Pārtraukuma aizsardzības sistēmas defektu informācijas detektēšanas sistēmas dizains
I. Ievads
Gadu gaitā, ar elektrotīkla mēroga nepārtrauktu paplašināšanos, pārveidotnes, kā svarīgi nodalījumi elektrosistēmā, spēlē būtisku lomu, nodrošinot veselā elektrotīkla uzticamību, caur savu drošo un stabilo darbību. Releja aizsardzība ir pirmā aizsardzības līnija pārveidotņu drošai darbībai. Releja aizsardzības precizitāte un ātrums tiek tieši saistīti ar elektrosistēmas stabilitāti. Tādēļ, efektīva pārveidotņu releja aizsardzības sistēmas defektu informācijas izsekotne, laikus identificējot un risinājot potenciālus defektus, ir ļoti nozīmīga, lai aizsargātu elektrosistēmas drošu darbību.
Parastie metodes releja aizsardzības defektu izsekotnei bieži atkarīgas no manuālām inspekcijām un regulārām apkopšanām. Šīs metodes ne tikai ir ilgstošas un rūpnieciskas, bet arī nevar sasniegt reāllaiku monitorēšanu. Tā rezultātā tās ir ciešanas no agrīno defektu signālu zaudēšanas. Ar informācijas tehnoloģiju nepārtrauktu attīstību, īpaši datoru un sakaru tehnoloģiju progresu, modernās pārveidotņu releja aizsardzības defektu informācijas izsekotnes sistēmas sāk pieņemt automatizētas metodes. Caurlaidīgo datu iegūšanu šīs sistēmas var sasniegt reāllaiku releja aizsardzības statusa monitorēšanu un ātri noteikt defektus.
Tādēļ, šajā rakstā tiek piedāvāta pārveidotņu releja aizsardzības defektu informācijas izsekotnes sistēma, balstoties uz modernām informācijas tehnoloģijām, un tās aparātu struktūras, programmatūras dizainu un eksperimentālos rezultātus detalizēti apraksta.
II. Sistēmas aparātu struktūras dizains
(1) Galvenais dators
Galvenā datora dizains tieši ietekmē visu sistēmas veiktspēju. Tā aparātu struktūra izmanto C8051F040 vienčipu mikrodatoru kā centrālo procesoru. C8051F040 vienčipa mikrodators ir augstas veiktspējas un zemas patēriņa misignāls mikrodators, kas integrē daudzas perifērijas resursus, tostarp analoģus un digitālus I/O portus, taimeri/skaitītāji, UART, SPI un I2C sakaru interfeisu utt. Šīs īpašības padara C8051F040 par ideālu galvenā datora centrālo procesoru, spējot apmierināt augstas ātruma datu apstrādes un sarežģītu kontroles loģikas prasības.
Lai nodrošinātu sistēmas reāllaiku monitorēšanas spēju, galvenā datora dizainā tiek izmantots augstas veiktspējas monitorēšanas modulis. Šis modulis parasti ietver augstas ātruma ADC (Analog-to-Digital Converter), DAC (Digital-to-Analog Converter) un voldabla/strāvas monitorēšanas shēmas. Tas var reālā laikā iegūt un konvertēt elektriskos parametrus, sniedzot precīzu datu atbalstu defektu diagnosticēšanai.
Turklāt, galvenajam datoram jāsakarot ar nelielu datoru un attālināto monitorēšanas centru. Dizainā ir iekļauti dažādi sakaru interfeisi, piemēram, RS-232, RS-485 un Ethernet. Šie interfeisi nodrošina ātru datu pārraidīšanu un attālinātas kontrolēšanas spēju.
Lai palīdzētu operatoriem monitorēt un kontrolēt sistēmu, galvenajam datoram ir aprīkots ar cilvēka-datora interakcijas interfeisu, parasti sastāvotu no LCD displeja un taustu klaviatūras. Operatori var izmantot šos interfeisus, lai reālā laikā skatītos sistēmas statusu.
(2) Izolācijas detektora sensors
Lai atbilstu vecāko elektrostaciju un pārveidotņu DC sistēmu renovācijas prasībām, personāls ir izstrādājis augstas precizitātes atsevišķu izolācijas detektora sensoru. Izmantojot pašreizējās elektronikas tehnoloģijas un materiālus, šis sensors raksturojas ar augstu jūtību, stabilitāti un ilgu izmantošanas periodu, un tas var stabilā veidā darboties pat smagās vides apstākļos.
Augsta precizitāte ir galvenais izolācijas detektora sensora veiktspējas rādītājs. Izmantojot pašreizējās detektācijas algoritmus un elektronikas komponentus, tas var precīzi detektēt mazus izolācijas maiņus, nodrošinot defektu informācijas precizitāti un laikusību.
