Подстанция реле корғау қатынасының қате ақпаратын басқару жүйесінің құрылымы

I. Кіріспе

Жаңы жылдарда, электр тармактын масштабынын айрымдысыз кеңейісімен, подстанциялар, электр системасындагы маанилі бөлшектер ретінде, өздерінің қауіпсіз және стабилді қызмет етуі арқылы бүкіл электр тармактың ынталандығын қамтамасыз етуде маңызды рөл атқарады. Релейдік қорғау подстанциялардың қауіпсіз қызмет етуінің бірінші сақтау сызығы болып табылады. Релейдік қорғаудың тактығы мен жылдамдығы электр системасының стабилдігімен тікелей байланысты. Сондықтан, подстанция релейдік қорғау системасының қату ақпаратын еффективті табу, мүмкін болатын қатуларды уақытша тауып, шешу, электр системасының қауіпсіз қызмет етуін сақтауда үлкен маңыздылықка ие.

Релейдік қорғау қатуларын табудың традиционды методтары негізінен адам қолымен тексерулер мен регулярлық қызметтерге тереңделеді. Бұл әдістер неше уақытты және жұмысшыларды талап етеді, олар реалдық уақытты бақылауға жетіспейді. Сондықтан, алғашқы қату белгілерін қоюға болады. Ақпарат технологияларының, әсіресе компьютердік және хабарласу технологияларының өзара өсуімен, модерн подстанция релейдік қорғау қату ақпаратын табу жүйелері автоматты әдістерді қолдануда бастады. Реалдық уақыттық деректерді жинау арқылы, бұл жүйелер релейдік қорғау ағымдағы абалын реалдық уақытты бақылау және қатуларды тез табуға қол жеткізе алады.

Сонымен, бұл жазба IEE-Business модерн ақпарат технологияларына негізделген подстанция релейдік қорғау қату ақпаратын табу жүйесін ұсынады және оның аппараттық құрылымы, программалық құрылымы және эксперименттік нәтижелерін толық түсіндіреді.

II. Жүйе аппараттық құрылымын құру
(1) Басқару компьютері

Басқару компьютерінің құрылымы бүкіл жүйенің қызмет етуіне тікелей тәсіл етеді. Оның аппараттық құрылымы C8051F040 микроконтроллерін негізгі процессор ретінде пайдаланады. C8051F040 микроконтроллері - бұл ыңғайлы энергия жұмсаушылығы және күшейтілген сигналды микроконтроллері, ол аналогды-цифрлық және цифрлық-аналогды ішкі құрылымдар, таймер/санақшы, UART, SPI және I2C хабарласу интерфейстерін интегралдайды. Бұл өзінің өзінің мүмкіндіктерінің C8051F040-ті басқару компьютерінің негізгі процессоры ретінде қолдануға ыңғайлы етеді, бұл жоғары жылдамдықты деректерді өңдеу мен татаулы логикалық басқару талаптарын қанағаттандыратын.

Жүйенің реалдық уақытты бақылау қабілетін қамтамасыз ету үшін, басқару компьютерінің құрылымында жоғары өнеркәсіптік бақылау бөлігі қолданылады. Бұл бөлік түбірінде жоғары жылдамдықты ADC (аналогды-цифрлық конвертор), DAC (цифрлық-аналогды конвертор) және напрямление/ток бақылау цептерін қамтитын. Ол реалдық уақытта электр параметрлерін жинау және айналдыру, қату диагностика үшін так деректерді қамтамасыз етеді.

Осымен қатар, басқару компьютері төменгі компьютермен және алыстап бақылау орталығымен хабарласу үшін RS-232, RS-485 және Ethernet сияқты арнайы хабарласу интерфейстерін қолданады. Бұл интерфейстер деректерді тез өту және алыс басқару қабілетін қамтамасыз етеді.

Операторлардың жүйені бақылау және басқару үшін, басқару компьютерінің LCD экраны мен клавиатура арқылы адам-машина интерфейсі де қосылған. Операторлар осы интерфейстер арқылы реалдық уақытта жүйенің абалын қарауға болады.

(2) Изоляция бақылау сенсоры

Ескі электр станцияларында және подстанцияларда DC жүйелерін жаңарту талаптарына сай, қызметкерлер жоғары дәлдікті ажыратылатын изоляция бақылау сенсорын құрды. Соңғы электроникалық технологиялар және материалдарды қолдану арқылы, бұл сенсор жоғары сезімділік, стабилділік және ұзақ қызмет ету мерзіміне ие, және жақсы емес абалда да стабилді қызмет етуі мүмкін.

Изоляция бақылау сенсорының негізгі өзіндік қасиеттерінің бірі - жоғары дәлдік. Жаңартылған бақылау алгоритмдері мен электроникалық компоненттер арқылы, ол қысқа изоляция өзгерістерін так табуға, қату ақпаратының дәлдігі мен уақыттың өзара байланысын қамтамасыз етуге мүмкіндік береді.

