Mfano wa Muundo wa Mfumo wa Kutafuta Taarifa za Hitilafu katika Ulinzi wa Reli ya Substation

I. Utangulizi

Katika miaka ya hivi karibuni, kwa ukuaji wa ukuta wa umeme, steshoni za umeme, kama vipengele muhimu katika mfumo wa umeme, wanajihusisha na kuhakikisha uhakika ya miamala yote ya umeme kupitia usimamizi wazi na salama. Ulinzi wa mawasiliano unaweza kutumika kama chanzo cha mwisho kwa usalama wa steshoni za umeme. Usahihi na haraka za ulinzi wa mawasiliano huwasiliana moja kwa moja na ustawi wa mfumo wa umeme. Kwa hiyo, kupata taarifa za hitilafu kwa usawa wa steshoni za umeme, kutambua na kuwasilisha hitilafu zisizotarajiwa ni muhimu sana kwa ajili ya kuhifadhi usalama wa mfumo wa umeme.

Njia za zamani za kutambua hitilafu za ulinzi wa mawasiliano zilitumia utambuzi wa mikono na huduma ya mara kwa mara. Njia hizi hawakuwa na muda na kunaweza kutumia nguvu nyingi, lakini hawakueleweka kukagua data kwa muda mwingi. Kwa sababu hiyo, wanaweza kupoteza ishara za awali za hitilafu. Kwa maendeleo ya teknolojia ya habari, hasa teknolojia ya kompyuta na mawasiliano, mfumo wa kutambua taarifa za hitilafu za ulinzi wa mawasiliano wa steshoni mpya amefanikiwa kutumia njia za automation. Kwa kutumia udhibiti wa data kwa muda mwingi, mfumo huu unaweza kukagua usawa wa ulinzi wa mawasiliano na kutambua hitilafu kwa haraka.

Kwa hiyo, makala haya yanayopendekeza mfumo wa kutambua taarifa za hitilafu za ulinzi wa mawasiliano wa steshoni kulingana na teknolojia ya habari ya kisasa na kuelezea kwa undani ufunguzi wake wa vifaa, ubunifu wa programu, na matokeo ya majaribio.

II. Ubunifu wa Mfumo wa Vifaa
(1) Kompyuta ya Mkuu

Ubunifu wa kompyuta ya mkuu unahusu usawa wa mfumo mzima. Ufunguzi wake wa vifaa unatumia chip ya C8051F040 kama processor mkuu. Chip ya C8051F040 ni mikrokompyuta yenye usawa wa juu na matumizi ya nishati chache ambayo inajumuisha nyerereko nyingi za kimakini, ikiwa ni pamoja na vitufe vya analogi na digital, timer/counters, UART, SPI, na I2C interfaces za mawasiliano, na vyenye viwango vingine. Sifa hizo zinajumuisha C8051F040 kuwa na uwezo wa kutosha kama processor mkuu wa kompyuta ya mkuu, anaweza kutimiza mahitaji ya udhibiti wa data wa kiwango cha juu na logiki ya usimamizi complex.

Kuhakikisha uwezo wa kukagua data kwa muda mwingi wa mfumo, uniti ya kukagua data ya kiwango cha juu imechaguliwa kwa ubunifu wa kompyuta ya mkuu. Uniti hii husidhani ADC (Analog-to-Digital Converter) na DAC (Digital-to-Analog Converter), na circuits za kukagua voltage/current. Inaweza kukagua na kubadilisha parameta za umeme kwa muda mwingi, kutoa data sahihi kwa tahadhari ya hitilafu.

Pia, kompyuta ya mkuu inahitaji kukagua na kompyuta ya chini na kituo cha kukagua mbali. Ubunifu unajumuisha interfaces za mawasiliano tofauti, kama vile RS-232, RS-485, na Ethernet. Interfaces hizo huchukua data kwa haraka na uwezo wa kudhibiti mbali.

Kusaidia wafanyakazi kukagua na kudhibiti mfumo, kompyuta ya mkuu imejengwa na interface ya mwanadamu-kompyuta, mara nyingi inajumuisha skrini ya LCD na keyboard. Wafanyakazi wanaweza kutumia interfaces hizo kukuza hali ya mfumo kwa muda mwingi.

