सबस्टेशन रिले सुरक्षा दोष जानकारी प्रणाली का डिज़ाइन

I. परिचय

हाल के वर्षों में, विद्युत ग्रिड के पैमाने के लगातार विस्तार के साथ, सबस्टेशन, विद्युत प्रणाली के एक महत्वपूर्ण नोड के रूप में, अपने सुरक्षित और स्थिर संचालन के माध्यम से पूरे विद्युत ग्रिड की विश्वसनीयता सुनिश्चित करने में बड़ी भूमिका निभाते हैं। रिले संरक्षण सबस्टेशन के सुरक्षित संचालन के लिए पहली पंक्ति का रक्षक के रूप में कार्य करता है। रिले संरक्षण की सटीकता और तीव्रता विद्युत प्रणाली की स्थिरता से सीधे संबद्ध है। इसलिए, सबस्टेशन रिले संरक्षण प्रणाली की दोष जानकारी का प्रभावी रूप से पता लगाना, संभावित दोषों की पहचान और समय पर उनका समाधान करना, विद्युत प्रणाली के सुरक्षित संचालन के लिए बहुत महत्वपूर्ण है।

रिले संरक्षण दोषों की पहचान के पारंपरिक तरीके मुख्य रूप से मैनुअल जांच और नियमित रखरखाव पर निर्भर करते हैं। ये तरीके न केवल समय और श्रम खर्च करने वाले हैं, बल्कि वास्तविक समय में निगरानी करने की क्षमता भी नहीं रखते। इस परिणामस्वरूप, वे दोषों के प्रारंभिक संकेतों को छूटने की संभावना रखते हैं। सूचना प्रौद्योगिकी के लगातार विकास, विशेष रूप से कंप्यूटर प्रौद्योगिकी और संचार प्रौद्योगिकी के प्रगति के साथ, आधुनिक सबस्टेशन रिले संरक्षण दोष जानकारी निगरानी प्रणालियाँ ऑटोमेटेड तरीकों का उपयोग शुरू कर रही हैं। वास्तविक समय में डेटा संग्रह के माध्यम से, ये प्रणालियाँ रिले संरक्षण की स्थिति की वास्तविक समय में निगरानी और दोषों को जल्दी से जल्दी ट्रेस करने में सक्षम हैं।

इसलिए, यह पेपर आधुनिक सूचना प्रौद्योगिकी पर आधारित एक सबस्टेशन रिले संरक्षण दोष जानकारी निगरानी प्रणाली प्रस्तावित करता है और इसकी हार्डवेयर संरचना, सॉफ्टवेयर डिजाइन, और प्रयोगात्मक परिणामों पर विस्तार से चर्चा करता है।

II. प्रणाली हार्डवेयर संरचना का डिजाइन
(1) मेजबान कंप्यूटर

मेजबान कंप्यूटर के डिजाइन से पूरी प्रणाली के प्रदर्शन पर सीधा प्रभाव पड़ता है। इसकी हार्डवेयर संरचना C8051F040 सिंगल-चिप माइक्रोकंट्रोलर को कोर प्रोसेसर के रूप में उपयोग करती है। C8051F040 सिंगल-चिप माइक्रोकंट्रोलर एक उच्च प्रदर्शन और निम्न ऊर्जा वाला मिश्रित सिग्नल माइक्रोकंट्रोलर है जो विशाल परिधीय संसाधनों, जिनमें एनालॉग और डिजिटल I/O पोर्ट, टाइमर/काउंटर, UART, SPI, और I2C संचार इंटरफेस शामिल हैं, को एकीकृत करता है। इन विशेषताओं के कारण C8051F040 को मेजबान कंप्यूटर के कोर प्रोसेसर के रूप में उपयोग करना बहुत उपयुक्त है, जो उच्च-गति के डेटा प्रोसेसिंग और जटिल नियंत्रण तर्क की आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है।

प्रणाली की वास्तविक समय में निगरानी की क्षमता सुनिश्चित करने के लिए, मेजबान कंप्यूटर के डिजाइन में एक उच्च प्रदर्शन वाली निगरानी इकाई का उपयोग किया गया है। यह इकाई आमतौर पर एक उच्च-गति का ADC (एनालॉग-टू-डिजिटल कन्वर्टर), DAC (डिजिटल-टू-एनालॉग कन्वर्टर), और वोल्टेज/करंट निगरानी सर्किट शामिल होती है। यह विद्युत पैरामीटरों को वास्तविक समय में संग्रहित और रूपांतरित कर सकती है, जिससे दोष निदान के लिए सटीक डेटा समर्थन उपलब्ध होता है।

