Design af underværks relæbeskyttelses fejlinformationssystem

I. Indledning

I de seneste år har den stigende skala af strømnettet medført, at transformeringsstationer, som vigtige knudepunkter i strømsystemet, spiller en afgørende rolle for at sikre pålideligheden af hele strømnettet gennem deres sikre og stabile drift. Relæbeskyttelse fungerer som den første forsvarslinje for den sikre drift af transformeringsstationer. Nøjagtighed og hastighed i relæbeskyttelsen er direkte relateret til strømsystemets stabilit性：您的请求中包含了一些中文文本，但根据要求，我需要将其翻译成丹麦语。以下是完整的丹麦语翻译： ```html

I. Indledning

I de seneste år har den stigende skala af strømnettet medført, at transformeringsstationer, som vigtige knudepunkter i strømsystemet, spiller en afgørende rolle for at sikre pålideligheden af hele strømnettet gennem deres sikre og stabile drift. Relæbeskyttelse fungerer som den første forsvarslinje for den sikre drift af transformeringsstationer. Nøjagtighed og hastighed i relæbeskyttelsen er direkte relateret til strømsystemets stabilitет. Derfor er det af stor betydning at effektivt opdage fejlinformation fra relæbeskyttelsessystemet i transformeringsstationerne, hurtigt identificere og håndtere potentielle fejl for at sikre den sikre drift af strømsystemet.

Traditionelle metoder til opdagelse af relæbeskyttelsesfejl henvender sig hovedsageligt til manuelle inspektioner og regelmæssig vedligeholdelse. Disse metoder er ikke kun tidskrævende og arbejdskrævende, men kan heller ikke opnå realtidsovervågning. Dette resulterer i, at de ofte overser tidlige fejlindikatorer. Med den konstante udvikling af informationsteknologi, især fremskridt inden for computerteknologi og kommunikationsteknologi, har moderne systemer til opdagelse af fejlinformation fra relæbeskyttelse i transformeringsstationer begyndt at anvende automatiske metoder. Gennem realtidssamling af data kan disse systemer opnå realtidsovervågning af relæbeskyttelsens status og hurtigt lokalisere fejl.

Derfor foreslår denne artikel et system til opdagelse af fejlinformation fra relæbeskyttelse i transformeringsstationer baseret på moderne informationsteknologi og uddyber dets hardwarestruktur, softwareudvikling og eksperimentelle resultater.

II. Design af Systemets Hardwarestruktur
(1) Hovedcomputer

Designet af hovedcomputeren påvirker direkte systemets ydeevne. Dens hardwarestruktur bruger C8051F040-mikrokontrolleren som kernen. C8051F040-mikrokontrolleren er en højpresterende og lavstrømforbrugende mikrokontroller, der integrerer rigelige periferiressourcer, herunder analoge og digitale I/O-porter, tæller/timer, UART, SPI og I2C-kommunikationsgrænseflader osv. Disse egenskaber gør C8051F040 højst passende som kernen i hovedcomputeren, da den kan opfylde kravene til hurtig databehandling og kompleks kontrollogik.

For at sikre systemets evne til realtidsovervågning anvendes en højpresterende overvågningsenhed i designet af hovedcomputeren. Denne enhed inkluderer typisk en højhastigheds ADC (Analog-to-Digital Converter), DAC (Digital-to-Analog Converter) samt strøm- og spændingsovervågningskredsløb. Den kan samle og konvertere elektriske parametre i realtid, hvilket giver præcise data til fejldiagnose.

Samtidig skal hovedcomputeren kommunikere med nederste computer og fjernovervågningscenter. Designet inkluderer forskellige kommunikationsgrænseflader, såsom RS-232, RS-485 og Ethernet. Disse grænseflader sikrer hurtig datatransmission og muligheden for fjernstyring.

For at lette operatørernes overvågning og kontrol af systemet er hovedcomputeren også udstyret med en menneske-maskine interaktionsgrænseflade, normalt bestående af et LCD-skærm og et tastatur. Operatørerne kan bruge disse grænseflader til at se systemets status i realtid.

(2) Isoleringsovervågningssensor

For at opfylde ombudsmandsbehovet for DC-systemer i gamle kraftværker og transformeringsstationer, har personale designet en højpræcis løselig isoleringsovervågningssensor. Ved at anvende avancerede elektroniske teknologier og materialer har denne sensor høj følsomhed, høj stabilitet og lang levetid, og den kan fungere stabil selv under hårde miljøforhold.

