Հեռավար կապի ստացիոնի ռելեյայի պաշտպանման սխալի տեղեկությունների հայտնաբերման համակարգի պроектирование
I. Ներածություն
Վերջին տարիների ընթացքում էլեկտրաէներգետիկ ցանցի սահմանների շարունակական ընդլայնման հետ միասին ենթակայքները, որպես էլեկտրաէներգետիկ համակարգի կարևոր հանգույցներ, իրենց անվտանգ և կայուն աշխատանքով դարձնում են ամբողջ էլեկտրաէներգետիկ ցանցի հավասարակշռության պահպանման համար հիմնական դեր: Ռելե-պահպանությունը ենթակայքների անվտանգ աշխատանքի առաջին սահմանագիծ է: Ռելե-պահպանության ճշգրտությունը և արագությունը ուղղակիորեն կապված են էլեկտրաէներգետիկ համակարգի կայունության հետ: Այդ պատճառով ենթակայքների ռելե-պահպանության համակարգի խնդրի տեղեկությունների անվտանգ հայտնաբերումը, հնարավոր խնդիրների ժամանակաշուր հայտնաբերումը և դրանց վերլուծությունը ունեն մեծ նշանակություն էլեկտրաէներգետիկ համակարգի անվտանգ աշխատանքի պահպանման համար:
Ռելե-պահպանության խնդիրների հայտնաբերման 鹘突的文本似乎没有完成，我将基于提供的规则继续翻译。若需要重新开始或有其他指示，请告诉我。
以下是剩余部分的翻译：
トラディционные методы обнаружения неисправностей релейной защиты в основном зависят от ручных проверок и регулярного обслуживания. Эти методы не только требуют много времени и усилий, но и не позволяют осуществлять мониторинг в реальном времени. В результате они часто пропускают ранние признаки неисправностей. С развитием информационных технологий, особенно компьютерных и коммуникационных технологий, современные системы обнаружения информации о неисправностях релейной защиты подстанций начали использовать автоматизированные методы. С помощью сбора данных в реальном времени эти системы могут обеспечивать мониторинг состояния релейной защиты и быстро локализовать неисправности.
Поэтому в данной статье предлагается система обнаружения информации о неисправностях релейной защиты подстанции на основе современных информационных технологий, и подробно описываются её аппаратная структура, программное обеспечение и экспериментальные результаты.
II. Проектирование аппаратной структуры системы Рисунок 1. Проектирование аппаратной структуры Выбор датчиков и устройств сбора данных: Необходимо выбрать высокоточные датчики и устройства сбора данных, чтобы обеспечить точность данных. Способность обработки и анализа данных: Модуль раннего обнаружения должен иметь мощные возможности обработки и анализа данных, чтобы быстро выявлять аномальные данные и делать выводы о раннем предупреждении. Интерфейсы и протоколы связи: Модуль должен поддерживать несколько интерфейсов и протоколов связи, чтобы облегчить обмен данными с другими системами или устройствами. Надежность: Проектирование аппаратуры должно обеспечивать, чтобы модуль мог стабильно работать в экстремальных условиях, и принять необходимые меры безопасности, чтобы предотвратить ошибочные действия и несанкционированный доступ. Сбор данных: Через датчики и устройства сбора данных, установленные на различных ключевых узлах подстанции, в реальном времени собираются данные о работе релейных защитных устройств. Передача данных: С использованием сетевых технологий связи собранные данные передаются в центр обработки данных вовремя и точно. Анализ данных: В центре обработки данных используются высокопроизводительные компьютеры и профессиональное программное обеспечение для анализа данных, выявления аномальных паттернов и потенциальных неисправностей. Диагностика неисправностей: При обнаружении аномалии система автоматически проводит диагностику неисправностей, чтобы определить тип и местоположение неисправности. Оповещение и реакция: Система уведомляет операционный и технический персонал о информации о неисправности через систему оповещения и предоставляет предварительные рекомендации по устранению неисправности. Устранение неисправностей: Операционный и технический персонал может быстро предпринять меры по устранению неисправности на основе информации и рекомендаций, предоставленных системой, обеспечивая стабильную работу энергосистемы.
(1) Головной компьютер
Проектирование головного компьютера напрямую влияет на производительность всей системы. Его аппаратная структура использует однокристальный микроконтроллер C8051F040 в качестве центрального процессора. Однокристальный микроконтроллер C8051F040 - это высокопроизводительный и низкотребовательный смешанный сигнал микроконтроллер, который интегрирует обширные периферийные ресурсы, включая аналоговые и цифровые порты ввода-вывода, таймеры/счетчики, UART, SPI и I2C интерфейсы связи и другие. Эти характеристики делают C8051F040 идеально подходящим для использования в качестве центрального процессора головного компьютера, способным удовлетворять требованиям высокоскоростной обработки данных и сложной логики управления.
Для обеспечения возможности мониторинга в реальном времени в проектировании головного компьютера используется высокопроизводительный модуль мониторинга. Этот модуль обычно включает высокоскоростной АЦП (аналого-цифровой преобразователь), ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) и схемы мониторинга напряжения/тока. Он может собирать и преобразовывать электрические параметры в реальном времени, предоставляя точную поддержку данных для диагностики неисправностей.
