخیص موثر خطاها پنهان در دایره بسیار ضروری است.

شیائو تونژائو و همکاران پیشنهاد کردند روشی برای تشخیص خطاها پنهان در دایره ثانویه حفاظت رله زیرستاندارد بر اساس اطلاعات چندپارامتری. با جمع‌آوری اطلاعات چند پارامتری، تحلیل جامعی از حالت عملیات دایره ثانویه حفاظت رله انجام می‌شود که می‌تواند خطاها پنهان را به صورت دقیق‌تری تشخیص دهد، دقت و قابلیت اطمینان تشخیص خطا را افزایش دهد و به شناسایی و حل خطرات امنیتی پتانسیل کمک کند. با این حال، این روش تا حدی پیچیدگی و مقدار محاسبات پردازش داده‌ها را افزایش می‌دهد.

یانگ یوهان روشی برای تشخیص خطاها در دایره ثانویه حفاظت رله زیرستاندارد بر اساس فناوری PLC پیشنهاد کرد. با استفاده از برنامه‌نویسی انعطاف‌پذیر، قابلیت اطمینان بالا و مقیاس‌پذیری قوی فناوری PLC، سطح اتوماسیون و هوشمندی تشخیص خطا افزایش یافته و می‌توان حالت عملیات دایره ثانویه را به صورت زنده مانیتور کرد که تأثیر خوبی در بهبود امنیت و پایداری سیستم برق دارد. با این حال، در مرحله کاربرد واقعی، فناوری PLC نیاز به پشتیبانی سخت‌افزاری و نرم‌افزاری متناظر دارد که می‌تواند هزینه و پیچیدگی سیستم برق را افزایش دهد.

با توجه به موارد فوق، این مقاله مطالعه‌ای درباره روش تشخیص خودکار خطاها پنهان در دایره حفاظت رله تجهیزات ثانویه زیرستاندارد ارائه می‌دهد و عملکرد روش تشخیص طراحی شده را در محیط آزمون مقایسه‌ای تحلیل و تأیید می‌کند.

II. طراحی طرح تشخیص خودکار خطاها پنهان در دایره ثانویه حفاظت رله
2.1 تحلیل دامنه ارتباط خطا دایره ثانویه حفاظت رله

در فرآیند رسیدگی به مشکلات وضعیت دایره ثانویه حفاظت رله، به دلیل ارتباطات متقابل بین اجزای مختلف [3]. بنابراین، هنگامی که خطاها پنهان وجود دارد، نمایش‌های ماکروسکوپی مربوطه به موقع خطا محدود نمی‌شود. در این زمینه، این مقاله ابتدا دامنه ارتباط خطا دایره ثانویه حفاظت رله [4] را تحلیل می‌کند. با ایجاد تابع مناسب، مسئله تشخیص خطا اصلی به مسئله محاسبه تابع تناسب بهینه تبدیل می‌شود. به این ترتیب، با توجه به اطلاعات عملیاتی واقعی دایره ثانویه حفاظت رله، وضعیت دایره ثانویه می‌تواند ارزیابی شود.

برای دامنه ارتباط خطا خاص دایره ثانویه حفاظت رله، این مقاله شباهت بین اطلاعات عملیاتی واقعی دایره ثانویه حفاظت رله و مقدار مورد انتظار را به عنوان معیار اندازه‌گیری در نظر می‌گیرد. هنگام محاسبه جریان کل در دایره، ممکن است لازم باشد جریان‌های تمام شاخه‌های دایره را جمع کنیم و در این زمان، حد بالا و پایین جمع‌بندی به تعداد جریان‌های شاخه‌ای متناسب است. با استفاده از روش فوق، تحلیل دامنه ارتباط خطا دایره ثانویه حفاظت رله انجام می‌شود که پایه‌ای برای تشخیص خطاها پنهان بعدی فراهم می‌کند.

2.2 تشخیص خطاها پنهان در دایره ثانویه حفاظت رله

جدول 1. جدول مقایسه نتایج خروجی مقادیر جریان معیار خطا دایره در درجات مختلف

I. تحلیل نتایج آزمون

همانطور که از نتایج آزمون نشان داده شده در جدول 1 مشخص است، در میان سه روش تشخیص مختلف، روش تشخیص خطاها پنهان در دایره ثانویه حفاظت رله زیرستاندارد بر اساس اطلاعات چندپارامتری که در منبع [1] پیشنهاد شده، در تشخیص وضعیت خطا با درجه بالاتر عملکرد بهتری دارد. هنگامی که درجه خطای کلی دایره اندازه‌گیری کمتر از 10.0% است، نتیجه خروجی معیار خطا دایره به طور قابل توجهی کمتر است که برای تعیین خطا واقعی کمبودهایی دارد.

برای روش تشخیص خطاها در دایره ثانویه حفاظت رله زیرستاندارد بر اساس فناوری PLC که در منبع [2] پیشنهاد شده، نتایج خروجی معیارهای خطا دایره به طور کلی ثابت هستند، اما در مقادیر کلی فضای بهبود وجود دارد.

