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电力保障论文优选九篇

时间:2022-08-08 16:50:13

电力保障论文

电力保障论文第1篇

关键词:变流器;短路电流;计算方法;继电保护

中图分类号:TM744 文献标志码:A 文章编号:0253-987X(2015)04-0024-08

通过对电力元件的控制,实现电能生产环节的自动化、智能化是电网运行者不变的追求。要想实现这一目标,必须对电力元件进行调节和控制。随着现代科学技术的不断发展和提高,为实现电力元件的可控性,电力电子器件在发电、输电、配电以及用电环节广泛使用。电力电子器件在电力系统中的应用主要有以下几个方面。

(1)新能源与分布式发电。随着化石能源的枯竭,新能源发电的重要性越来越突出,当前大规模并网运行的主要是风力发电和光伏发电,这两者均无法直接并网,需要经过变流器变换后方可馈入交流电网。

(2)直流以及交直流混合输电。无论高压直流输电、柔性直流输电还是交直流混合输电,都是通过变流器实现电能的交直与直交变换。研究变流器的动态特性,有助于提高输电线路保护的可靠性。

(3)柔流输电。输电网的柔流输电与配电网的柔流输电都大量采用电力电子器件,研究电力电子器件的调节特性,可以更好地实现对电力系统的调节与控制。

新能源发电以及直流输电、交直流混合输电是目前电力系统发展的重要方向,风机、光伏电源、换流器等作为一类含变流器的电力元件是其重要的组成部分,而变流器是该类电力元件中应用最广泛的电力电子设备。变流器是一类由电力电子器件及其控制驱动电路组成的电力设备,可以实现对电能的变换、调节和控制,在智能电网中具有重要应用。智能电网要更好地发展,必须对含变流器电力元件的特性进行研究分析。

继电保护是电网安全运行的第一道防线,对快速切除故障、迅速恢复供电、提高供电连续性、减少设备损坏等具有重要作用。故障特征分析是继电保护研究的前提和基础,其关键问题在于研究电源输出短路电流的暂态变化特性。传统电力系统是由同步机和输电线路构成的线性网络,电源的响应特性较明确,短路电流易于计算分析。随着新能源发电以及直流输电技术的发展,电力电子器件大量应用于电力系统,电网不再只含单一类型的电源。含变流器电力元件作为一种新的电源形式被引人系统,受变流器特性影响,其输出特性明显不同于同步机,使得系统表现出许多异于传统电网的故障特征。为了更好地分析含变流器系统的故障特征,给今后新型电力系统继电保护整定计算提供依据,有必要研究含变流器电力元件故障过程中输出短路电流的理论分析与计算方法。

由于频带宽度的限制,互感器对一次系统中的高次谐波具有一定的滤波作用,电网的二次侧一般只能获取系统电流的低频分量。虽然目前已经提出许多基于暂态量的保护新原理,但当前现场广泛应用的继电保护原理仍旧主要关注系统故障过程中工频电气量的变化规律。因此,从理论上分析含变流器电力元件输出的工频响应特性,得到其短路电流中工频分量在故障暂态的变化规律,对电力系统继电保护分析及整定计算意义重大。

电力保障论文第2篇

关键词:故障诊断;故障识别;小波分析;熵理论

作者简介:杨朝兵(1982-),男,河北邢台人,国网河北省电力公司邢台供电分公司,工程师;付学文(1983-),男,河北邢台人,国网河北省电力公司邢台供电分公司。(河北 邢台 054001)

中图分类号:TM7 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)06-0238-03

近年来,随着社会对电力需求的日益增加,电网呈现出高电压、远距离、大容量的发展趋势,高压输电线路特别是超高压输电线路在电力网中所占的地位也越来越重要。超高压输电线路既担负着传送大功率的任务,还作为联合电力系统运行的联络线使用,其运行可靠性影响着整个电力系统的供电可靠性。[1-2]由于高压输电线路工作环境恶劣,故障时极难查找,在电力系统中又是发生故障最多的地方,随着现代大电网的结构和运行方式复杂多变,故障类型越来越复杂,对保护的要求也越来越高。因此,准确而迅速地排除故障不仅满足继电保护的速动性,缩短系统恢复供电时间,而且还能提高电力系统的稳定性,降低运行成本。而准确区分故障相是高压输电线路保护的重要前提,所以探索新的故障选相原理和方法、提高继电保护的性能是超高输电线路故障检测中的一个重要课题。

