Paltak İlişkili Qoruma Sisteminin Təhlükə Məlumatları Axtarış Sisteminin Proqramlaşdırılması
I. Giriş
Son yıllarda, elektrik şebekesinin sürekli genişlemesiyle birlikte, alt istasyonlar, güç sisteminde kritik düğüm noktalar olarak, güvenli ve kararlı işletimleri sayesinde tüm elektrik şebekesinin güvenilirliğini sağlamak konusunda önemli bir rol oynamaktadır. Röle koruması, alt istasyonların güvenli işletimi için ilk savunma hattıdır. Röle korumanın doğruluğu ve hızı, güç sisteminin istikrarıyla doğrudan ilişkilidir. Bu nedenle, alt istasyon röle koruma sisteminin arızası bilgilerini etkili bir şekilde tespit etmek, potansiyel arızaları zamanında belirlemek ve ele almak, güç sisteminin güvenli işletimini korumak açısından büyük önem taşımaktadır.
Röle koruma arızalarının tespiti için geleneksel yöntemler genellikle manuel incelemeler ve düzenli bakım çalışmalarına dayanmaktadır. Bu yöntemler hem zaman alıcı hem de işçilik gerektirmekte olup, gerçek zamanlı izlemeyi sağlayamamaktadır. Bu nedenle, arızanın erken işaretlerini kaçırmaya meyillidir. Bilgi teknolojisinin sürekli gelişmesi, özellikle bilgisayar teknolojisi ve iletişim teknolojisinin ilerlemesiyle, modern alt istasyon röle koruma arızası bilgi tespit sistemleri otomatik yöntemlere geçiş yapmaya başlamıştır. Gerçek zamanlı veri toplama yoluyla bu sistemler, röle koruma durumunu gerçek zamanlı izleyebilir ve arızaları hızlıca bulabilirler.
Bu nedenle, bu makale, modern bilgi teknolojisine dayalı bir alt istasyon röle koruma arızası bilgi tespit sistemi önermektedir ve donanım yapısı, yazılım tasarımı ve deneysel sonuçları ayrıntılı olarak açıklamaktadır.
II. Sistemin Donanım Yapısının Tasarımı
(1) Ana Bilgisayar
Ana bilgisayarın tasarımı, tüm sistemin performansını doğrudan etkilemektedir. Donanım yapısı, C8051F040 tek çip mikrobilgisayarı ile çekirdek işlemci olarak kullanılmaktadır. C8051F040 tek çip mikrobilgisayarı, analog ve dijital I/O portları, zamanlayıcı/sayacı, UART, SPI ve I2C iletişim arayüzleri dahil zengin çevre kaynaklarını entegre eden yüksek performanslı ve düşük enerji tüketimli karma sinyal mikrodenetleyicidir. Bu özellikler, C8051F040'nın ana bilgisayarın çekirdek işlemci olarak, yüksek hızda veri işleme ve karmaşık kontrol mantığı gereksinimlerini karşılamak için oldukça uygun hale getirmektedir.
Sistemin gerçek zamanlı izleme yeteneğini sağlamak için, ana bilgisayarın tasarımında yüksek performanslı izleme birimi kullanılmıştır. Bu birim genellikle yüksek hızlı ADC (Analog-Dijital Dönüştürücü), DAC (Dijital-Analog Dönüştürücü) ve voltaj/akım izleme devrelerini içerir. Bu birim, elektrik parametrelerini gerçek zamanlı olarak toplayıp dönüştürebilir, arıza teşhisi için doğru veri desteği sağlayabilir.
Ayrıca, ana bilgisayar alt bilgisayar ve uzaktan izleme merkezi ile iletişim kurmalıdır. Tasarım, RS-232, RS-485 ve Ethernet gibi çeşitli iletişim arayüzlerini içerir. Bu arayüzler, verilerin hızlı aktarılmasını ve uzaktan kontrol yeteneğini sağlar.
Operatörlerin sistemi izleme ve kontrol etmesini kolaylaştırmak için, ana bilgisayar ayrıca insan-makine etkileşim arayüzüne sahiptir, genellikle LCD ekran ve klavye ile oluşur. Operatörler, bu arayüzleri kullanarak sistemin durumunu gerçek zamanlı olarak görebilirler.
(2) yalıtım tespit sensörü
Eski elektrik santralleri ve alt istasyonlardaki DC sistemlerinin yeniden yapılanması gereksinimlerini karşılamak için, personel yüksek hassasiyetli çıkarılabilir bir yalıtım tespit sensörü tasarlamıştır. Gelişmiş elektronik teknolojiler ve malzemeler kullanılarak geliştirilen bu sensör, yüksek hassasiyet, yüksek istikrar ve uzun ömür özellikleri ile, zorlu çevresel koşullarda bile stabil çalışabilir.
