Исследование автоматического метода обнаружения скрытых неисправностей в цепи релейной защиты вторичного оборудования на подстанциях

I. Введение

Аномальное состояние вторичной цепи релейной защиты на подстанции оказывает значительное влияние на общую работу энергосистемы. С одной стороны, вторичная цепь релейной защиты является важным компонентом энергосистемы, и ее основная функция заключается в обеспечении стабильной работы энергосистемы. Когда состояние вторичной цепи аномально, это может привести к снижению стабильности энергосистемы и увеличению вероятности возникновения неисправностей.

Кроме того, аномальная вторичная цепь релейной защиты может вызвать сбои или отказ в работе защитного устройства, что угрожает безопасности энергосистемы. Например, при коротком замыкании в линии, если аномальная вторичная цепь релейной защиты препятствует своевременному отключению неисправной линии, это может привести к более серьезным последствиям, таким как повреждение оборудования и пожар. Поэтому крайне необходимо эффективно обнаруживать скрытые неисправности в цепи.

Ся Тунжао и др. предложили метод обнаружения скрытых неисправностей во вторичной цепи релейной защиты подстанции на основе многопараметрической информации. Сбор информации о нескольких параметрах позволяет проводить комплексный анализ состояния вторичной цепи релейной защиты, что позволяет более точно обнаруживать скрытые неисправности, повышать точность и надежность обнаружения неисправностей и помогать вовремя выявлять и устранять потенциальные опасности. Однако этот метод в определенной степени увеличивает сложность и объем обработки данных.

Ян Юхан предложил метод обнаружения неисправностей во вторичной цепи релейной защиты подстанции на основе технологии ПЛК. Использование гибкого программирования, высокой надежности и хорошей масштабируемости технологии ПЛК позволяет повысить уровень автоматизации и интеллектуальности обнаружения неисправностей, а также осуществлять мониторинг состояния вторичной цепи в реальном времени, что имеет хороший эффект применения для улучшения безопасности и стабильности энергосистемы. Однако на этапе практического применения технология ПЛК требует соответствующей аппаратной и программной поддержки, что увеличит стоимость и сложность энергосистемы.

На основе вышеизложенного в данной работе предлагается исследование автоматического метода обнаружения скрытых неисправностей в цепи релейной защиты вторичного оборудования подстанций, а также анализируется и проверяется производительность разработанного метода обнаружения в сравнительной тестовой среде.

II. Разработка автоматической схемы обнаружения скрытых неисправностей во вторичной цепи релейной защиты
2.1 Анализ области взаимосвязи неисправностей во вторичной цепи релейной защиты

В процессе решения вопросов состояния вторичной цепи релейной защиты из-за взаимосвязей между различными компонентами [3]. Поэтому при наличии скрытых неисправностей соответствующие макроскопические проявления не ограничиваются конкретным местом неисправности. В этом отношении в данной работе сначала анализируется область взаимосвязи неисправностей во вторичной цепи релейной защиты [4]. Установлением подходящей функции исходная задача обнаружения неисправностей преобразуется в задачу расчета оптимальной целевой функции. Таким образом, на основе фактической операционной информации вторичной цепи релейной защиты можно оценить состояние вторичной цепи.

Для конкретной области взаимосвязи неисправностей во вторичной цепи релейной защиты в данной работе используется сходство между фактической операционной информацией вторичной цепи релейной защиты и ожидаемыми значениями в качестве стандарта измерения. При расчете суммарного тока в цепи может потребоваться сложить токи всех ветвей цепи, при этом верхний и нижний пределы суммирования соответствуют количеству ветвевых токов. Согласно вышеуказанному методу, реализуется анализ области взаимосвязи неисправностей во вторичной цепи релейной защиты, предоставляя основу для последующего обнаружения скрытых неисправностей.

2.2 Обнаружение скрытых неисправностей во вторичной цепи релейной защиты

Табл. 1. Сравнительная таблица выходных результатов значений тока критерия неисправности цепи различных степеней

I. Анализ результатов испытаний

Как видно из результатов испытаний, представленных в таблице 1, среди трех различных методов обнаружения, метод обнаружения скрытых неисправностей во вторичной цепи релейной защиты подстанции на основе многопараметрической информации, предложенный в литературе [1], показывает лучшие результаты при обнаружении неисправностей высокой степени. Когда комплексная степень ошибки измерительной цепи меньше 10,0%, выходные результаты характеристического значения критерия неисправности цепи значительно ниже, что имеет определенные недостатки для фактического определения неисправностей.