一、背景和意义

当输电线路发生故障的初始瞬间,通常都有一个既包含直流分量又包含高频暂态分量的暂态故障信号,其所包含的信息是继电保护动作的依据,所以需要先对采样的故障信号进行处理以便获得有意义的特征量。但高压输电线路的距离比较长,输电线路之间存在互感耦合,只有在故障发生的初始瞬间故障信号不容易识别等特点;而电力系统本身又是一个容易受环境干扰的动态系统,因此要准确地对故障进行检测与分类,并防止故障进一步发生是非常困难的。所以借助现代各种数字信号处理工具和方法准确地对故障信息的特征进行提取与分类就显得十分必要,特别是近年来基于暂态量原理的保护更需要快速、可靠的故障类型识别元件。[2-4]

随着小波分析技术的引入,电力系统暂态信号特征量提取及分类技术得到了迅速发展。但是,由于小波变换结果中包含了大量的分解信息和数据,通常的检测方法都少不了对特定工况的假设或对特征提取的人工干预。而分类方法中,由于小波分解信息量比较大,使得一些智能判别系统(如模糊理论与神经网络等)变得比较庞大。因此对于小波分析还需研究合适的信息提取方法,给新型继电保护原理、系统故障判断与预测提供有效的依据。这些信息提取方法中最有效的是提供一个或系列描述系统的普适量,用这些普适量来检测、分类电力系统的故障。[4]

信息熵是对系统不确定性程度的一种描述,若把一个信源当做物质系统,可能输出的消息越多,信源的随机性越大,越紊乱,熵值也越大,所以信息熵可以被看做是系统紊乱程度的量度。[5-7]小波分析和熵理论相结合,在生物医学领域和机械故障诊断领域已经得了很好的应用。[8-9]它结合了小波变换多分辨分析的特点和信息熵对信息具有较强的表征能力的优点,成功地分析了各种突变信号。所以,在暂态信号特征提取方面表现出独特优点的小波熵,在电力系统故障检测与分析中具有很好的应用前景。本文给出了小波包能量熵的定义及其应用领域,旨在探讨小波包能量熵在输电线路故障检测中应用的可能性,对于小波包能量熵在电力系统暂态信号分析中的应用研究具有重要意义。

二、故障类型识别的研究现状

传统的故障选相元件主要采用突变量与稳态量相结合,以工频量为基础。在多数情况下这些选相元件对于简单故障能正确地选择故障相,但其选相速度不够快,且易受系统的运行方式及故障接地电阻的影响,结果往往不理想。因此,新型快速的故障选相方法成为众多学者研究的方向。[10]

新型的故障选相方法主要有:基于行波故障的选相元件和基于故障暂态量的选相元件。基于行波的选相元件[11-14]主要是利用故障时信号的行波波头所包含的信息进行故障选相。虽然基于行波的选相元件能在故障发生的第一时间捕获故障信息,与传统的选相方法相比具有灵敏度高、识别率好等优点,且对波头进行处理的方法也有很多。但基于行波的故障选相方法存在一些缺点,如初始行波受初始角、反射波、故障电弧等因素的影响。基于行波的选相元件由于计算量大,对处理器的运算能力要求也比较高,费用相对也就比较高,在嵌入式系统中难以做到实时性,这使得基于行波的故障选相方法具有很大局限性。

基于故障暂态量的选相[15-16]是利用输电线路发生故障时所产生的故障暂态信号实现故障选相,故障暂态信号与线路参数、故障情况等有关,不受系统运行方式、过渡电阻、电流互感器饱和、系统振荡、长线分布电容等的影响。近年来又随着硬件条件的实现和小波变换等信号处理工具的发展,使得大量、准确、实时地获取故障时产生的暂态电压和电流信号,并使对其作进一步的处理成为现实。这些丰富的故障暂态信号蕴涵了大量的故障特征信息,其频率成分贯穿于整个频谱中,如果能充分利用这些信息就能快速地对故障相作出判断。因此,基于故障暂态量的选相方法具有很大的发展前景,使得越来越多的学者从事电力系统暂态信号的研究。