Høj præcision er en vigtig ydeevnesindikator for isoleringsovervågningssensoren. Ved at bruge avancerede detektionsalgoritmer og elektroniske komponenter kan den præcist opdage små isoleringsændringer, hvilket sikrer nøyaktigheden og aktuelheden af fejlinformation.

Ved at opgradere og renovere termiske isoleringsanordninger i DC-systemer i gamle kraftværker og transformeringsstationer og ved at anvende højpræcise løselige isoleringsovervågningssensore, kan systemets sikkerhed væsentligt forbedres. Disse sensorer har kapaciteten til højpræcis detektion og kan hurtigt opdage isoleringsfejl, hvilket effektivt forebygger forekomsten af ulykker.

(3) Tidlig varselmodul

For at forbedre nøyaktigheden og reaktionshastigheden af tidlige varsler, integrerer denne modul normalt en dobbeltmekanisme af aktivt tidligt varsel og passivt tidligt varsel.

Aktivt tidligt varsel refererer til systemets proaktive opdagelse af elektriske parametre. Når parametrene afviger fra det normale område, vil et tidligt varsel signal umiddelbart blive udløst. Aktivt tidligt varsel henvender sig normalt til højpresterende sensorer og dataindsamlingsenheder. Disse enheder kan overvåge nøgleparametre som strøm, spænding og frekvens i realtid og analysere de relevante data gennem indbyggede algoritmer for at fastslå, om der er potentielle fejlrisici. Passivt tidligt varsel, på den anden side, involverer analyse af relevante elektriske parametre og udsendelse af et tidligt varsel signal, når systemet modtager eksterne signaler. For eksempel, når relæbeskyttelsesenheden i transformeringsstationen virker, vil passivt tidligt varselmodul blive aktiveret umiddelbart for at analysere årsagen til operationen og fastslå, om yderligere behandlingsforanstaltninger er nødvendige, som vist i figur 1.

Figur 1 Design af hardwarestruktur

I designet af tidligt varselmodulens hardwarestruktur kan kombinationen af aktivt tidligt varsel og passivt tidligt varsel betydeligt forbedre systemets evne til tidligt varsel og reaktionshastighed. Aktivt tidligt varsel kan overvåge elektriske parametre i realtid og hurtigt identificere potentielle fejlrisici, mens passivt tidligt varsel kan reagere hurtigt, når specifikke begivenheder opstår, og foretage dybdegående analyse af fejlårsager.

For effektivt at kombinere disse to tidlige varselsmetoder, skal følgende nøgleelementer overvejes i hardware-designet:

• Udvælgelse af sensorer og dataindsamlingsenheder: Højpræcise sensorer og dataindsamlingsenheder skal vælges for at sikre data-nøjagtighed.

• Dataprocessering og -analysekapacitet: Tidligt varsel-overvågningsmodulen bør have kraftfulde dataprocessering og -analysekapaciteter for hurtigt at identificere anormale data og træffe tidlige varsel-beslutninger.

• Kommunikationsgrænseflader og -protokoller: Modulen bør understøtte flere kommunikationsgrænseflader og -protokoller for at lette dataudveksling med andre systemer eller enheder.

• Pålidelighed: Hardware-designet bør sikre, at modulen kan fungere stabil i ekstreme miljøer, og anvende nødvendige sikkerhedsforanstaltninger for at forhindre misoperation og uautoriseret adgang.

III. Systemets Software Design
(1) Simuleringsmodel af fejlbelastningskarakteristikker

Kernen i systemet til opdagelse af fejlinformation fra relæbeskyttelse i transformeringsstationer ligger i dets software-strukturdesign, især opbygningen af statiske og dynamiske belastningsmodeller. Disse modeller har til formål at beskrive den aktive og reaktive effekt af belastningen under systemets drift, samt de langsomme ændringer i spænding og frekvens, og de udtrykkes normalt ved hjælp af polynomiske modeller. Statisk belastningsmodel udtrykkes normalt som:

hvor P og Q repræsenterer den aktive og reaktive effekt henholdsvis, V er spændingen, P0, Q0, V0 er værdierne i reference-tilstanden, og n og m er belastningskarakteristikkoefficienter.