Кроме того, головной компьютер должен общаться с нижним компьютером и удаленным центром мониторинга. В проекте предусмотрены различные интерфейсы связи, такие как RS-232, RS-485 и Ethernet. Эти интерфейсы обеспечивают быструю передачу данных и возможность удаленного управления.
Для удобства операторов в мониторинге и управлении системой головной компьютер также оснащен интерфейсом человек-машина, обычно состоящим из LCD-дисплея и клавиатуры. Операторы могут использовать эти интерфейсы для просмотра состояния системы в реальном времени.
(2) Датчик изоляции
Для удовлетворения требований по модернизации постоянных токовых систем старых электростанций и подстанций, сотрудники разработали высокоточный съемный датчик изоляции. Используя передовые электронные технологии и материалы, этот датчик обладает высокой чувствительностью, стабильностью и длительным сроком службы, и может стабильно работать даже в суровых условиях.
Высокая точность является ключевым показателем производительности датчика изоляции. Используя передовые алгоритмы обнаружения и электронные компоненты, он может точно обнаруживать малейшие изменения изоляции, обеспечивая точность и своевременность информации о неисправностях.
Обновление и модернизация тепловых изоляционных устройств постоянных токовых систем старых электростанций и подстанций, а также использование высокоточных съемных датчиков изоляции значительно повышают безопасность системы. Эти датчики обладают способностью высокоточного обнаружения и могут быстро выявлять неисправности изоляции, тем самым эффективно предотвращая возникновение аварий.
(3) Модуль раннего обнаружения
Для улучшения точности и скорости реакции на ранние предупреждения, данный модуль обычно интегрирует двойной механизм активного и пассивного раннего обнаружения.
Активное раннее обнаружение означает, что система самостоятельно обнаруживает электрические параметры. Как только параметры выходят за пределы нормального диапазона, немедленно генерируется сигнал раннего предупреждения. Активное раннее обнаружение обычно опирается на высокопроизводительные датчики и устройства сбора данных. Эти устройства могут в реальном времени мониторить ключевые параметры, такие как ток, напряжение и частота, и анализировать соответствующие данные через встроенные алгоритмы, чтобы определить, есть ли потенциальные риски неисправностей. Пассивное раннее обнаружение, с другой стороны, включает анализ соответствующих электрических параметров и генерацию сигнала раннего предупреждения после получения внешних сигналов. Например, когда релейное защитное устройство на подстанции работает, пассивный модуль раннего обнаружения немедленно активируется для анализа причины работы и определения, требуется ли дальнейшая обработка, как показано на рисунке 1.
III. Проектирование программного обеспечения системы
(1) Моделирование характеристик нагрузки при неисправностях
Центральная часть системы обнаружения информации о неисправностях релейной защиты подстанции заключается в проектировании структуры программного обеспечения, особенно в создании статических и динамических моделей нагрузки. Эти модели предназначены для описания активной и реактивной мощности нагрузки во время работы системы, а также медленных изменений напряжения и частоты, и обычно выражаются полиномиальными моделями. Статическая модель нагрузки обычно выражается как:
где P и Q представляют активную и реактивную мощность соответственно, V - напряжение, P0, Q0, V0 - значения в исходном состоянии, а n и m - коэффициенты нагрузки.
Динамическая модель нагрузки более сложная. Она учитывает динамическую реакцию нагрузки на изменения напряжения и частоты, включая несколько временных констант, чтобы смоделировать скорость реакции нагрузки на изменения напряжения и частоты. Динамическая модель нагрузки может быть выражена серией дифференциальных уравнений, описывающих скорость изменения мощности нагрузки со временем.
В проектировании структуры программного обеспечения эти модели интегрируются в систему обнаружения информации о неисправностях релейной защиты, чтобы в реальном времени мониторить и анализировать состояние работы подстанции. Система собирает данные в реальном времени, включая ток, напряжение, мощность и т.д., и использует эти модели для расчетов, чтобы научно определять потенциальные условия неисправностей.
(2) Сбор информации о неисправностях
Для обеспечения надежности релейного оборудования особое значение имеет проектирование системы обнаружения информации о неисправностях, особенно части сбора информации о неисправностях. Эта часть обычно делится на три модуля: сбор стационарной информации, сбор переходной информации и управление файлами состояния.
Модуль сбора стационарной информации в основном отвечает за сбор электрических параметров подстанции в нормальном режиме работы, таких как напряжение, ток, мощность и т.д. Эти данные являются основой для оценки состояния работы энергосистемы и также важны для анализа и прогнозирования неисправностей. Этот модуль обычно включает три подмодуля: сбор данных, обработка данных и хранение данных. Подмодуль сбора данных получает электрические параметры в реальном времени через интерфейс с системой мониторинга подстанции; подмодуль обработки данных проводит предварительный анализ собранных данных, удаляет аномальные значения и форматирует данные; подмодуль хранения данных сохраняет обработанные данные в базе данных для последующего анализа.
