Ang disenyo ng sistema ng pagdedetekta ng impormasyon sa kasalanan ng proteksyon ng relay ng substation
I. Pagkakataon
Sa mga nakaraang taon, habang patuloy na lumalago ang saklaw ng grid ng kuryente, ang mga substation, bilang mahahalagang mga node sa sistema ng kuryente, ay naglalaro ng isang vital na papel sa pagtiyak ng kapanatagan ng buong grid ng kuryente sa pamamagitan ng kanilang ligtas at matatag na operasyon. Ang relay protection ay nagsisilbing unang linya ng depensa para sa ligtas na operasyon ng substation. Ang katumpakan at bilis ng relay protection ay direktang may kaugnayan sa estabilidad ng sistema ng kuryente. Kaya, ang epektibong pagtukoy sa impormasyon ng kasalanan ng sistema ng relay protection ng substation, mabilis na pagtukoy at pag-aayos ng potensyal na mga kasalanan, ay may malaking kahalagahan para sa pagprotekta ng ligtas na operasyon ng sistema ng kuryente.
Ang mga tradisyonal na pamamaraan para sa pagtukoy ng kasalanan ng relay protection ay pangunihin ay umasa sa manual na inspeksyon at regular na pagmamaneho. Ang mga pamamaraang ito ay hindi lamang mapagod at makapag-udyok ng maraming tao, kundi hindi rin sila maaaring makamit ang real-time monitoring. Bilang resulta, sila ay madaling mawalan ng mga maagang senyas ng kasalanan. Sa patuloy na pag-unlad ng teknolohiya ng impormasyon, lalo na ang mga pag-unlad sa teknolohiya ng kompyuter at komunikasyon, ang mga modernong sistema ng pagtukoy ng impormasyon ng kasalanan ng relay protection ng substation ay nagsimula nang gumamit ng awtomatikong mga pamamaraan. Sa pamamagitan ng real-time na pagkolekta ng datos, ang mga sistema na ito ay maaaring makamit ang real-time monitoring ng kalagayan ng relay protection at mabilis na lokalisin ang mga kasalanan.
Kaya, ang pagsusulat na ito ay nagpopropona ng isang sistema ng pagtukoy ng impormasyon ng kasalanan ng relay protection ng substation batay sa modernong teknolohiya ng impormasyon at ibinabahaagi nito ang detalyadong disenyo ng hardware, software, at mga resulta ng eksperimento.
II. Disenyo ng Struktura ng Hardware ng Sistema
(1) Host Computer
Ang disenyo ng host computer ay direktang nakakaapekto sa performance ng buong sistema. Ang strukturang hardware nito ay gumagamit ng C8051F040 single-chip microcomputer bilang core processor. Ang C8051F040 single-chip microcomputer ay isang high-performance at low-power mixed-signal microcontroller na may sapat na peripheral resources, kabilang ang analog at digital I/O ports, timer/counters, UART, SPI, at I2C communication interfaces, at iba pa. Ang mga katangian na ito ay ginagawa ang C8051F040 na napakasama bilang core processor ng host computer, kayang tumugon sa mga pangangailangan ng high-speed data processing at complex control logic.
Upang tiyakin ang kakayahan ng sistema sa real-time monitoring, isang high-performance monitoring unit ang ginagamit sa disenyo ng host computer. Ang unit na ito karaniwang binubuo ng high-speed ADC (Analog-to-Digital Converter), DAC (Digital-to-Analog Converter), at voltage/current monitoring circuits. Ito ay maaaring magkolekta at mag-convert ng electrical parameters sa real-time, nagbibigay ng accurate data support para sa fault diagnosis.
Samantala, ang host computer kailangang makipag-ugnayan sa lower computer at remote monitoring center. Ang disenyo ay binubuo ng iba't ibang communication interfaces, tulad ng RS-232, RS-485, at Ethernet. Ang mga interface na ito ay nagpapatakbo ng mabilis na paglipat ng datos at kakayahan ng remote control.
Upang gawing mas madali para sa mga operator ang pag-monitor at pag-control ng sistema, ang host computer ay may human-machine interaction interface, karaniwang binubuo ng LCD display screen at keyboard. Maaari ang mga operator na gamitin ang mga interface na ito upang tingnan ang kalagayan ng sistema sa real-time.