目前用于电力系统故障类型识别的方法有很多,如小波分析、神经网络和模糊理论等智能算法、数学形态学等。

1.小波分析

文献[15]利用小波对暂态电流的模分量进行分析,并通过比较各相暂态电流的能量和各模分量的大小进行故障相判断。文献[16]利用小波提取故障暂态电流信号的特征,通过计算提取的信号特征沿尺度分布的权重得到暂态电流信号的小波熵权,进而构造故障选相判据。文献[17]对线路两端模量方向行波之差进行小波变换,通过比较其幅值大小来判别故障类型,但对两相接地故障的具体类型区分不明确。文献[12-13,18]通过比较(零、线)模量电流行波的幅值之间的大小关系从不同角度进行故障选相。但是,由于零模量的严重衰减导致保护装置不能正确反映故障点处零模与线模的大小关系,当输电线路远端发生单相接地或两相接地故障时可能出现误判。文献[19]将小波奇异熵应用于识别高压输电线路的故障相,提出了一种基于暂态电压的选相方案。通过取各相的小波奇异熵相对比值反映故障相和非故障相间的相对差异,构成高压输电线路故障选相的依据。

2.神经网络和模糊理论等智能算法

文献[20-21]利用提升小波变换对故障信号进行处理,并作为神经网络的输入构造了一种新型的小波神经网络模型来识别输电线路故障。文献[22-23]通过小波包将故障电压和故障电流分解后分别获得分解后的故障暂态量的能量值和熵值,并将能量值与熵值分别对神经网络进行训练,对输电线路进行故障分类和定位。文献[24]在暂态信号多尺度的基础上定义了小波能量熵,并与模糊逻辑系统相结合形成故障类型识别方法。

3.数学形态学

文献[25]在分析EHV线路发生故障后电流模分量的基础上,利用数学形态学梯度提取暂态信号波头能量,构成故障选相方案。文献[26]提出了一种基于数学形态谱和神经网络相结合的识别接地短路故障类型的新方案。该方法对三相电流进行相模变换后,用数学形态学颗粒对电流各模量分析并提取模电流的形态谱,将各形态谱作为神经网络的输入,进而判断出接地故障的类型。

三、小波分析在电力系统暂态处理中的应用

20世纪80年代初Morlet等人第一次提出了小波变换的概念。它可以根据处理信号频率的高低自行调整窗口的大小,确保捕捉到有用的信息,可以对信号奇异点作多尺度分析。小波变换有以下特点:在高频范围内时间分辨率高;在低频范围内频率分辨率高;既适合于分析平稳信号及非平稳信号;有快速算法——Matlab算法;利用离散小波变换可以将信号分解到各个尺度(频带)上。

由于小波变换有以上优点,所以它在各个应用领域中都得到了广泛应用,比如生物医学工程、机械故障诊断、非线性动力系统、量子物理、模式识别、参数辨识、CT成像、数据压缩等。近几年小波变换技术在分析和处理电力系统暂态信号方面也显示了其优越性和良好的应用前景,主要应用领域包括电力信号去噪[6,27-28]、数据压缩、电力设备故障诊断、电能质量信号分析、故障定位等。文献[28]指出db6小波对电压暂升、暂降、闪变信号均能获得较好的去噪效果。文献[29]提出了一种小波包去噪算法,用以消除暂态扰动检测中噪声的影响,为在噪声环境中检测和定位暂态扰动提供了依据。电能质量信号分析方面:文献[31]将小波包用于对谐波的检测,并与IEC推荐的谐波检测方法进行了对比,仿真结果证明了基于小波包的检测方法对非整次谐波与间小波的检测要优于IEC推荐的方法。电力设备诊断方面:文献[30]通过对基于Shannon熵的最优小波包基的快速搜索算法的探讨,提出了基于最优小波包基小波包方法。

在输电线路故障定位方面:

(1)故障选线。文献[31]提出了基于单相电流行波的故障选线原理。文献[32]利用小波变换与电弧故障产生的突变相结合而进行故障选相。文献[33]提出用小波变换提取电流故障分量的暂态能量,并且以三相间暂态能量的大小及其相对关系来识别故障类型和判断故障相的新方案。文献[34]利用小波变换提取故障后电流行波的线、零模量,根据提取出的电流行波波前1/8周期的能量进行故障选相。文献[35]通过小波变换利用故障电流行波幅值及极性逻辑关系相结合的故障类型识别方法,并设计出了故障类型识别的实用算法。该方法可以提高以往行波故障选相方案中利用零、线模量之间幅值关系判别单相接地或两相接地故障时的可靠性。总的来说,目前基于暂态信号,利用小波变换工具进行选相的方法得到了很好的研究,但在实际应用时仍需进行相应的分析论证。文献[36]对电力系统暂态信号提取小波能量熵及能量熵权,并将其分别对神经网络进行训练,提出了小波能量熵与神经网络相结合的故障分类方法。

(2)故障测距。电力系统要求及时、准确地得知线路故障位置,以便用最短的时间清楚故障,尽快恢复供电,现已有可用于解决实际问题的各种故障测距方法。小波变换可以很好地表征输电线路故障行波信号的突变点,故很多文献提出用小波变换来进行行波故障测距。[37-41]主体思路是:运用小波变换对故障信号进行分解,并用小波变换模极大值表示故障信息,揭示了行波信号奇异、瞬时信号与小波变换模极大值的关系,运用小波对奇异点检测的原理,确定两次行波波头达到检测点的时间间隔及故障发生的时刻,推算出故障位置,以达到故障定位的目的。

四、熵理论的应用现状

1948年Shannon把通信过程中信源讯号的平均信息量定义成为熵,这就是信息熵。小波熵是小波变换和信息熵的结合,它具有小波变换和信息熵的特点,对动态系统参数的微小变化具有独特的敏感性,反映了暂态信号在时-频域空间的能量分布情况,随着小波熵理论的不断发展与完善,它被应用机械、生物、电力系统等众多领域。

生物领域中,文献[42]运用小波熵分析心跳信号,并识别其变化规律;文献[43-44]将小波熵应用于EEG等非平稳信号的分析,体现出小波熵区别非平稳信号复杂度的特点,又有其反映微状态信号快速变化的优点。在机械故障诊断领域里,文献[45]将小波包与特征熵结合提出了一种诊断高压断路器机械故障的新方法,并给出了切实可行的诊断步骤和分析。

这几年小波熵理论在电力系统中的应用才刚刚开始,所以这方面的文献较少。文献[46]提出采用离散小波变换和神经网络相结合的方法,对输电线路故障进行分类和定位,虽然训练好的神经网络可以准确地对故障进行分类和定位,但存在计算量大、运算费用高的缺点。文献[47]提出一种基于小波熵权和支持向量机相结合的故障识别方法。该方法识别速度快,有较好的通用和实用价值。文献[48]虽采用了小波分析理论与信息熵理论,但并没有对小波熵进行一个完整的、系统的定义。文献[49]综合阐述了小波熵在电力系统中各方面应用的可行性,表明了其在电力系统中具有良好的发展空间。文献[5-6,50-51]探讨了小波熵在电力系统故障检测征提取的应用机理,通过仿真一些输电线路故障检测对文中给出的几种小波熵进行了验证,仿真分析结果表明小波熵测度在暂态信号检测与分类中有望得到较好的发展。小波熵作为近年来才发展的一种新理论在电力系统故障检测中的应用具有广阔前景。所以,在电力系统暂态信号的检测和分类中运用小波熵理论具有重要的研究意义。

五、结束语

电力系统故障类型识别的研究为暂态信号检测分析开辟了新的道路,为暂态信号特征提取理论奠定了新的基础,进行了不同变换空间内信号特征和复杂程度的定量描述方法,建立了适合于电力系统暂态信号分析的小波熵理论。

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电力保障论文第3篇

关键词:电力系统,继电保护,安全管理

 