(2) Sensor ya Kutambua Insulation

Kutatua matarajio ya DC systems katika viwanda vya zamani na steshoni za umeme, wafanyakazi wameundwa sensor ya kutambua insulation yenye upana wa kufunga. Kwa kutumia teknolojia na vitu vya elektroniki vya kisasa, sensor hii ina ustawi wa juu, usawa, na muda mrefu, na inaweza kufanya kazi salama hata katika mazingira magumu.

Upana wa kutambua insulation ni kipengele muhimu la sensor. Kwa kutumia algorithma za kutambua na vitu vya elektroniki, inaweza kutambua mabadiliko madogo ya insulation, kuhakikisha uwepo na usawa wa taarifa za hitilafu.

Kwa kutengeneza na kutatua devices za thermal insulation ya DC systems katika viwanda vya zamani na steshoni za umeme, na kutumia sensor za kutambua insulation yenye upana, usalama wa mfumo unaweza kuongezeka. Sensors hizo zina uwezo wa kutambua na kutambua hitilafu za insulation kwa haraka, kwa hivyo kuzuia matukio ya hitilafu.

(3) Module ya Kutambua Taarifa za Awali

Kuboresha uwepo na haraka ya kutambua taarifa za awali, module hii mara nyingi hunajumuisha mekanizimu wa kutambua taarifa za awali na pasiva.

Kutambua taarifa za awali inasemekana kuwa mfumo unaanza kutambua parameta za umeme. Mara tu parameta hizi hutofautiana na mzunguko wa kawaida, ishara ya kutambua itapewa kwa haraka. Kutambua taarifa za awali huanategemea sensors na vifaa vya kukagua data vya kiwango cha juu. Vifaa hivi vinaweza kukagua parameta muhimu kama current, voltage, na frequency kwa muda mwingi na kutambua data kwa kutumia algorithma zilizopo ndani ili kutambua kama kutakuwa na hatari za hitilafu za awali. Kutambua taarifa za awali pasiva, kwa upande mwingine, inahusu kutambua parameta za umeme na kutambua taarifa baada ya mfumo kupokea ishara za nje. Kwa mfano, wakati gadget ya ulinzi wa mawasiliano inafanya kazi, module ya kutambua taarifa za awali pasiva itapiga ishara kwa haraka ili kutambua sababu ya kazi na kutambua kama litatakikana kutumia hatua za ziada, kama inavyoelezwa katika Ch. 1.

Ch. 1 Ubunifu wa Mfumo wa Vifaa

Katika ubunifu wa vifaa wa kutambua taarifa za awali, kujumuisha kutambua taarifa za awali na pasiva unaweza kuboresha uwezo wa kutambua taarifa za awali na haraka ya mfumo. Kutambua taarifa za awali inaweza kukagua parameta za umeme kwa muda mwingi na kutambua hatari za hitilafu za awali; kutambua taarifa za awali pasiva inaweza kutambua kwa haraka wakati matukio maalum yanafanyika na kutambua sababu za hitilafu kwa undani.

Kutambua taarifa za awali, kwa ubunifu wa vifaa lazima kujadili:

• Chaguzi ya sensors na vifaa vya kukagua data: Lazima kuchagua sensors na vifaa vya kukagua data vya kiwango cha juu ili kuhakikisha usawa wa data.

• Uwezo wa kutambua na kutambua data: Module ya kutambua taarifa za awali inapaswa kuwa na uwezo mkubwa wa kutambua na kutambua data ili kutambua data isiyo sahihi na kutambua taarifa za awali.

• Interfaces za mawasiliano na protocols: Module lazima isitegeme interfaces tofauti na protocols za mawasiliano ili kusaidia mawasiliano ya data na vifaa vingine.

• Ustawi: Ubunifu wa vifaa unapaswa kuhakikisha kwamba module inaweza kufanya kazi salama katika mazingira magumu na kutumia hatua za usalama zinazohitajika ili kutokua kwenye mishtara au kuingia kwa watu wasio na uwezo.