Для метода обнаружения неисправностей во вторичной цепи релейной защиты подстанции на основе технологии ПЛК, предложенного в литературе [2], выходные результаты характеристических значений общего критерия неисправности цепи относительно стабильны, но есть место для улучшения в общих значениях.

В противоположность этому, при использовании метода обнаружения, разработанного в данной работе, выходные результаты характеристических значений критерия неисправности цепи всегда выше 0,12 А, а максимальное значение превышает 0,22 А, что позволяет эффективно отражать скрытое состояние неисправности цепи релейной защиты вторичного оборудования. По сравнению с контрольной группой, он показывает относительно явные преимущества в плане стабильности и адаптивности.

При анализе производительности разработанного метода обнаружения была построена модель цепи релейной защиты вторичного оборудования подстанции в PSCAD/EMTDC. На этапе конкретной настройки были полностью учтены фактический тип защиты, модели электрических компонентов и конфигурация рабочих параметров.

II. Применение испытаний
2.1 Подготовка к испытаниям

На основе типичной линии передачи была настроена дистанционная защита, используемая в качестве цепи релейной защиты вторичного оборудования. В отношении конкретной конфигурации рабочих параметров диапазон импеданса был установлен на уровне 80% - 120% от импеданса линии; время задержки было 0,1 с, а время действия 0,02 с; рабочая характеристика использовала четырехугольную характеристику, чтобы обеспечить надежное действие при возникновении неисправности в пределах зоны защиты и надежное бездействие при возникновении неисправности вне зоны защиты; при напряжении ниже 80% номинального напряжения защита блокировалась, чтобы предотвратить срабатывание при слишком низком напряжении. Коэффициент трансформации ТТ составлял 1000:1, а номинальный ток был установлен на уровне 1,0 А. Коэффициент трансформации ОН составлял 10000:1, а номинальное напряжение было установлено на уровне 100 кВ. В отношении конфигурации фильтра использовался фильтр нижних частот, а частота среза была установлена на уровне 500 Гц, чтобы уменьшить влияние высокочастотных помех на защиту.

2.2 Схема испытаний

На основе вышеупомянутой тестовой среды метод обнаружения скрытых неисправностей во вторичной цепи релейной защиты подстанции на основе многопараметрической информации, предложенный в литературе [1], и метод обнаружения неисправностей во вторичной цепи релейной защиты подстанции на основе технологии ПЛК, предложенный в литературе [2], были взяты в качестве контрольных групп для испытаний. Результаты обнаружения трех различных методов были протестированы в одинаковых условиях работы.

Для конкретных условий испытаний измерительная цепь ветви, где находится ТТ, была установлена как место неисправности, а комплексные степени ошибки измерительной цепи ветви, где находится ТТ, составляли -15%, -10%, -5%, +5%, +10% и +15% соответственно. На основе этого были подсчитаны распределения характеристических значений критерия неисправности для выхода измерительной цепи ветви неисправного тока, полученные различными методами обнаружения.

2.3 Результаты и анализ испытаний

Подсчитывались выходные результаты значений тока характеристических значений критерия неисправности цепи различных степеней при различных методах обнаружения, и конкретные данные результатов представлены в таблице 1.

III. Заключение

Аномалия вторичной цепи релейной защиты является одним из наиболее прямых факторов, приводящих к увеличению потерь энергии в энергосистеме. Когда в вторичной цепи выходит из строя трансформатор тока или напряжения, это приводит к измерительным ошибкам, что влияет на точность расчетов за электроэнергию.

В данной работе предлагается исследование автоматического метода обнаружения скрытых неисправностей в цепи релейной защиты вторичного оборудования подстанций, который эффективно реализует точное обнаружение вторичных цепей различных степеней и имеет хорошую практическую ценность. Исследование и разработка метода обнаружения неисправностей цепи релейной защиты вторичного оборудования, проведенное в данной работе, должны предоставить ценные рекомендации для фактического управления безопасностью подстанций.

С учетом функции пригодности области взаимосвязи неисправностей вторичной цепи релейной защиты, построенной в разделе 2.1, в процессе конкретного обнаружения неисправностей в данной работе решается оптимальное значение функции пригодности в качестве окончательного идентификационного результата. Согласно вышеуказанному методу, реализуется обнаружение и анализ скрытых неисправностей цепи релейной защиты вторичного оборудования.