Den dynamiske belastningsmodel er mere kompleks. Den tager højde for belastningens dynamiske respons på ændringer i spænding og frekvens, herunder flere tidskonstanter for at simulere belastningens responshastighed på ændringer i spænding og frekvens. Den dynamiske belastningsmodel kan udtrykkes som en række differentialligninger, der beskriver hastigheden af belastningens effekt over tid.

I software-strukturdesignet er disse modeller integreret i systemet til opdagelse af fejlinformation fra relæbeskyttelse for at overvåge og analysere transformeringsstationens driftsstatus i realtid. Systemet indsamler realtid-data, herunder strøm, spænding, effekt mv., og bruger disse modeller til beregninger for videnskabeligt at identificere potentielle fejltilstande.

(2) Indsamling af fejlinformation

For at sikre relæbeskyttelsesudstyrs pålidelighed er designet af systemet til opdagelse af fejlinformation særlig vigtigt, især delen om indsamling af fejlinformation. Denne del er normalt opdelt i tre moduler: indsamling af stabiltilstandsoplysninger, indsamling af midlertidige oplysninger og statusfilhåndtering.

Modulen til indsamling af stabiltilstandsoplysninger er hovedsageligt ansvarlig for at indsamle de elektriske parametre i transformeringsstationen under normal drift, som spænding, strøm, effekt mv. Disse data er grundlaget for at vurdere strømnettetils stand og også vigtige for fejlanalyse og -forudsigelse. Denne modul inkluderer normalt tre undermoduler: dataindsamling, databehandling og datalagring. Dataindsamlingsundermodulen henter elektriske parametre i realtid gennem grænsefladen med transformeringsstationens overvågningsystem; databehandlingsundermodulen foretager en præliminær analyse af de indsamlede data, fjerner anormale værdier, og formaterer data; datalagringsundermodulen gemmer de behandlede data i en database til efterfølgende analyse.

Midlertidige informationsindsamlingsmodul fokuserer på at fange midlertidige hændelser i strømnettet, som kortslutninger, åbne kredsløb og andre fejl. Disse midlertidige hændelser er ofte forbundet med skarpe ændringer i elektriske parametre, så højhastigheds- og højpræcision dataindsamlingsudstyr er nødvendigt. Denne modul inkluderer normalt tre undermoduler: højhastighedsdataindsamling, identifikation af midlertidige hændelser, og lagring af hændelsesdata. Højhastighedsdataindsamlingsundermodulen kan registrere ændringer i elektriske parametre med mikrosekundsnøjagtighed; identifikationsundermodulen for midlertidige hændelser vurderer, om en fejl er opstået, og identificerer præcis fejltypen ifølge foruddefinerede algoritmer; lagring af hændelsesdata undermodul gemmer den identificerede fejlinformation i en specifik database, hvilket er gavnligt for dybdegående analyse af personalet.

Statusfilhåndtering-modulen er ansvarlig for administration og vedligeholdelse af statusfiler for relæbeskyttelsesudstyr i transformeringsstationen, og den dokumenterer detaljeret nøgleinformation som konfigurationsdetaljer, driftsstatus og historiske fejlregistreringer for beskyttelsesudstyr. Den inkluderer hovedsageligt fire undermoduler: generering af statusfiler, opdatering, forespørgsel og backup. Generering undermodul genererer en initial statusfil ifølge den faktiske konfiguration af beskyttelsesudstyr; opdateringsundermodul opdaterer statusfilen, når udstyrsparametre eller -konfigurationer ændres; forespørgselsundermodul tillader brugere at forespørge information i statusfilen; backup-undermodul laver regelmæssige backups af statusfilen for effektivt at undgå datatab.

(3) Opdagelse af fejlinformation

Når stationkontrol-laget modtager alarminformationen "A-linje samlet netværksforbindelsesfejl" fra relæbeskyttelsen, bør systemet umiddelbart starte processen for opdagelse af fejlinformation for at bekræfte, om denne alarm er den eneste kilde, dvs. om andre enheder også har sendt lignende alarmer. I dette eksempel, hvis andre enheder ikke sender alarmer, vil systemet fokusere på informationen om "A-linje samlet netværksforbindelsesfejl".

For at behandle og analysere fejlinformation mere effektivt, designer systemet fem kombinationer af virtuelle slutpunkter og fejlkryds, som vist i tabel 1.