(2) Insulation Detection Sensor
Upang tugunan ang mga pangangailangan ng renovation ng DC systems sa mga lumang power plants at substations, ang mga staff ay naghanda ng high-precision detachable insulation detection sensor. Ang sensor na ito, na gumagamit ng advanced electronic technologies at materials, ay may mataas na sensitibidad, stability, at mahaba ang serbisyo, at maaari itong mag-operate nang matatag kahit sa harsh na kapaligiran.
Ang mataas na precision ay isang key performance indicator ng insulation detection sensor. Sa pamamagitan ng advanced detection algorithms at electronic components, ito ay maaaring accurately detect ang minute insulation changes, tiyak na nagpapataas ng accuracy at timeliness ng fault information.
Sa pamamagitan ng pag-upgrade at renovation ng thermal insulation devices ng DC systems sa mga lumang power plants at substations at ang paggamit ng high-precision detachable insulation detection sensors, maaari nang significantly i-enhance ang seguridad ng sistema. Ang mga sensor na ito ay may kakayahan ng high-precision detection at maaaring mabilis na tukuyin ang insulation faults, na effectively prevents ang pag-occur ng mga aksidente.
(3) Early Warning Detection Module
Upang i-improve ang accuracy at response speed ng early warnings, ang module na ito ay karaniwang nag-integrate ng dual mechanism ng active early warning at passive early warning.
Ang active early warning ay tumutukoy sa proactive detection ng electrical parameters ng sistema. Kapag ang mga parameter ay lumayo sa normal na range, agad na triggered ang early warning signal. Karaniwan, ang active early warning ay umaasa sa high-performance sensors at data collection devices. Ang mga device na ito ay maaaring monitor ang mga key parameters tulad ng current, voltage, at frequency sa real-time at i-analyze ang relevant na datos sa pamamagitan ng built-in algorithms upang matukoy kung may potential fault risks. Ang passive early warning, naman, ay tumutukoy sa pag-analyze ng relevant na electrical parameters at pag-issue ng early warning signal pagkatapos matanggap ng sistema ang external signals. Halimbawa, kapag ang relay protection device sa substation ay nag-operate, agad na aktibo ang passive early warning module upang i-analyze ang sanhi ng operasyon at matukoy kung kinakailangan ng karagdagang pagproseso, tulad ng ipinapakita sa Figure 1.
Larawan 1 Disenyo ng Struktura ng Hardware
Sa disenyo ng struktura ng hardware ng early-warning detection module, ang pag-combine ng active early-warning at passive early-warning ay maaaring significantly i-enhance ang kakayahan ng sistema sa early-warning at response speed. Ang active early-warning ay maaaring monitor ang electrical parameters sa real-time at mabilis na matukoy ang potential fault risks; samantalang ang passive early-warning ay maaaring mabilis na tumugon kapag may specific events at conduct in-depth analysis ng sanhi ng kasalanan.
Upang epektibong i-combine ang dalawang early-warning methods na ito, ang mga sumusunod na key elements ang kailangang isaalang-alang sa disenyo ng hardware:
Paggamit ng sensors at data collection devices: Dapat na high-precision sensors at data collection devices ang pagpipilian upang tiyakin ang accuracy ng datos.
Kakayahang mag-process at i-analyze ng datos: Ang early-warning monitoring module dapat na may powerful na kakayahan sa pag-process at pag-analyze ng datos upang mabilis na matukoy ang abnormal na datos at gumawa ng early-warning judgments.
Communication interfaces at protocols: Dapat suportahan ng module ang maraming communication interfaces at protocols upang mapadali ang exchange ng datos sa iba pang mga sistema o device.
Reliability: Dapat siguraduhin ng disenyo ng hardware na maaaring stable na mag-operate ang module sa extreme environments at adopt necessary safety measures upang maiwasan ang misoperation at unauthorized access.
III. Disenyo ng Software ng Sistema
(1) Simulation Modeling ng Fault Load Characteristics
Ang core ng substation relay protection fault information detection system ay nasa disenyo ng software structure, lalo na sa pagbuo ng static at dynamic load models. Ang mga model na ito ay layunin upang ilarawan ang active at reactive power ng load sa panahon ng operasyon ng sistema, pati na rin ang mabagal na pagbabago ng voltage at frequency, at karaniwang ipinapakita gamit ang polynomial models. Ang static load model ay karaniwang ipinapakita bilang:
kung saan ang P at Q ay kumakatawan sa active at reactive power, V ay ang voltage, P0, Q0, V0 ay ang mga halaga sa reference state, at n at m ay ang load characteristic coefficients.