Vecāko elektrostaciju un pārveidotņu DC sistēmu termoizolācijas ierīču atjaunošana un renovācija, izmantojot augstas precizitātes atsevišķus izolācijas detektora sensorus, var būtiski uzlabot sistēmas drošību. Šie sensori spēj veikt augstas precizitātes detektāciju un laikus identificēt izolācijas defektus, efektīvi novēršot notikumu radīšanu.
(3) Agrīnas brīdinājuma detektora modulis
Lai uzlabotu agrīnu brīdinājumu precizitāti un atbildes ātrumu, šis modulis parasti integra divu mehānismu sistēmu - aktīvu agrīnu brīdinājumu un pasīvu agrīnu brīdinājumu.
Aktīvs agrīns brīdinājums attiecas uz sistēmas iniciatīvo elektrisku parametru detektāciju. Ja parametri atšķiras no normālā diapazona, tūlīt tiek aktivizēts agrīns brīdinājuma signāls. Aktīvs agrīns brīdinājums parasti atkarīgs no augstas veiktspējas sensoriem un datu iegūšanas ierīcēm. Šīs ierīces var reālā laikā monitorēt galvenos parametrus, piemēram, strāvu, voldablu un frekvenci, un analizēt atbilstošos datus ar iebūvētajiem algoritmiem, lai noskaidrotu, vai pastāv potenciāli defektu riski. Pasīvs agrīns brīdinājums, savukārt, attiecas uz atbilstošu elektrisko parametru analīzi un agrīna brīdinājuma signāla izsniegšanu, kad sistēma saņem ārējos signālus. Piemēram, kad pārveidotnes releja aizsardzības ierīce strādā, pasīvais agrīns brīdinājuma modulis tūlīt tiek aktivizēts, lai analizētu darbības cēloni un noskaidrotu, vai nepieciešamas turpmākas rīcības pasākumi, kā to parāda Attēls 1.
Attēls 1 Aparātu struktūras dizains
Agrīnas brīdinājuma detektora moduļa aparātu struktūras dizainā, aktīva un pasīva agrīna brīdinājuma kombinācija var būtiski uzlabot sistēmas agrīno brīdinājuma spēju un atbildes ātrumu. Aktīvs agrīns brīdinājums var reālā laikā monitorēt elektriskos parametrus un ātri identificēt potenciālus defektu riskus; savukārt pasīvs agrīns brīdinājums var reaģēt ātri, kad notiek specifiski notikumi, un veikt dziļāku defektu cēloņu analīzi.
Lai efektīvi kombinētu abas šīs agrīnas brīdinājuma metodes, aparātu dizainā jāņem vērā šādi galvenie elementi:
Sensoru un datu iegūšanas ierīču izvēle: Jāizvēlas augstas precizitātes sensori un datu iegūšanas ierīces, lai nodrošinātu datu precizitāti.
Datu apstrādes un analīzes spējas: Agrīnās brīdināšanas monitorings modulis jābūt spējīgam veikt efektīvu datu apstrādi un analīzi, lai ātri identificētu neierobežotus datus un veiktu agrīnas brīdināšanas novērtējumus.
Sakaru saskarnes un protokoli: Modulis jāatbalsta vairākas sakaru saskarnes un protokoli, lai vienkāršotu datus maiņu ar citiem sistēmām vai ierīcēm.
Uzticamība: Hārdvera dizains jānodrošina, ka modulis var darboties stabili ekstrēmās vidēs, un jāpielieto nepieciešamās drošības pasākumi, lai novērstu nepareizu darbību un neatļautu piekļuvi.
III. Sistēmas programmatūras dizains
(1) Defektu slodzes raksturojuma modelēšana
Pārvades stacijas relē aizsardzības defekta informācijas detektāja sistēmas kodols atrodas tās programmatūras struktūras dizainā, īpaši statiskajos un dinamiskajos slodzes modeļos. Šie modeļi mērķa aprakstīt slodzes aktīvo un reaktīvo jaudu sistēmas darbības laikā, kā arī lēnu sprieguma un frekvences maiņas, parasti izmantojot polinomu modeļus. Statiskais slodzes modelis parasti tiek izteikts kā:
kur P un Q attiecīgi pārstāv aktīvo un reaktīvo jaudu, V ir spriegums, P0, Q0, V0 ir vērtības referenčajā stāvoklī, un n un m ir slodzes raksturlielumi.
Dinamiskais slodzes modelis ir salīdzinoši sarežģīts. Tas ņem vērā slodzes dinamisko atbildi uz sprieguma un frekvences maiņu, ieskaitot vairākus laika konstantes, lai simulētu slodzes atbildes ātrumu uz sprieguma un frekvences maiņu. Dinamiskais slodzes modelis var tikt izteikts kā daudzums diferenciālvienādojumiem, kas apraksta slodzes jaudas maiņas ātrumu pēc laika.
