Pesquisa sobre o Método Automático de Detecção de Falhas Ocultas no Circuito de Proteção por Relé de Equipamentos Secundários em Subestações

I. Introdução

O estado anormal do circuito secundário da proteção relé em uma subestação tem um impacto significativo no sistema de energia como um todo. Por um lado, o circuito secundário da proteção relé é um componente crucial do sistema de energia, e sua principal função é garantir a operação estável do sistema de energia. Quando o estado de operação do circuito secundário é anormal, isso pode levar a uma diminuição na estabilidade do sistema de energia e aumentar a probabilidade de falhas.

Além disso, um circuito secundário anormal da proteção relé pode causar o mau funcionamento ou a falha de operação do dispositivo de proteção, ameaçando assim a segurança do sistema de energia. Por exemplo, quando ocorre uma falha de curto-circuito em uma linha, se o circuito secundário anormal da proteção relé impedir que o dispositivo de proteção corte a linha com falha de forma oportuna, isso pode levar a consequências mais graves, como danos ao equipamento e incêndio. Portanto, é extremamente necessário detectar efetivamente as falhas ocultas no circuito.

Xia Tongzhao et al. propuseram um método para detectar falhas ocultas no circuito secundário da proteção relé da subestação baseado em informações multiparamétricas. Ao coletar as informações de múltiplos parâmetros, é realizada uma análise abrangente do estado de operação do circuito secundário da proteção relé, o que pode detectar falhas ocultas de forma mais precisa, melhorar a precisão e confiabilidade da detecção de falhas e ajudar a identificar e resolver prontamente riscos potenciais de segurança. No entanto, este método aumenta a complexidade e a quantidade de processamento de dados em certa medida.

Yang Yuhan propôs um método para detectar falhas no circuito secundário da proteção relé da subestação baseado na tecnologia PLC. Aproveitando a programação flexível, alta confiabilidade e forte escalabilidade da tecnologia PLC, melhora o nível de automação e inteligência da detecção de falhas e pode monitorar o estado de operação do circuito secundário em tempo real, o que tem um bom efeito de aplicação na melhoria da segurança e estabilidade do sistema de energia. No entanto, na fase de aplicação real, a tecnologia PLC requer suporte de hardware e software correspondentes, o que aumentará o custo e a complexidade do sistema de energia.

Com base no exposto, este artigo propõe um estudo sobre o método de detecção automática de falhas ocultas no circuito de proteção relé de equipamentos secundários em subestações, e analisa e verifica o desempenho do método de detecção projetado em um ambiente de teste comparativo.

II. Projeto do Esquema de Detecção Automática de Falhas Ocultas no Circuito Secundário da Proteção Relé
2.1 Análise do Domínio de Associação de Falhas do Circuito Secundário da Proteção Relé

No processo de lidar com os problemas de status do circuito secundário da proteção relé, devido às inter-relações entre diferentes componentes [3]. Portanto, quando existem falhas ocultas, as manifestações macroscópicas correspondentes não estão limitadas à localização específica da falha. Nesse sentido, este artigo analisa primeiro o domínio de associação de falhas do circuito secundário da proteção relé [4]. Ao estabelecer uma função apropriada, o problema original de detecção de falhas é transformado no problema de cálculo da função de aptidão ótima da função objetivo. Dessa forma, de acordo com as informações reais de operação do circuito secundário da proteção relé, o estado do circuito secundário pode ser avaliado.

Para o domínio específico de associação de falhas do circuito secundário da proteção relé, este artigo adota a similaridade entre as informações reais de operação do circuito secundário da proteção relé e o valor esperado como padrão de medição. Ao calcular a corrente total no circuito, pode ser necessário somar as correntes de todos os ramos do circuito, e nesse momento, os limites superior e inferior da soma correspondem ao número de correntes de ramo. De acordo com o método acima, a análise do domínio de associação de falhas do circuito secundário da proteção relé é realizada, fornecendo uma base de implementação para a detecção subsequente de falhas ocultas.

2.2 Detecção de Falhas Ocultas no Circuito Secundário da Proteção Relé

Tabela 1. Tabela comparativa dos valores de saída das correntes de critério de falha do circuito de diferentes graus

I. Análise dos Resultados dos Testes

Como pode ser visto nos resultados dos testes mostrados na Tabela 1, entre os três métodos de detecção diferentes, o método para detectar falhas ocultas no circuito secundário da proteção relé da subestação baseado em informações multiparamétricas proposto na Literatura [1] apresenta melhor desempenho na detecção de estados de falha de grau mais elevado. Quando o grau de erro composto do circuito de medição é menor que 10,0%, o resultado de saída do valor característico do critério de falha do circuito é significativamente menor, o que apresenta certas deficiências para a determinação real da falha.