در مقابل، تحت روش تشخیص طراحی شده در این مقاله، نتایج خروجی معیارهای خطا دایره همیشه بالای 0.12 A است و حداکثر مقدار بیش از 0.22 A می‌شود که می‌تواند به طور موثر وضعیت خطا پنهان دایره حفاظت رله تجهیزات ثانویه را منعکس کند. در مقایسه با گروه کنترل، مزایای نسبتاً واضحی در مورد پایداری و انطباق دارد.

در زمان تحلیل عملکرد روش تشخیص طراحی شده، یک مدل از دایره حفاظت رله تجهیزات ثانویه زیرستاندارد در PSCAD/EMTDC ساخته شد. در مرحله تنظیمات واقعی، نوع حفاظت واقعی، مدل المان الکتریکی و تنظیمات پارامترهای عملیاتی به طور کامل در نظر گرفته شد.

II. آزمون‌های کاربردی
2.1 آمادگی آزمون

بر اساس یک خط انتقال نمونه، حفاظت فاصله‌ای تنظیم شد و به عنوان دایره حفاظت رله تجهیزات ثانویه استفاده شد. در مورد تنظیمات پارامترهای عملیاتی خاص، محدوده امپدانس به 80% - 120% امپدانس خط تنظیم شد؛ زمان تأخیر 0.1 ثانیه و زمان عملکرد 0.02 ثانیه بود؛ ویژگی عملکرد یک ویژگی چهارضلعی را اتخاذ کرد تا عملکرد قابل اعتمادی را در صورت وقوع خطا در محدوده حفاظت و عملکرد قابل اعتماد غیرفعال در صورت وقوع خطا خارج از محدوده حفاظت تضمین کند؛ هنگامی که ولتاژ کمتر از 80% ولتاژ اسمی است، حفاظت بلوک شد تا از عملکرد نادرست در ولتاژ بسیار کم جلوگیری شود. نسبت تغییر CT 1000:1 بود و جریان اسمی به 1.0 A تنظیم شد. نسبت تغییر PT 10000:1 بود و ولتاژ اسمی به 100 kV تنظیم شد. در مورد تنظیمات فیلتر، از فیلتر پایین‌گذر استفاده شد و فرکانس برشی به 500 Hz تنظیم شد تا تأثیر نویز با فرکانس بالا بر حفاظت کاهش یابد.

2.2 طرح آزمون

بر اساس محیط آزمون فوق، روش تشخیص خطاها پنهان در دایره ثانویه حفاظت رله زیرستاندارد بر اساس اطلاعات چندپارامتری که در منبع [1] پیشنهاد شده و روش تشخیص خطاها در دایره ثانویه حفاظت رله زیرستاندارد بر اساس فناوری PLC که در منبع [2] پیشنهاد شده به عنوان گروه‌های کنترل آزمون در نظر گرفته شدند. نتایج تشخیص سه روش مختلف تحت شرایط کاری یکسان آزمون شدند.

برای شرایط کاری آزمون خاص، دایره اندازه‌گیری جریان شاخه‌ای که CT در آن قرار دارد به عنوان محل خطا تنظیم شد و درجات خطای کلی دایره اندازه‌گیری شاخه‌ای که CT در آن قرار دارد به ترتیب -15٪، -10٪، -5٪، +5٪، +10٪ و +15٪ بود. بر اساس این، توزیع مقادیر معیار خطا برای شاخه‌ای دایره اندازه‌گیری جریان خطا که توسط روش‌های تشخیص مختلف خروجی داده شده به طور جداگانه شمارش شد.

2.3 نتایج و تحلیل آزمون

نتایج خروجی مقادیر جریان معیار خطا دایره در درجات مختلف تحت روش‌های تشخیص مختلف به طور جداگانه شمارش شدند و نتایج داده‌ای خاص در جدول 1 نشان داده شده است.

III. نتیجه‌گیری

ناهماهنگی دایره ثانویه حفاظت رله یکی از عوامل مستقیم‌ترین منجر به افزایش تلفات انرژی در سیستم برق است. هنگامی که ترانسفورماتور جریان یا ترانسفورماتور ولتاژ در دایره ثانویه خراب شود، منجر به خطای اندازه‌گیری می‌شود که در نتیجه دقت صورتحساب برق را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

این مقاله مطالعه‌ای درباره روش تشخیص خودکار خطاها پنهان در دایره حفاظت رله تجهیزات ثانویه زیرستاندارد ارائه می‌دهد که به طور موثر تشخیص دقیق دایره‌های مختلف را انجام می‌دهد و ارزش کاربردی خوبی دارد. از طریق تحقیق و طراحی روش تشخیص خطا دایره حفاظت رله تجهیزات ثانویه در این مقاله، انتظار می‌رود مرجعی با ارزش برای مدیریت امنیت واقعی زیرستاندارد فراهم کند.

با توجه به تابع تناسب دامنه ارتباط خطا دایره ثانویه حفاظت رله که در بخش 2.1 ساخته شده است، در فرآیند تشخیص خطا خاص، این مقاله مقدار بهینه تابع تناسب را به عنوان نتیجه شناسایی نهایی حل می‌کند. با استفاده از روش فوق، تشخیص و تحلیل خطاها پنهان در دایره حفاظت رله تجهیزات ثانویه انجام می‌شود.