Ескі электр станцияларында және подстанцияларда DC жүйелерінің термоизоляциялық құрылымдарын жаңарту және жоғары дәлдікті ажыратылатын изоляция бақылау сенсорларын қолдану арқылы, жүйенің қауіпсіздігін өте қарай арттыруға болады. Бұл сенсорлар жоғары дәлдікті бақылау қабілетіне ие және изоляция қатуларын тез табуға, сонымен қатар, қату оқиғаларының пайда болуын өту үшін ыңғайлы.

(3) Ескерту бақылау модулі

Ескертулердің дәлдігі мен жауапкершілігін жақсарту үшін, бұл модуль көбінесе активті және пассивті ескертулердің екі механизмін бірге қосады.

Активті ескерту - бұл жүйенің электр параметрлерін өзінізден тексеруі. Электр параметрлері нормалды диапазоннан шығып кеткен кезде, тутынушы ескерту сигналы тутынуы мүмкін. Активті ескерту көбінесе жоғары өнеркәсіптік сенсорлар және деректерді жинау құрылымдарына тиесілі. Бұл құрылымдар реалдық уақытта ток, напрямление және частота сияқты маңызды параметрлерді бақылау және ішкі алгоритмдер арқылы деректерді талдау арқылы, қату рискалары бар-жоғын анықтауға мүмкіндік береді. Пассивті ескерту - бұл электр параметрлерін талдау және жүйе сыртқы сигналдарды алған кезде тутынушы ескерту сигналын беру. Мысалы, подстанциядағы релейдік қорғау құрылғысы қызмет еткен кезде, пассивті ескерту модулі тутынуы мүмкін, ол қызмет ету себебін талдау және қосымша қадамдарды қажет етіп-етпеңізді анықтау үшін, суретте көрсетілгендей.

Сурет 1 Аппараттық құрылымды құру

Ескерту бақылау модулінің аппараттық құрылымында активті және пассивті ескертулерді бірге қосу, жүйенің ескерту қабілеті мен жауапкершілігін өте қарай жақсартуға мүмкіндік береді. Активті ескерту электр параметрлерін реалдық уақытта бақылау және қату рискаларын тез табуға, ал пассивті ескерту әртүрлі оқиғалар пайда болғанда тез жауап беру және қату себептерін терең талдауға мүмкіндік береді.

Бұл екі ескерту әдісін еффективті түрде бірге қосу үшін, аппараттық құрылымда төмендегі маңызды элементтерді ескеру керек:

• Сенсорларды және деректерді жинау құрылымдарын таңдау: Деректердің дәлдігін қамтамасыз ету үшін жоғары дәлдікті сенсорлар және деректерді жинау құрылымдарын таңдау керек.

• Деректерді өңдеу және талдау қабілеті: Ескерту бақылау модулінің жоғары өнеркәсіптік деректерді өңдеу және талдау қабілеті болуы керек, ол тез аномалды деректерді табу және ескерту жоюын жасауға мүмкіндік береді.

• Хабарласу интерфейстері және протоколдары: Модуль көптеген хабарласу интерфейстері мен протоколдарын қолдану керек, бұл басқа жүйелер немесе құрылымдармен деректерді алмасуға мүмкіндік береді.

• Тәуелсіздік: Аппараттық құрылым модульдің экстремалды абалда стабилді қызмет етуін қамтамасыз ету үшін, ол қажетті қауіпсіздік шарттарын қолдану үшін, ол қату қызмет ету мен риза болмаған жолмен кіруге болмайды.

III. Жүйе программалық құрылымын құру
(1) Қату жүк характеристикасын модельдеу

Подстанция релейдік қорғау қату ақпаратын табу жүйесінің негізі - оның программалық құрылымын құру, әсіресе статикалық және динамикалық жүк моделдерін құру. Бұл моделдер жүк қызмет ету арқылы активті және реактивті күштерді, напрямление және частота өзгерістерін сипаттайтын, көбінесе көпчүлік теңдеулер арқылы білдіреді. Статикалық жүк модельі көбінесе мына түрде білдіріледі:

мұнда P және Q - активті және реактивті күштер, V - напрямление, P0, Q0, V0 - басқалау абалындагы мәндер, ал n және m - жүк характеристикасының коэффициенттері.

Динамикалық жүк модельі қатты татаулы. Ол напрямление және частота өзгерістеріне жүк қызмет етуін ескере отырып, напрямление және частота өзгерістеріне жүк қызмет етуінің жылдамдығын сипаттайтын бірнеше уақыттық тұрақтыларды қамтитын. Динамикалық жүк модельі жүк күштерінің уақытша өзгерісін сипаттайтын дифференциалдық теңдеулер сериясы арқылы білдіріледі.