Para o método para detectar falhas no circuito secundário da proteção relé da subestação baseado na tecnologia PLC proposto na Literatura [2], os resultados de saída dos valores característicos do critério de falha do circuito são relativamente estáveis, mas há espaço para melhoria nos valores gerais.

Em contraste, sob o método de detecção projetado neste artigo, os resultados de saída dos valores característicos do critério de falha do circuito estão sempre acima de 0,12 A, e o valor máximo ultrapassa 0,22 A, o que pode refletir efetivamente o estado de falha oculta do circuito de proteção relé de equipamentos secundários. Comparado com o grupo controle, ele mostra vantagens relativamente evidentes em termos de estabilidade e adaptabilidade.

Ao analisar o desempenho do método de detecção projetado, foi construído um modelo do circuito de proteção relé de equipamentos secundários em uma subestação no PSCAD/EMTDC. Durante a fase de configuração específica, foram considerados o tipo de proteção real, o modelo de componente elétrico e a configuração de parâmetros de operação.

II. Testes de Aplicação
2.1 Preparação dos Testes

Com base em uma linha de transmissão típica, foi configurada uma proteção de distância e utilizada como o circuito de proteção relé de equipamentos secundários. Em termos de configuração específica de parâmetros de operação, a faixa de impedância foi definida como 80% - 120% da impedância da linha; o tempo de atraso foi de 0,1 s, e o tempo de operação foi de 0,02 s; a característica de operação adotou uma característica quadrilateral para garantir a operação confiável quando a falha ocorre dentro do alcance de proteção e a não operação confiável quando a falha ocorre fora do alcance de proteção; quando a tensão é inferior a 80% da tensão nominal, a proteção é bloqueada para evitar a operação incorreta em tensões muito baixas. A razão de transformação do TC foi de 1000:1, e a corrente nominal foi definida como 1,0 A. A razão de transformação do PT foi de 10000:1, e a tensão nominal foi definida como 100 kV. Em termos de configuração do filtro, foi utilizado um filtro passa-baixo, e a frequência de corte foi definida como 500 Hz para reduzir o impacto do ruído de alta frequência na proteção.

2.2 Esquema de Testes

Com base no ambiente de teste mencionado, o método para detectar falhas ocultas no circuito secundário da proteção relé da subestação baseado em informações multiparamétricas proposto na Literatura [1] e o método para detectar falhas no circuito secundário da proteção relé da subestação baseado na tecnologia PLC proposto na Literatura [2] foram tomados como grupos controle para o teste. Os resultados de detecção dos três métodos diferentes foram testados sob as mesmas condições de trabalho.

Para as condições de trabalho específicas, o circuito de medição de corrente do ramo onde o TC está localizado foi definido como a localização da falha, e os graus de erro composto do circuito de medição do ramo onde o TC está localizado foram -15%, -10%, -5%, +5%, +10% e +15%, respectivamente. Com base nisso, foi contabilizada a distribuição dos valores característicos do critério de falha para o ramo de medição de corrente de falha de saída por diferentes métodos de detecção.

2.3 Resultados e Análise dos Testes

Os resultados de saída dos valores de corrente dos valores característicos do critério de falha do circuito para diferentes graus sob diferentes métodos de detecção foram contabilizados, e os resultados de dados específicos são mostrados na Tabela 1.

III. Conclusão

A anormalidade do circuito secundário da proteção relé é um dos fatores mais diretos que levam ao aumento da perda de energia no sistema de energia. Quando o transformador de corrente ou de tensão no circuito secundário falha, isso leva a erros de medição, afetando assim a precisão do cálculo da fatura de energia.

Este artigo propõe um estudo sobre o método de detecção automática de falhas ocultas no circuito de proteção relé de equipamentos secundários em subestações, que realiza efetivamente a detecção precisa de circuitos secundários de diferentes graus e possui bom valor de aplicação prática. Através da pesquisa e design do método de detecção de falhas para o circuito de proteção relé de equipamentos secundários neste artigo, espera-se fornecer referências valiosas para a gestão de segurança real de subestações.

Combinado com a função de aptidão do domínio de associação de falhas do circuito secundário da proteção relé construída na parte 2.1, no processo específico de detecção de falhas, este artigo resolve o valor ótimo da função de aptidão como o resultado final de identificação. De acordo com o método acima, a detecção e análise de falhas ocultas no circuito de proteção relé de equipamentos secundários são realizadas.