Модуль сбора переходной информации сосредоточен на захвате переходных событий в энергосистеме, таких как короткие замыкания, разрывы и другие неисправности. Эти переходные события часто сопровождаются резкими изменениями электрических параметров, поэтому требуются высокоскоростные и высокоточные устройства сбора данных. Этот модуль обычно включает три подмодуля: высокоскоростной сбор данных, идентификация переходных событий и хранение данных событий. Подмодуль высокоскоростного сбора данных может записывать изменения электрических параметров с разрешением до микросекунд; подмодуль идентификации переходных событий определяет, произошла ли неисправность, и точно идентифицирует тип неисправности согласно заранее заданным алгоритмам; подмодуль хранения данных событий сохраняет идентифицированную информацию о неисправности в специальной базе данных, что способствует детальному анализу сотрудниками.
Модуль управления файлами состояния отвечает за управление и обслуживание файлов состояния релейного оборудования подстанции, подробно фиксируя ключевую информацию, такую как конфигурационные детали, состояние работы и исторические записи о неисправностях оборудования защиты. Он включает четыре подмодуля: создание файла состояния, обновление, запрос и резервное копирование. Подмодуль создания файла состояния генерирует начальный файл состояния в соответствии с фактической конфигурацией оборудования защиты; подмодуль обновления обновляет файл состояния при изменении параметров или конфигурации оборудования; подмодуль запроса позволяет пользователям запрашивать информацию в файле состояния; подмодуль резервного копирования регулярно выполняет резервное копирование файла состояния, чтобы эффективно избежать потери данных.
(3) Обнаружение информации о неисправностях
Когда уровень управления станции получает сигнал тревоги "Ошибка объединенной сети A-линии" от релейной защиты, система должна немедленно начать процесс обнаружения информации о неисправностях, чтобы подтвердить, является ли этот сигнал единственным источником, то есть, издавали ли другие устройства аналогичные сигналы тревоги. В данном примере, если другие устройства не издают сигналов тревоги, система будет сосредоточена на информации "Ошибка объединенной сети A-линии".
Для более эффективной обработки и анализа информации о неисправностях, система разрабатывает пять комбинаций виртуальных терминалов и узлов неисправностей, как показано в таблице 1.
Каждый виртуальный терминал отвечает за разные задачи, от мониторинга состояния сети до предоставления решений, образуя полный процесс обработки неисправностей. Благодаря вышеуказанному проектированию структуры программного обеспечения, система обнаружения информации о неисправностях релейной защиты подстанции может эффективно обнаруживать информацию о неисправностях и обеспечивать безопасную работу подстанции. Особенно, когда получено сообщение о тревоге "Ошибка объединенной сети A-линии", система может быстро реагировать и принимать соответствующие меры, чтобы минимизировать влияние неисправности на энергосистему.
IV. Экспериментальное подтверждение
(1) Топология сети
Топология сети, разработанная для системы обнаружения информации о неисправностях релейной защиты подстанции напряжением 500 кВ, введенной в эксплуатацию в 2023 году, строго следует основным принципам высокой надежности, высокой доступности и легкого обслуживания. Эта система использует иерархическую и распределенную сетевую архитектуру, и ее реализация хорошо организована, включая следующие этапы.
(2) Результаты эксперимента и анализ
В эксперименте были использованы две системы обнаружения: одна - традиционная система онлайн-обнаружения вторичных цепей релейной защиты подстанции на основе SCD-файла, другая - система обнаружения информации о неисправностях релейной защиты подстанции на основе пространственно-временного анализа. Обе системы были протестированы в одной и той же подстанции, чтобы обеспечить сравнимость результатов [8].
Экспериментальные данные показывают, что максимальные изоляционные напряжения положительной и отрицательной шин, измеренные системой на основе SCD-файла, составили 192.1 В и 191.4 В соответственно, в то время как соответствующие значения, измеренные системой на основе пространственно-временного анализа, составили 190.3 В и 210.23 В соответственно. Конкретные данные представлены в таблице 2.
Из экспериментальных результатов видно, что система на основе пространственно-временного анализа имеет немного меньшее максимальное изоляционное напряжение для положительной шины по сравнению с системой на основе SCD-файла, но немного большее значение для отрицательной шины. Это указывает на то, что система на основе пространственно-временного анализа может предоставлять более точные измерения в определенных ситуациях. Однако эта разница не значительна. Поэтому, чтобы получить более глубокое понимание различий в производительности между этими двумя системами, возможно, потребуется собрать и проанализировать большое количество экспериментальных данных.
V. Заключение
Новая система обнаружения информации о неисправностях релейной защиты подстанции, разработанная и исследованная в данной статье, может в реальном времени мониторить состояние работы релейных защитных устройств, автоматически анализировать и диагностировать информацию о неисправностях, и оперативно передавать информацию о неисправностях операционному и техническому персоналу через сетевые технологии связи. Это позволяет им своевременно предпринимать меры, чтобы предотвратить распространение неисправностей и обеспечить безопасную и стабильную работу энергосистемы.