III. Ubunifu wa Programu
(1) Simulation Modeling of Fault Load Characteristics

Kitufe cha mfumo wa kutambua taarifa za hitilafu za ulinzi wa mawasiliano wa steshoni ni ubunifu wa struktura ya programu, hasa ubunifu wa static na dynamic load models. Models hizo zinastahimili kuelezea power na reactive power ya load wakati mfumo unafanya kazi, na mabadiliko madogo ya voltage na frequency, na mara nyingi zinajielezea kwa kutumia polynomial models. Modeli ya static load mara nyingi inaelezwa kama:

ambapo P na Q huonyesha active na reactive power tofauti, V ni voltage, P0, Q0, V0 ni values katika hali ya reference, na n na m ni coefficients za load characteristics.

Modeli ya dynamic load ni ngumu zaidi. Inahisi mabadiliko ya load kwa muda mwingi kwa mabadiliko ya voltage na frequency, inajumuisha multiple time constants ili kusimulisha muda wa mabadiliko ya load kwa mabadiliko ya voltage na frequency. Modeli ya dynamic load inaweza kuandikwa kama series of differential equations ambazo zinajielezea rate of change of load power over time.

Katika ubunifu wa struktura ya programu, models hizo zimechanganyikiwa katika mfumo wa kutambua taarifa za hitilafu za ulinzi wa mawasiliano wa steshoni ili kukagua na kutambua hali ya kazi ya steshoni kwa muda mwingi. Mfumo huu hukagua data kwa muda mwingi, ikiwa ni current, voltage, power, na kutumia models hizo kwa hisabati ili kutambua hatari za hitilafu za awali.

(2) Fault Information Collection

Kuhakikisha ustawi wa gadgets za ulinzi wa mawasiliano, ubunifu wa mfumo wa kutambua taarifa za hitilafu ni muhimu sana, hasa sehemu ya kutambua taarifa za hitilafu. Sehemu hii mara nyingi hujumuisha modules tatu: steady-state information collection, transient information collection, na status file management.

Module ya steady-state information collection inahusisha kukagua parameta za umeme za steshoni wakati ya kazi ya kawaida, kama ni voltage, current, power, na vyenye viwango vingine. Data hizi ni msingi wa kutambua hali ya kazi ya grid na ni muhimu sana kwa kutambua na kutambua hitilafu. Module hii mara nyingi hujumuisha sub-modules tatu: data collection, data processing, na data storage. Sub-module ya data collection hupata parameta za umeme kwa muda mwingi kwa kutumia interface ya monitoring system ya steshoni; sub-module ya data processing hukagua data iliyopatikana, hutengeneza data isiyo sahihi, na hutengeneza data; sub-module ya data storage hukusanya data iliyotengenezwa kwenye database kwa kutambua baadae.

Module ya transient information collection inahusisha kukagua matukio ya awali katika grid, kama ni short-circuits, open-circuits, na hitilafu vingine. Matukio haya yanaelekea kwa mabadiliko madogo ya parameta za umeme, kwa hivyo vifaa vya kukagua data vya kiwango cha juu na precision ni vyote vyavimilika. Module hii mara nyingi hujumuisha sub-modules tatu: high-speed data collection, transient event identification, na event data storage. Sub-module ya high-speed data collection inaweza kurekodi mabadiliko ya parameta za umeme kwa resolution ya microseconds; sub-module ya transient event identification hutambua kama hitilafu imefanyika na kutambua aina ya hitilafu kwa kutumia algorithma zilizozitumika; sub-module ya event data storage hukusanya taarifa za hitilafu zilizotambuliwa kwenye database ya maalum, kwa kutambua kwa undani na wafanyakazi.

Module ya status file management inahusisha usimamizi na uzalishaji wa faili za status za gadgets za ulinzi wa mawasiliano wa steshoni, na kuhifadhi taarifa muhimu kama details za configuration, hali ya kazi, na rekodi za hitilafu za awali za gadgets za ulinzi. Inajumuisha sub-modules nne: generation, update, query, na backup. Sub-module ya generation hugenereza faili ya status ya awali kulingana na configuration ya kawaida ya gadgets za ulinzi; sub-module ya update huhifadhi faili ya status wakati parameta za vifaa vya ulinzi vya awali vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida vya kawaida v......