साथ ही, मेजबान कंप्यूटर को निचले कंप्यूटर और दूरी से निगरानी केंद्र के साथ संचार करना चाहिए। डिजाइन में RS-232, RS-485, और ईथरनेट जैसे विभिन्न संचार इंटरफेस शामिल किए गए हैं। ये इंटरफेस डेटा के तेज ट्रांसमिशन और दूरी से नियंत्रण की क्षमता को सुनिश्चित करते हैं।

संचालकों को प्रणाली की स्थिति को वास्तविक समय में देखने और नियंत्रित करने की सुविधा प्रदान करने के लिए, मेजबान कंप्यूटर को एक मानव-मशीन इंटरैक्शन इंटरफेस, आमतौर पर एक LCD डिस्प्ले स्क्रीन और एक कीबोर्ड से लैस किया गया है। संचालक इन इंटरफेसों का उपयोग प्रणाली की स्थिति को वास्तविक समय में देखने के लिए कर सकते हैं।

(2) इन्सुलेशन डिटेक्शन सेंसर

पुराने विद्युत संयंत्रों और सबस्टेशनों के DC प्रणालियों के पुनर्निर्माण की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, कर्मचारियों ने एक उच्च-प्रदर्शन वाला खोल-सकने वाला इन्सुलेशन डिटेक्शन सेंसर डिजाइन किया है। उन्नत इलेक्ट्रॉनिक प्रौद्योगिकियों और सामग्रियों का उपयोग करके, यह सेंसर उच्च संवेदनशीलता, उच्च स्थिरता, और लंबी सेवारत अवधि की विशेषताओं के साथ आता है, और यह बुरी परिस्थितियों में भी स्थिर रूप से काम कर सकता है।

उच्च-प्रदर्शन वाला इन्सुलेशन डिटेक्शन सेंसर का एक महत्वपूर्ण प्रदर्शन संकेतक है। उन्नत डिटेक्शन एल्गोरिदम और इलेक्ट्रॉनिक घटकों का उपयोग करके, यह छोटे-छोटे इन्सुलेशन परिवर्तनों को सटीक रूप से डिटेक्ट कर सकता है, जिससे दोष जानकारी की सटीकता और समय पर उपलब्धता सुनिश्चित होती है।

पुराने विद्युत संयंत्रों और सबस्टेशनों के DC प्रणालियों के थर्मल इन्सुलेशन उपकरणों को अपग्रेड और पुनर्निर्माण करने और उच्च-प्रदर्शन वाले खोल-सकने वाले इन्सुलेशन डिटेक्शन सेंसरों का उपयोग करने से, प्रणाली की सुरक्षा में बहुत बड़ी वृद्धि हो सकती है। ये सेंसर उच्च-प्रदर्शन वाला डिटेक्शन कर सकते हैं और इन्सुलेशन दोषों को जल्दी से डिटेक्ट कर सकते हैं, जिससे दुर्घटनाओं को प्रभावी रूप से रोका जा सकता है।

(3) पूर्व सूचना डिटेक्शन मॉड्यूल

पूर्व सूचनाओं की सटीकता और प्रतिक्रिया समय को बढ़ाने के लिए, इस मॉड्यूल में आमतौर पर सक्रिय पूर्व सूचना और निष्क्रिय पूर्व सूचना की दोहरी तकनीक शामिल होती है।

सक्रिय पूर्व सूचना इलेक्ट्रिक पैरामीटरों की प्रणाली द्वारा आक्रमणपूर्वक डिटेक्शन का संकेत देती है। जब पैरामीटर निर्धारित सीमा से भिन्न होते हैं, तो एक पूर्व सूचना संकेत तुरंत ट्रिगर होता है। सक्रिय पूर्व सूचना आमतौर पर उच्च-प्रदर्शन वाले सेंसरों और डेटा संग्रह उपकरणों पर निर्भर करती है। ये उपकरण वर्तमान, वोल्टेज, और फ्रीक्वेंसी जैसे महत्वपूर्ण पैरामीटरों को वास्तविक समय में निगरानी कर सकते हैं और बिल्ट-इन एल्गोरिदम के माध्यम से संबंधित डेटा का विश्लेषण कर सकते हैं, जिससे निर्धारित किया जा सकता है कि क्या कोई संभावित दोष जोखिम है। निष्क्रिय पूर्व सूचना, दूसरी ओर, बाहरी संकेतों को प्राप्त करने के बाद इलेक्ट्रिक पैरामीटरों के विश्लेषण का संकेत देती है। उदाहरण के लिए, जब सबस्टेशन में रिले संरक्षण उपकरण कार्य करता है, तो निष्क्रिय पूर्व सूचना मॉड्यूल तुरंत सक्रिय हो जाता है, जो कार्य के कारण का विश्लेषण करता है और यह निर्धारित करता है कि क्या आगे के निपटान की आवश्यकता है, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है।