Hvert virtuelt slutpunkt er ansvarligt for forskellige opgaver, fra overvågning af netværksforbindelsesstatus til at give løsninger, danner en fuldstændig fejlbehandlingsproces. Gennem ovenstående software-strukturdesign kan systemet til opdagelse af fejlinformation fra relæbeskyttelse i transformeringsstationer effektivt opdage fejlinformation og sikre den sikre drift af transformeringsstationen. Særligt, når det modtager alarmanmeldelsen om "A-linje samlet netværksforbindelsesfejl", kan systemet reagere hurtigt og træffe tilsvarende foranstaltninger for at minimere fejlens indflydelse på strømsystemet.

IV. Eksperimentel verifikation
(1) Netværks topologi struktur

Netværks topologi struktur designet for relæbeskyttelses fejl information opdagingssystemet for 500 kV transformeringsstation, der blev taget i drift i 2023, overholder strengt de kerneprincipper om høj pålidelighed, høj tilgængelighed og nem vedligeholdelse. Dette system anvender en hierarkisk og distribueret netværksarkitektur, og dets implementerings trin er velorganiserede, og omfatter hovedsageligt følgende links.

• Dataindsamling: Gennem sensorer og dataindsamlingsenheder, der er installeret på forskellige nøgles knuder i transformeringsstationen, indsamles driftsdata fra relæbeskyttelsesenhederne i realtid.

• Datatransmission: Ved hjælp af netværkskommunikationsteknologi transmitteres de indsamlede data til data-behandlingscentret på en tidlig og præcis måde.

• Dataanalyse: I data-behandlingscentret bruges højpresterende computere og professionelle analyseringsprogrammer til at analysere data, identificere anormale mønstre og potentielle fejl.

• Fejldiagnose: Når en anormalitet er opdaget, udfører systemet automatisk fejldiagnose for at fastslå fejltypen og -pladsen.

• Alarm og reaktion: Systemet notificerer drifts- og vedligeholdelsespersonelet om fejlinformation gennem alarmsystemet og giver præliminære forslag til fejlbehandling.

• Fejlbehandling: Drifts- og vedligeholdelsespersonelet kan hurtigt træffe foranstaltninger til at håndtere fejlen i henhold til fejlinformationen og forslagene, der er givet af systemet, og dermed sikre det stabile drift af strømnettet.

(2) Eksperimentelle resultater og analyse

To opdagingssystemer blev anvendt i eksperimentet: det ene er det konventionelle sekundære kredsløbs online-opdagingssystem for relæbeskyttelse i transformeringsstationer baseret på SCD-filen, og det andet er systemet til opdagelse af fejlinformation fra relæbeskyttelse i transformeringsstationer baseret på rum-tidsanalyse. Begge systemer blev testet i samme transformeringsstationsmiljø for at sikre sammenligneligheden af resultaterne [8].

Eksperimentelle data viser, at maksimale isolerings-spændinger for positive og negative busbarer, målt af opdagingssystemet baseret på SCD-filen, er henholdsvis 192,1 V og 191,4 V, mens de tilsvarende værdier, målt af opdagingssystemet baseret på rum-tidsanalyse, er 190,3 V og 210,23 V henholdsvis. De specifikke data er vist i tabel 2.

Fra eksperimentresultaterne kan det ses, at opdagingssystemet baseret på rum-tidsanalyse har en noget lavere maksimal isolerings-spænding for den positive busbar sammenlignet med opdagingssystemet baseret på SCD-filen, men en noget højere værdi for den negative busbar. Dette indikerer, at opdagingssystemet baseret på rum-tidsanalyse kan give mere præcise målinger i visse situationer. Dog er denne forskel ikke betydelig. Derfor, for at få en mere dybdegående forståelse af ydeevnesforskellene mellem disse to systemer, kan det være nødvendigt at indsamle og analysere et stort antal eksperimentelle data.

V. Konklusion

Det nye system til opdagelse af fejlinformation fra relæbeskyttelse i transformeringsstationer, der er designet og studeret i denne artikel, kan overvåge relæbeskyttelsesenhedernes driftsstatus i realtid, automatisk analysere og diagnosticere fejlinformation, og hurtigt overføre fejlinformationen til drifts- og vedligeholdelsespersonelet via netværkskommunikationsteknologi. Dette gør det muligt for dem at træffe hurtige foranstaltninger for at forhindre fejlens udbredelse og sikre strømsystemets sikre og stabile drift.