Ang dynamic load model ay mas komplikado. Ito ay inaangkin ang dynamic response ng load sa pagbabago ng voltage at frequency, kasama ang maraming time constants upang simula ang response speed ng load sa pagbabago ng voltage at frequency. Ang dynamic load model ay maaaring ipinapakita bilang isang serye ng differential equations na naglalarawan ng rate of change ng load power sa loob ng oras.
Sa disenyo ng software structure, ang mga model na ito ay inintegrate sa relay protection fault information detection system upang monitor at i-analyze ang operasyon ng substation sa real-time. Ang sistema ay nagsasaliksik ng real-time data, kabilang ang current, voltage, power, at iba pa, at gumagamit ng mga model na ito para sa mga kalkulasyon upang scientific na matukoy ang potential fault conditions.
(2) Pagkolekta ng Fault Information
Upang tiyakin ang reliability ng relay protection equipment, ang disenyo ng fault information detection system ay partikular na mahalaga, lalo na ang bahagi ng pagkolekta ng fault information. Ang bahaging ito ay karaniwang nahahati sa tatlong module: steady-state information collection, transient information collection, at status file management.
Ang steady-state information collection module ay pangunahing responsable sa pagkolekta ng electrical parameters ng substation sa normal na operasyon, tulad ng voltage, current, power, at iba pa. Ang mga data na ito ay ang pundasyon para sa pagsusuri ng operasyon ng power grid at mahalaga rin para sa fault analysis at prediction. Ang module na ito karaniwang binubuo ng tatlong sub-module: data collection, data processing, at data storage. Ang data collection sub-module ay nakuha ang electrical parameters sa real-time sa pamamagitan ng interface sa substation monitoring system; ang data processing sub-module ay nag-conduct ng preliminary analysis sa collected data, inalis ang abnormal values, at in-format ang data; ang data storage sub-module ay naimbak ang processed data sa database para sa subsequent analysis.
Ang transient information collection module ay nakatuon sa pag-capture ng transient events sa power grid, tulad ng short-circuits, open-circuits, at iba pang mga kasalanan. Ang mga transient event na ito ay kadalasang kasama ng malubhang pagbabago sa electrical parameters, kaya ang high-speed at high-precision data collection equipment ang kailangan. Ang module na ito karaniwang binubuo ng tatlong sub-module: high-speed data collection, transient event identification, at event data storage. Ang high-speed data collection sub-module ay maaaring irecord ang pagbabago ng electrical parameters sa microsecond-level resolution; ang transient event identification sub-module ay hinuhusgahan kung may kasalanan at accurately identifies ang klase ng kasalanan ayon sa preset algorithms; ang event data storage sub-module ay inimbak ang identified fault information sa specific na database, na nakakatulong sa in-depth analysis ng staff.
Ang status file management module ay responsable sa pag-manage at pag-maintain ng status files ng substation relay protection equipment, at ito ay detailed na narecord ang key information tulad ng configuration details, operasyon status, at historical fault records ng protection equipment. Ito pangunahing binubuo ng apat na sub-module: status file generation, update, query, at backup. Ang generation sub-module ay ginagawa ng initial status file ayon sa actual configuration ng protection equipment; ang update sub-module ay nag-update ng status file kapag ang equipment parameters o configuration ay nagbago; ang query sub-module ay pinapayagan ang users na i-query ang information sa status file; ang backup sub-module ay regular na nag-backup ng status file upang maepektibong maiwasan ang data loss.
(3) Pagtukoy ng Fault Information
Kapag ang station control layer ay natanggap ang alarm information "A-line merged network connection error" mula sa relay protection, ang sistema ay dapat agad na simulan ang proseso ng pagtukoy ng fault information upang matiyak kung ito ang tanging pinagmulan, na kung iba pang mga device ay naglabas din ng similar na alarm. Sa halimbong ito, kung walang ibang device ang naglabas ng alarm, ang sistema ay tutuon sa impormasyon ng "A-line merged network connection error".