0 引言

电力作为当今社会的主要能源,对国民经济的发展和人民生活水平的提高起着极其重要的作用。论文参考,电力系统。现代电力系统是一个由电能产生、输送、分配和用电环节组成的大系统。论文参考,电力系统。电力系统的飞速发展对电力系统的继电保护不断提出新的要求,近年来,由于电子技术及计算机通信技术的飞速发展,继电保护技术已然进入了微机保护的时代。如何确保微机继电保护装置的安全运行,正确应用继电保护技术来遏制电气故障,提高电力系统的运行效率及运行质量已成为迫切需要解决的技术问题。

1 继电保护装置的任务及可靠性分析

1.1 继电保护装置的任务

继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时电气量(电流、电压、功率等)的变化来构成继电保护动作。继电保护装置的任务在于:在供电系统运行正常时,安全地、完整地监视各种设备的运行状况,为值班人员提供可靠的运行依据;供电系统发生故障时,自动地、迅速地、并有选择地借助断路器跳闸将故障设备切除,保证非故障部分继续运行;当供电系统中出现异常运行工作状况时,它应能及时、准确地发出信号或警报,通知值班人员尽快做出处理。

1.2 继电保护可靠性分析

继电保护装置的可靠性主要是指解决装置的拒动作和误动作两大问题。继电保护是电力系统的重要组成部分。是保证电网安全稳定运行的重要技术手段,电力系统的事故速度快,涉及面广,会给国民经济和人民生活造成很大影响。影响继电保护可靠性的因素主要有以下四个方面:

(1)继电保护系统软件因素。软件出错将导致保护装置误动或拒动。目前影响微机保护软件可靠性的因素有:需求分析定义不够准确、软件结构设计失误;编码有误;测试不规范;定值输入出错等。

(2)继电保护系统硬件装置因素。论文参考,电力系统。继电保护装置、二次回路、继电保护辅助装置、装置的通信、通道及接口、断路器。这些电力网络的重要元件,其可靠性不仅关系到继电保护的可靠性,还关系到电力系统主接线的可靠性。继电保护系统硬件的质量和可靠性直接影响了系统保护的可靠性。

(3)人为因素。安装人员不按设计要求接线或者误接线问题和检修、运行人员的误操作问题在不少电网中都曾发生过。

2 配电系统继电保护存在的问题

2.1 电流互感器饱和

随着供电系统规模的不断扩大,很多低压配电系统短路电流会随着变大,当变、配电所出口处发生短路时,短路电流往往很大,甚至可以达到电流互感器一次侧额定电流的几百倍。在稳态短路情况下,一次短路电流倍数越大,电流互感器变比的误差也越大,使灵敏度低的电流速断保护就可能拒绝动作。在线路短路时,由于电流互感器饱和,感应到二次侧的电流会很小或接近于零,造成定时限过流保护装置拒动。若是在变电所出线故障则要靠母联断路器或主变压器后备保护来切除,延长了故障时间,使故障范围扩大;而若是在配电所的出线过流保护拒动,则将使整个配电所全停。

2.2 二次设备及二次回路老化

现在我国很多配电系统的继电器是20世纪七八十年代的老式继电器,节点氧化尘太多,压力不够,也会造成保护误动,出口不可靠。我们知道,二次回路分直流和交流两个部分,如果交流回路实验端子老化,锈蚀,接触电阻过大,严重时会引起开路,引起保护误动或拒动。论文参考,电力系统。直流部分在系统失电和系统严重低电压时可靠性难以保证,事故情况下更难以保证可靠动作,会导致越级跳闸,扩大事故范围。

2.3 环网供电无保护

目前我国环状配电网基本采用负荷开关为主,目前不设断路器,也没有保护。若装设断路器,由于运行方式变化,负荷转移等因素,继电保护选择性无法协调。目前环网运行方式是开口运行,故障时,故障环网全部停电,绝大部分网络是用人工操作对网络重构来恢复供电。

3 电力系统继电保护的安全管理要点

3.1 强化人员理念,建立岗位责任制

做到每个设备均有值班人员负责,做到人人有岗、每岗有人。值班人员对保护装置的操作,一般只允许接通或断开压板,切换开关及卸装熔丝等工作,并严格遵守电业安全工作规定。同时要对维护人员进行继电保护专业知识的培训,以提高运行其继电保护专业水平。