Программалық құрылымда, бұл моделдер подстанция релейдік қорғау қату ақпаратын табу жүйесіне интегралданады, ол реалдық уақытта подстанцияның қызмет ету абалын бақылау және талдау үшін қолданылады. Жүйе реалдық уақытта ток, напрямление, күш сияқты деректерді жинау, оларды өлшену үшін қолданылады, осылайша қату мүмкіндіктерін илиммен анықтауға мүмкіндік береді.

(2) Қату ақпаратын жинау

Релейдік қорғау құрылғыларының ынталандығын қамтамасыз ету үшін, қату ақпаратын табу жүйесін құру өте маңызды, әсіресе қату ақпаратын жинау бөлігі. Бұл бөлік көбінесе үш модульден тұрады: тұрақты жүк ақпаратын жинау, күнделікті ақпаратты жинау және абал файлдарын басқару.

Тұрақты жүк ақпаратын жинау модулі негізінен подстанцияның нормалды қызмет ету арқылы напрямление, ток, күш сияқты электр параметрлерін жинау үшін қолданылады. Бұл деректер электр тармактың қызмет ету абалын бағалау үшін негіз, олар қату талдау және болжау үшін де маңызды. Бұл модулде көбінесе үш алдыңғы модуль: деректерді жинау, деректерді өңдеу және деректерді сақтау. Деректерді жинау алдыңғы модулі подстанция бақылау жүйесімен байланысты, электр параметрлерін реалдық уақытта алу; деректерді өңдеу алдыңғы модулі жиналған деректерді басқару, аномалды мәндерді жою, деректерді форматтау; деректерді сақтау алдыңғы модулі өңделген деректерді базада сақтау, оларды кейінгі талдау үшін.

Күнделікті ақпаратты жинау модулі электр тармактағы күнделікті оқиғаларды, мисалы, күртеу, ашылу және басқа қатуларды табуға бейімделген. Бұл күнделікті оқиғалар электр параметрлерінің тез өзгерісімен соптанады, сондықтан жоғары жылдамдық пен дәлдікті деректерді жинау құрылымдары қажет. Бұл модулде көбінесе үш алдыңғы модуль: жоғары жылдамдықты деректерді жинау, күнделікті оқиғаны анықтау және оқиға деректерін сақтау. Жоғары жылдамдықты деректерді жинау алдыңғы модулі электр параметрлерінің өзгерісін микросекундтік деңгейде жазып алады; күнделікті оқиғаны анықтау алдыңғы модулі қату пайда болған-болмағанын, оқиғаның түрін анықтау үшін болжамды алгоритмдер арқылы; оқиға деректерін сақтау алдыңғы модулі анықталған қату ақпаратын әртүрлі базада сақтау, оларды кейінгі талдау үшін.

Абал файлдарын басқару модулі подстанция релейдік қорғау құрылғыларының абал файлдарын басқару және қызмет ету үшін жоғары маңызды. Ол қорғау құрылғыларының конфигурациясы, қызмет ету абалы және тарихи қату запистары сияқты негізгі ақпаратты толық жазып қояды. Ол көбінесе төрт алдыңғы модульден тұрады: абал файлын жасау, жаңарту, іздеу және бекап жасау. Жасау алдыңғы модулі қорғау құрылғыларының нақты конфигурациясына қарай бастапқы абал файлын жасайды; жаңарту алдыңғы модулі құрылғылардың параметрлері немесе конфигурациясы өзгерген кезде абал файлын жаңартады; іздеу алдыңғы модулі пайдаланушыларға абал файлындағы ақпаратты іздеуге мүмкіндік береді; бекап жасау алдыңғы модулі абал файлын тұрақты қалыптастыру арқылы деректерді жою қауіпін минималдауға мүмкіндік береді.

(3) Қату ақпаратын табу

Станция басқару деңгейі "A-лініясының біріктірілген тармакқа қосылу қатесі" деп релейдік қорғаудан хабарландыған кезде, жүйе тутынуы керек қату ақпаратын табу процесін бастау, осы хабарлау қатесінің біреуі екендігін, яғни, басқа құрылғылар да схожие хабарламалар берген-бермегенін анықтау. Бұл мысалда, егер басқа құрылғылар хабарлама бермесе, жүйе "A-лініясының біріктірілген тармакқа қосылу қатесі" ақпаратына назар аударады.

Қату ақпаратын еффективтірі табу және талдау үшін, жүйе бес виртуалды терминал және қату нодтарының комбинациясын құрады, суретте көрсетілгендей.

Әрбір виртуалды терминал әртүрлі тапсырмаларды атқарады, тармакқа қосылу абалын бақылаудан шешімдер беруге дейін, толық қату басқару процесін құрайды. Бұл программалық құрылым арқылы, подстанция релейдік қорғау қату ақпаратын табу жүйесі