Upang epektibong i-process at i-analyze ang fault information, ang sistema ay nagdisenyo ng limang kombinasyon ng virtual terminals at fault nodes, tulad ng ipinapakita sa Table 1.
Bawat virtual terminal ay responsable sa iba't ibang task, mula sa pag-monitor ng network connection status hanggang sa pagbibigay ng solusyon, bumubuo ng isang buong proseso ng pag-handle ng fault. Sa pamamagitan ng ito, ang substation relay protection fault information detection system ay maaaring epektibong matukoy ang fault information at tiyakin ang ligtas na operasyon ng substation. Lalo na kapag natanggap ang alarm ng "A-line merged network connection error", ang sistema ay maaaring mabilis na tumugon at gawin ang corresponding na hakbang upang minimis ang impact ng fault sa power system.
IV. Eksperimental na Veripikasyon
(1) Network Topology Structure
Ang network topology structure design ng relay protection fault information detection system para sa 500 kV substation na inilunsad noong 2023 ay nagsunod sa core principles ng mataas na reliability, availability, at easy maintenance. Ang sistema na ito ay gumagamit ng hierarchical at distributed network architecture, at ang implementation steps nito ay well-organized, pangunahin ang mga sumusunod na links.
Pagkolekta ng data: Sa pamamagitan ng sensors at data collection devices na nai-install sa iba't ibang key nodes ng substation, ang operation data ng relay protection devices ay nagsasaliksik sa real-time.
Data transmission: Gamit ang network communication technology, ang collected data ay inililipat nang mabilis at accurate sa data processing center.
Data analysis: Sa data processing center, ang high-performance computers at professional analysis software ay ginagamit upang i-analyze ang data, matukoy ang abnormal patterns at potential faults.
Fault diagnosis: Kapag natukoy ang anomaly, ang sistema ay automatically gumagawa ng fault diagnosis upang matukoy ang uri at lokasyon ng fault.
Alarm at response: Ang sistema ay notifika ang operation and maintenance personnel ng fault information sa pamamagitan ng alarm system at nagbibigay ng preliminary fault handling suggestions.
Fault handling: Ang operation and maintenance personnel ay maaaring mabilis na gawin ang mga hakbang upang handle ang fault ayon sa fault information at suggestions na ibinigay ng sistema, na tiyak na nagpapataas ng stable na operasyon ng power grid.
(2) Experimental Results at Analysis
Dalawang detection system ang ginamit sa eksperimento: isa ay ang conventional substation relay protection secondary circuit on-line detection system na batay sa SCD file, at ang isa pa ay ang substation relay protection fault information detection system na batay sa spatio-temporal analysis. Parehong sistema ang itest sa parehong substation environment upang tiyakin ang comparability ng results [8].
Ang experimental data ay nagpapakita na ang maximum insulation voltages ng positive at negative busbars na iminomonitor ng detection system na batay sa SCD file ay 192.1 V at 191.4 V, samantalang ang corresponding values na iminomonitor ng detection system na batay sa spatio-temporal analysis ay 190.3 V at 210.23 V. Ang specific data ay ipinapakita sa Table 2.
Mula sa experimental results, maaaring makita na ang detection system na batay sa spatio-temporal analysis ay may kaunti na mas mababang maximum insulation voltage value para sa positive busbar kumpara sa detection system na batay sa SCD file, ngunit may kaunti na mas mataas na value para sa negative busbar. Ito ay nagpapahiwatig na ang detection system na batay sa spatio-temporal analysis ay maaaring magbigay ng mas accurate na measurement results sa ilang sitwasyon. Ngunit, ang difference na ito ay hindi significant. Kaya, upang makamit ang mas in-depth na pag-unawa sa performance differences ng dalawang sistema, maaaring kailanganin ang pag-collect at pag-analyze ng malaking amount ng experimental data.
V. Conclusion
Ang bagong substation relay protection fault information detection system na idisenyo at sinuri sa pagsusulat na ito ay maaaring monitor ang working status ng relay protection devices sa real-time, automatically analyze at diagnose ang fault information, at mabilis na ilipat ang fault information sa operation and maintenance personnel sa pamamagitan ng network communication technology. Ito ay nagbibigay sa kanila ng opportunity na mabilis na gawin ang mga hakbang upang maiwasan ang expansion ng fault at tiyakin ang ligtas at matatag na operasyon ng sistema ng kuryente.