Yüksek hassasiyet, yalıtım tespit sensörünün ana performans göstergelerinden biridir. Gelişmiş tespit algoritmaları ve elektronik bileşenler kullanılarak, küçük yalıtım değişimlerini hassas bir şekilde tespit edebilir, arıza bilgilerinin doğruluğunu ve zamanında tesbit edilmesini sağlar.
Eski elektrik santralleri ve alt istasyonlardaki DC sistemlerinin termal yalıtım cihazlarının yenilenmesi ve yüksek hassasiyetli çıkarılabilir yalıtım tespit sensörlerinin kullanılması, sistemin güvenliğini önemli ölçüde artırır. Bu sensörler, yüksek hassasiyetli tespit yeteneğine sahip olup, yalıtım arızalarını anında tespit ederek, kazaların yaşanmasını etkili bir şekilde önler.
(3) Erken Uyarı Tespit Modülü
Erken uyarıların doğruluğunu ve tepki süresini artırmak için, bu modül genellikle aktif erken uyarı ve pasif erken uyarı çift mekanizmasını entegre eder.
Aktif erken uyarı, sistemin elektrik parametrelerini kendi kendine tespit etmesi anlamına gelir. Parametreler normal aralıktan saparsa, hemen bir erken uyarı sinyali tetiklenir. Aktif erken uyarı genellikle yüksek performanslı sensörler ve veri toplama cihazlarına dayanır. Bu cihazlar, akım, voltaj ve frekans gibi anahtar parametreleri gerçek zamanlı olarak izleyebilir ve içeriği analiz ederek potansiyel arıza risklerini belirleyebilir. Pasif erken uyarı ise, dış sinyalleri alındıktan sonra ilgili elektrik parametrelerini analiz ederek erken uyarı sinyali gönderir. Örneğin, alt istasyondaki röle koruma cihazı çalışmaya başladığında, pasif erken uyarı modülü hemen etkinleştirilir, çalışmanın sebebini analiz eder ve daha fazla işlem gerektirip gerektirmediğini belirler, Şekil 1'de gösterildiği gibidir.
Şekil 1 Donanım Yapı Tasarımı
Erken uyarı tespit modülünün donanım yapı tasarımında, aktif erken uyarı ve pasif erken uyarıyı birleştirerek, sistemin erken uyarı yeteneğini ve tepki süresini önemli ölçüde artırabilirsiniz. Aktif erken uyarı, elektrik parametrelerini gerçek zamanlı olarak izleyerek potansiyel arıza risklerini hızlıca belirleyebilir; pasif erken uyarı ise belirli olaylar gerçekleştiğinde hızlıca tepki verebilir ve arıza nedenlerini derinlemesine analiz edebilir.
Bu iki erken uyarı yönteminin etkili bir şekilde birleştirilmesi için, donanım tasarımında aşağıdaki ana unsurlar göz önünde bulundurulmalıdır:
Sensörlerin ve veri toplama cihazlarının seçimi: Veri doğruluğunu sağlamak için yüksek hassasiyetli sensörler ve veri toplama cihazları seçilmelidir.
Veri işleme ve analiz yetenekleri: Erken uyarı izleme modülü, anormal verileri hızlıca belirleyebilir ve erken uyarı kararları verebilecek güçlü veri işleme ve analiz yeteneklerine sahip olmalıdır.
İletişim arayüzleri ve protokoller: Modül, diğer sistemler veya cihazlarla veri alışverişini kolaylaştıracak çoklu iletişim arayüzleri ve protokolleri desteklemelidir.
Güvenilirlik: Donanım tasarımı, modülün aşırı ortamlarda istikrarlı çalışabilmesini sağlamalı ve yanlış işlemler ve yetkisiz erişime karşı gerekli güvenlik önlemlerini almalıdır.
III. Sistem Yazılım Tasarımı
(1) Arıza Yük Karakteristiklerinin Simülasyon Modellemesi
Alt istasyon röle koruma arızası bilgi tespit sisteminin temeli, yazılım yapı tasarımındadır, özellikle statik ve dinamik yük modellerinin oluşturulmasında. Bu modeller, sistem işletimi sırasında yükün aktif ve reaktif gücünü, voltaj ve frekansın yavaş değişimlerini tanımlamayı amaçlar ve genellikle polinom modelleri kullanılarak ifade edilir. Statik yük modeli genellikle şu şekilde ifade edilir:
burada P ve Q aktif ve reaktif gücü temsil eder, V voltajdır, P0, Q0, V0 referans durumdaki değerlerdir ve n ve m yük karakteristik katsayılarıdır.