Programmatūras struktūras dizainā šie modeļi tiek integrēti relē aizsardzības defekta informācijas detektāja sistēmā, lai reāllaikā monitorētu un analizētu pārvades stacijas darbības stāvokli. Sistēma apkopo reāllaiku datus, tostarp strāvu, spriegumu, jaudu utt., un izmanto šos modeļus aprēķiniem, lai zinātniski identificētu potenciālas defektu situācijas.
(2) Defekta informācijas apkopošana
Lai nodrošinātu relē aizsardzības ierīču uzticamību, defekta informācijas detektāja sistēmas dizains ir īpaši svarīgs, īpaši tā daļa, kas saistīta ar defekta informācijas apkopošanu. Šī daļa parasti tiek sadalīta trīs moduļos: stabilās stāvokļa informācijas apkopošana, pagaidu stāvokļa informācijas apkopošana un statusa failu pārvaldība.
Stabilās stāvokļa informācijas apkopošanas modulis galvenokārt ir atbildīgs par elektrotehniskajiem parametriem pārvades stacijā normālā darbībā, piemēram, spriegumu, strāvu, jaudu utt. Šie dati ir pamats enerģijas tīkla darbības stāvokļa novērtēšanai un arī svarīgi defekta analīzei un prognozēšanai. Šis modulis parasti ietver trīs apakšmoduļus: datu apkopošana, datu apstrāde un datu glabāšana. Datas apkopošanas apakšmodulis reāllaikā iegūst elektrotehniskos parametrus caur savienojumu ar pārvades stacijas monitorēšanas sistēmu; datu apstrādes apakšmodulis veic sākotnējo analīzi apkoptajiem datiem, noņem neierobežotas vērtības un formāto datu; datu glabāšanas apakšmodulis glabā apstrādātos datus datubāzē nākamo analīzi.
Pagaidu stāvokļa informācijas apkopošanas modulis fokusējas uz pagaidu notikumu uzskaņošanu enerģijas tīklā, piemēram, īsosavnieki, atvērtie savienojumi un citi defekti. Šie pagaidu notikumi bieži vien ir saistīti ar šauriem elektrotehnisko parametru maiņām, tāpēc ir nepieciešamas ātras un precīzas datu iegūšanas ierīces. Šis modulis parasti ietver trīs apakšmoduļus: ātra datu iegūšana, pagaidu notikumu identifikācija un notikuma datu glabāšana. Ātrās datu iegūšanas apakšmodulis var ierakstīt elektrotehnisko parametru maiņas mikrosekundēs; pagaidu notikumu identifikācijas apakšmodulis nosaka, vai noticis defekts, un precīzi identificē defekta veidu saskaņā ar iepriekš noteiktajiem algoritmiem; notikuma datu glabāšanas apakšmodulis glabā identificēto defekta informāciju specifiskā datubāzē, kas palīdzīga personālam nākamajā analīzē.
Statusa failu pārvaldības modulis ir atbildīgs par pārvades stacijas relē aizsardzības ierīču statusa failu pārvaldību un uzturēšanu, un tā detalizēti ieraksta galvenās informācijas, piemēram, aizsardzības ierīču konfigurācijas detaļas, darbības stāvoklis un vēsturiskie defekta ieraksti. Tā galvenokārt ietver četrus apakšmoduļus: statusa faila ģenerēšana, atjaunināšana, meklēšana un dublēšana. Ģenerēšanas apakšmodulis ģenerē sākotnēju statusa failu saskaņā ar aizsardzības ierīču faktiskajām konfigurācijām; atjaunināšanas apakšmodulis atjaunina statusa failu, kad ierīču parametri vai konfigurācija mainās; meklēšanas apakšmodulis ļauj lietotājiem meklēt informāciju statusa failā; dublēšanas apakšmodulis regulāri dubulto statusa failu, lai efektīvi izvairītos no datu zuduma.
(3) Defekta informācijas detektājs
Kad stacijas vadības slānis saņem brīdinājuma informāciju "A - līnijas apvienotā tīkla savienojuma kļūda" no relē aizsardzības, sistēmai jāsāk tūlīt defekta informācijas detektāja process, lai apstiprinātu, vai šis brīdinājums ir vienīgais avots, tas ir, vai citas ierīces arī ir izsūtījušas līdzīgus brīdinājumus. Šajā piemērā, ja citas ierīces nav izsūtījušas brīdinājumus, sistēma koncentrēsies uz informāciju par "A - līnijas apvienotā tīkla savienojuma kļūdu".
Lai efektīvāk apstrādātu un analizētu defektu informāciju, sistēma ir izstrādāta ar pieciem virtuālo terminālu un defektu nodalījumu kombinācijām, kā redzams Tabulā 1.