चित्र 1 हार्डवेयर संरचना डिजाइन

पूर्व सूचना डिटेक्शन मॉड्यूल के हार्डवेयर संरचना डिजाइन में, सक्रिय पूर्व सूचना और निष्क्रिय पूर्व सूचना को जोड़ने से प्रणाली की पूर्व सूचना की क्षमता और प्रतिक्रिया समय में बहुत बड़ी वृद्धि हो सकती है। सक्रिय पूर्व सूचना इलेक्ट्रिक पैरामीटरों को वास्तविक समय में निगरानी कर सकती है और तेजी से संभावित दोष जोखिमों की पहचान कर सकती है; जबकि निष्क्रिय पूर्व सूचना विशिष्ट घटनाओं के दौरान तेजी से प्रतिक्रिया कर सकती है और दोष के कारणों का गहरा विश्लेषण कर सकती है।

इन दो पूर्व सूचना तकनीकों को प्रभावी रूप से जोड़ने के लिए, हार्डवेयर डिजाइन में निम्नलिखित महत्वपूर्ण तत्वों को ध्यान में रखना आवश्यक है:

• सेंसरों और डेटा संग्रह उपकरणों का चयन: उच्च-प्रदर्शन वाले सेंसर और डेटा संग्रह उपकरणों का चयन किया जाना चाहिए ताकि डेटा की सटीकता सुनिश्चित की जा सके।

• डेटा प्रोसेसिंग और विश्लेषण की क्षमता: पूर्व सूचना निगरानी मॉड्यूल में शक्तिशाली डेटा प्रोसेसिंग और विश्लेषण की क्षमता होनी चाहिए ताकि असामान्य डेटा की तेजी से पहचान और पूर्व सूचना की निर्णय ली जा सके।

• संचार इंटरफेस और प्रोटोकॉल: मॉड्यूल अन्य प्रणालियों या उपकरणों के साथ डेटा विनिमय करने के लिए विभिन्न संचार इंटरफेस और प्रोटोकॉलों का समर्थन करना चाहिए।

• विश्वसनीयता: हार्डवेयर डिजाइन में यह सुनिश्चित किया जाना चाहिए कि मॉड्यूल अत्यधिक परिस्थितियों में भी स्थिर रूप से काम कर सके और गलत संचालन और अनधिकृत पहुंच से रोकने के लिए आवश्यक सुरक्षा उपाय अपनाए जाएं।

III. प्रणाली सॉफ्टवेयर डिजाइन
(1) दोष लोड विशेषताओं का सिमुलेशन मॉडेलिंग

सबस्टेशन रिले संरक्षण दोष जानकारी निगरानी प्रणाली का कोर सॉफ्टवेयर संरचना डिजाइन, विशेष रूप से स्थैतिक और गतिशील लोड मॉडलों का निर्माण में निहित है। ये मॉडल प्रणाली के संचालन के दौरान लोड की सक्रिय और ऋणात्मक शक्ति, और वोल्टेज और फ्रीक्वेंसी में धीमी परिवर्तनों का वर्णन करने के लिए उपयोग किए जाते हैं, और आमतौर पर बहुपद मॉडलों के माध्यम से व्यक्त किए जाते हैं। स्थैतिक लोड मॉडल आमतौर पर इस प्रकार व्यक्त किया जाता है:

जहाँ P और Q क्रमशः सक्रिय और ऋणात्मक शक्ति को दर्शाते हैं, V वोल्टेज है, P0, Q0, V0 रेफरेंस स्थिति में मूल्य हैं, और n और m लोड विशेषता गुणांक हैं।

गतिशील लोड मॉडल अपेक्षाकृत जटिल है। यह वोल्टेज और फ्रीक्वेंसी में परिवर्तनों पर लोड की गतिशील प्रतिक्रिया को ध्यान में रखता है, जिसमें वोल्टेज और फ्रीक्वेंसी परिवर्तनों के लोड की प्रतिक्रिया गति को सिमुलेट करने के लि