Dinamik yük modeli daha karmaşıktır. Voltaj ve frekans değişikliklerine yükün dinamik tepkisini dikkate alır, yükün voltaj ve frekansa olan tepki hızını simüle etmek için birden fazla zaman sabiti içerir. Dinamik yük modeli, yük gücünün zamana göre değişim oranını tanımlayan bir dizi diferansiyel denklemler şeklinde ifade edilebilir.
Yazılım yapı tasarımında, bu modeller röle koruma arızası bilgi tespit sistemine entegre edilir, böylece alt istasyonun işletim durumunu gerçek zamanlı olarak izler ve analiz eder. Sistem, akım, voltaj, güç vb. gerçek zamanlı verileri toplar ve bu modelleri hesaplama amacıyla kullanarak, potansiyel arıza durumlarını bilimsel olarak belirler.
(2) Arıza Bilgisi Toplama
Röle koruma ekipmanlarının güvenilirliğini sağlamak için, arıza bilgi tespit sisteminin tasarımı son derece önemlidir, özellikle arıza bilgisi toplama bölümü. Bu bölüm genellikle üç modüle ayrılır: durağan durum bilgisi toplama, geçici durum bilgisi toplama ve durum dosyası yönetimi.
Durağan durum bilgisi toplama modülü, alt istasyonun normal işletim sırasında voltaj, akım, güç gibi elektrik parametrelerini toplamakla sorumludur. Bu veriler, elektrik şebekesinin işletim durumunun değerlendirilmesi için temel oluşturmaktadır ve aynı zamanda arıza analizi ve tahmini için de önemlidir. Bu modül genellikle üç alt modülden oluşur: veri toplama, veri işleme ve veri saklama. Veri toplama alt modülü, alt istasyon izleme sistemiyle arayüz üzerinden elektrik parametrelerini gerçek zamanlı olarak elde eder; veri işleme alt modülü, toplanan veriler üzerinde ön analiz yapar, anormal değerleri kaldırır ve verileri biçimlendirir; veri saklama alt modülü, işlenmiş verileri daha sonra analiz için bir veritabanına saklar.
Geçici durum bilgisi toplama modülü, kısa devre, açık devre ve diğer arızalar gibi elektrik şebekesindeki geçici olayları yakalamaya odaklanır. Bu geçici olaylar genellikle elektrik parametrelerinde keskin değişimlerle eşlik ettiği için, yüksek hız ve yüksek hassasiyetli veri toplama ekipmanları gerekir. Bu modül genellikle üç alt modülden oluşur: yüksek hızlı veri toplama, geçici olay tanıma ve olay veri saklama. Yüksek hızlı veri toplama alt modülü, mikrosaniye düzeyinde çözünürlük ile elektrik parametrelerinin değişimlerini kaydedebilir; geçici olay tanıma alt modülü, önceden belirlenmiş algoritmalar doğrultusunda arıza olup olmadığını belirler ve arıza tipini doğru bir şekilde tanımlar; olay veri saklama alt modülü, belirlenen arıza bilgilerini belirli bir veritabanına saklar, bu da personelin daha derin analiz yapmasına yardımcı olur.
Durum dosyası yönetimi modülü, alt istasyon röle koruma ekipmanlarının durum dosyalarının yönetim ve bakımı ile görevlidir ve koruma ekipmanlarının yapılandırma detayları, işletim durumu ve geçmiş arıza kayıtları gibi ana bilgileri detaylı olarak kaydeder. Bu modül genellikle dört alt modülden oluşur: durum dosyası oluşturma, güncelleme, sorgulama ve yedekleme. Oluşturma alt modülü, koruma ekipmanının gerçek yapılandırmasına göre bir başlangıç durum dosyası oluşturur; güncelleme alt modülü, ekipman parametreleri veya yapılandırma değiştiğinde durum dosyasını günceller; sorgulama alt modülü, kullanıcıların durum dosyasındaki bilgilere erişmesine olanak tanır; yedekleme alt modülü, durum dosyasını düzenli olarak yedekler, bu da veri kaybını etkili bir şekilde önler.
(3) Arıza Bilgisi Tespiti
İstasyon kontrol katmanı, röle korumasından "A hatı birleşik ağ bağlantısı hatası" uyarısı aldığında, sistem hemen arıza bilgisi tespit sürecini başlatmalıdır, bu uyarıya başka cihazların benzer uyarılar verip vermediğini onaylamak için. Bu örnekte, eğer diğer cihazlar uyarı vermiyorsa, sistem "A hatı birleşik ağ bağlantısı hatası" bilgisine odaklanacaktır.
Arıza bilgilerini daha etkili bir şekilde işlemek ve analiz etmek için, sistem beş sanal uç nokta ve arıza düğümü kombinasyonu tasarlamıştır, Şekil 1'de gösterildiği gibidir.