Katrā virtuālajā terminālā tiek veikti dažādi uzdevumi - no tīkla savienojuma stāvokļa uzraudzīšanas līdz risinājumu sniegšanai, veidojot pilnīgu defektu apstrādes procesu. Ar šādu programmatūras struktūras izstrādi pārvežņu relē aizsardzības defektu informācijas detektora sistēma var efektīvi detektēt defektu informāciju un nodrošināt pārvežņu drošu darbību. Īpaši, saņemot brīdinājumu "A - līnijas apvienotā tīkla savienojuma kļūda", sistēma var ātri reaģēt un veikt atbilstošus pasākumus, lai samazinātu defektu ietekmi uz enerģijas sistēmu.
IV. Eksperimentālais Pārbaudījums
(1) Tīkla Topoloģija
Pārvežņu relē aizsardzības defektu informācijas detektora sistēmas tīkla topoloģijas struktūra, kas tika ieveduta 2023. gadā 500 kV pārvežņos, stingri ievēro galvenos principus par augstu uzticamību, pieejamību un vieglu uzturēšanu. Šī sistēma izmanto hierarhisku un sadalītu tīkla arhitektūru, un tās ieviešanas soļi ir labi organizēti, galvenokārt ietverot šādas saites.
Datu iegūšana: Ierobežotos pārvežņu punktos instalētie sensori un datu iegūšanas ierīces reāllaikā iegūst relē aizsardzības ierīču darbības datus.
Datu pārraide: Izmantojot tīkla komunikācijas tehnoloģijas, iegūtie dati tiek laikus un precīzi nosūtīti datu apstrādes centram.
Datu analīze: Datu apstrādes centrā lielspējīgās datorprogrammas un profesionālas analīzes programmas tiek izmantotas, lai analizētu datus, identificētu neatbilstības un potenciālus defektus.
Defekta diagnosticēšana: Kad tiek identificēta neatbilstība, sistēma automātiski veic defekta diagnosticēšanu, lai noteiktu defekta veidu un atrašanās vietu.
Brīdinājums un reakcija: Sistēma paziņo operatīvo personālu par defektu informāciju caur brīdinājumu sistēmu un piedāvā sākotnējas rīcības priekšlikumus defektu novēršanai.
Defekta novēršana: Operatīvais personāls var ātri rīkoties, lai novērstu defektu, balstoties uz sistēmas sniegtu defektu informāciju un priekšlikumiem, nodrošinot tādējādi elektrotīkla stabila darbību.
(2) Eksperimentālie Rezultāti un Analīze
Eksperimentā tika izmantotas divas detektora sistēmas: viena - tradicionālā pārvežņu relē aizsardzības sekundārās vada on-line detektora sistēma, balstoties uz SCD failu, otrā - pārvežņu relē aizsardzības defektu informācijas detektora sistēma, balstoties uz telpa-laika analīzi. Abas sistēmas tika testētas vienā un tajā pašā pārvežņu vidē, lai nodrošinātu rezultātu salīdzināmību [8].
Eksperimentālie dati parāda, ka pozitīvā un negatīvā mājasvadu maksimālās izolācijas spriegumi, mērīti, balstoties uz SCD failu, bija atbilstoši 192.1 V un 191.4 V, kamēr atbilstošie vērtības, mērītas, balstoties uz telpa-laika analīzi, bija 190.3 V un 210.23 V. Konkrētie dati ir atspoguļoti Tabulā 2.
No eksperimentālajiem rezultātiem redzams, ka telpa-laika analīzes balstītā detektora sistēma attiecībā pret SCD faila balstīto sistēmu mērīja nedaudz zemāku pozitīvā mājasvada maksimālo izolācijas spriegumu, bet augstāku negatīvā mājasvada. Tas norāda, ka telpa-laika analīzes balstītā detektora sistēma noteiktās situācijās var sniegt precīzākus mērījumu rezultātus. Tomēr šī atšķirība nav būtiska. Tāpēc, lai gūtu dziļāku sapratni par abu sistēmu veiktspējas atšķirībām, var būt nepieciešams turpināt ievērojamu daudzumu eksperimentālo datu apkopošanu un analīzi.
V. Secinājumi
Šajā rakstā izstrādātā jaunā pārvežņu relē aizsardzības defektu informācijas detektora sistēma var reāllaikā monitorēt relē aizsardzības ierīču darbības stāvokli, automātiski analizēt un diagnosticēt defektu informāciju, un laikus pārraidīt defektu informāciju operatīvajai personai, izmantojot tīkla komunikācijas tehnoloģijas. Tas ļauj tiem ātri rīkoties, lai novērstu defektu paplašināšanos un nodrošinātu enerģijas sistēmas drošu un stabila darbību.