Her sanal uç nokta farklı görevlere sahiptir, ağ bağlantı durumunu izlemekten çözümler sunmaya kadar, tam bir arıza işleme sürecini oluşturur. Yukarıdaki yazılım yapı tasarımıyla, alt istasyon röle koruma arızası bilgi tespit sistemi, arıza bilgilerini etkili bir şekilde tespit edebilir ve alt istasyonun güvenli işletimini sağlayabilir. Özellikle "A hatı birleşik ağ bağlantısı hatası" uyarısı alındığında, sistem hızlı bir şekilde tepki verebilir ve arızanın elektrik şebekesine olan etkisini en aza indirebilecek karşılık tedbirleri alabilir.
IV. Deneysel Doğrulama
(1) Ağ Topolojisi Yapısı
2023 yılında faaliyete geçen 500 kV alt istasyon için tasarlanan röle koruma arızası bilgi tespit sisteminin ağ topolojisi yapısı, yüksek güvenilirlik, yüksek kullanılabilirlik ve kolay bakım esaslarına sıkı sıkıya uymaktadır. Bu sistem, hiyerarşik ve dağıtılmış bir ağ mimarisini benimsemiştir ve uygulama adımları iyi organize edilmiş, aşağıdaki bağlantıları içermektedir.
Veri toplama: Alt istasyonun çeşitli kilit noktalarına monte edilen sensörler ve veri toplama cihazları aracılığıyla, röle koruma cihazlarının işlem verileri gerçek zamanlı olarak toplanır.
Veri iletimi: Ağ iletişim teknolojisi kullanılarak, toplanan veriler, veri işleme merkezine zamanında ve doğru bir şekilde iletilir.
Veri analizi: Veri işleme merkezinde, yüksek performanslı bilgisayarlar ve profesyonel analiz yazılımları kullanılarak, veriler analiz edilir, anormal kalıplar ve potansiyel arızalar belirlenir.
Arıza teşhisi: Anormallik tespit edildiğinde, sistem otomatik olarak arıza teşhisi yaparak, arıza tipini ve yerini belirler.
Uyarı ve yanıt: Sistem, alarm sistemi aracılığıyla operasyon ve bakım personeline arıza bilgilerini bildirir ve ön arıza çözüm önerileri sunar.
Arıza çözümü: Operasyon ve bakım personeli, sistemin sunduğu arıza bilgileri ve önerilerine dayanarak, arızayı hızlıca ele alabilir, böylece elektrik şebekesinin istikrarlı işletimini sağlar.
(2) Deneysel Sonuçlar ve Analiz
Deneyde iki tane tespit sistemi kullanılmıştır: biri SCD dosyasına dayanan geleneksel alt istasyon röle koruma ikincil devre online tespit sistemi, diğeri ise uzaysal-zaman analizine dayanan alt istasyon röle koruma arızası bilgi tespit sistemi. Her iki sistem de aynı alt istasyon ortamında test edilmiştir, böylece sonuçların karşılaştırılabilirliği sağlanmıştır [8].
Deneysel veriler, SCD dosyasına dayanan tespit sistemi tarafından ölçülmemiş pozitif ve negatif ana hatların maksimum yalıtım gerilimlerinin sırasıyla 192.1 V ve 191.4 V olduğunu, uzaysal-zaman analizine dayanan tespit sistemi tarafından ölçülmemiş bu değerlerin ise sırasıyla 190.3 V ve 210.23 V olduğunu göstermektedir. Spesifik veriler Tablo 2'de gösterilmiştir.
Deneysel sonuçlardan, uzaysal-zaman analizine dayanan tespit sisteminin, SCD dosyasına dayanan tespit sistemiyle kıyaslandığında, pozitif ana hat için maksimum yalıtım gerilim değeri biraz daha düşük, ancak negatif ana hat için biraz daha yüksek olduğu görülmektedir. Bu, uzaysal-zaman analizine dayanan tespit sisteminin belirli durumlarda daha doğru ölçüm sonuçları sağlayabileceğini göstermektedir. Ancak bu fark, belirgin değildir. Bu nedenle, bu iki sistemin performans farklarını daha derinlemesine anlamak için, daha fazla deneysel veri toplamak ve analiz etmek gerekebilir.
V. Sonuç
Bu makalede tasarlanan ve incelenen yeni alt istasyon röle koruma arızası bilgi tespit sistemi, röle koruma cihazlarının çalışma durumunu gerçek zamanlı olarak izleyebilir, arıza bilgilerini otomatik olarak analiz edebilir ve tanımlayabilir, ve ağ iletişim teknolojisi aracılığıyla arıza bilgilerini operasyon ve bakım personeline anında iletebilir. Bu, onların arızanın yayılmasını önlemek ve elektrik sisteminin güvenli ve istikrarlı işletimini sağlamak için hızlı tedbirler alabilmelerini sağlar.