3.2 完善环网结构的配套建设

目前环网结构是电缆网络采用的主要形式,目前还没有性能颇为理想的继电保护装置,为快速隔离故障、恢复供电,可以考虑结合配电自动化系统的建设,继电保护与自动化系统相互配合使用。论文参考,电力系统。

3.3 增加投入,更新设备

及时更新保护校验设备,完善供电网络建设,在不影响正常安全生产的情况下,确保各回路均有足够保护整定时间,使保护装置校验做到应校必校,不漏项,不简化。论文参考,电力系统。

3.4 超前预防,安全生产

通过故障管理,对掌握的故障数据,在其未酿成事故之前,就要及时分析,制定对策。

对能立刻消除的故障,立刻组织安排人员消缺;对不能立刻消除的故障,进行再次分析,制定补救措施,并认真做好事故预想。

3.5 实现责任追溯

对未按照规定日期安排或完成消除故障者,对同一故障出现多次消缺者,对出现的故障不按规定汇报而引起严重后果者等,通过故障信息管理,可以实现责任追溯,追究有关管理人员、工作人员的责任。明确了各方应承担的责任后,要从中吸取教训,能激励大家共同努力、相互协作的精神,把所管辖的设备及电网的安全稳定运行工作做得更好。

4 结语

继电保护是电力系统的安全卫士,是保证电力系统安全、稳定运行的有利手段,只有对继电保护装置进行定期检查和维护,按时巡检其运行状况,及时发现故障并做好处理,才能保证系统无故障设备正常运行,提高供电可靠性。

参考文献:

[1]张秋增.浅谈电力系统继电保护技术的现状与发展[J].科技资讯,2009(4).

[2]张国锋,梁文丽,李玉龙.电力系统继电保护技术的未来发展[J].中国科技信息,2005(2).

[3]傅志锋,陈豪,杨晓华.浅议电力系统继电保护技术及其前景[J].中小企业管理与科技,2009(4).

电力保障论文第4篇

关键词:人工智能技术;电力系统;继电保护;应用

实际工作中,电力系统的运行过程常常会受到很多因素的干扰,使得整个电力系统运行时容易出现震荡、超过负荷等非正常状态,而造成设备故障及突然停电等突发状况。人工智能技术可以有效地起到提高保护的智能化水平的作用,能够最大限度地减少因超负荷运载等问题而造成的突发事故的发生,因此为了能够在电力系统出现故障时及时切除故障,应在电力系统继续保护中科学地运用人工智能技术,从而促使我国的电力行业进一步持续稳定地发展。

1电力系统继电保护的应用现状

随着我国科学技术的日新月异与更新换代,我国的电力系统也相应地得到了蓬勃发展。而随着人工智能理论技术的不断发展,以专家系统、暂态保护技术、人工神经网络及模糊技术等为代表的智能理论方法已经在电力系统领域得到了非常广泛的应用,尤其是关于微机继电保护技术的研发与应用更是日趋成熟。微机继电保护技术由于其超强的数字计算、逻辑处理能力以及自我检测能力而被广泛地运用于电气设备及高低压线路的继电保护中。目前,我国的微机保护设备已经取得了自主知识产权,其技术及性能甚至超过了进口的继电保护设备,完全能够取代进口设备。但整体来说,我国人工智能技术在电力系统的应用研究目前还处在开始阶段,相信随着时间的推移及科技的不断发展,我国在电力系统中会越来越多地运用到人工智2能人技工术智。能技术在电力系统继电保护中的应用

2.1专家系统的应用

专家系统在电力系统继电保护中主要运用于电力系统的故障诊断及勘测等对时间没有太高要求的保护工作中。专家系统将人工智能从之前的纯理论性的研究转向了在实际工作中得以运用,是人工智能的一项重大突破。而无论专家系统在何种系统中得以运用都能够有效地达到使继电保护工作的工作效率得以提高的目的。专家系统在继电保护中的工作原理,就是先将有关专家在电力系统继电保护领域中的相关知识与经验予以统一整理分析,之后使用计算机的相关程序来进行模拟专家的对于这些问题的分析与判断,然后提出最终的解决方法。如用专家系统来排除故障,就可以将故障现场采集的数据及信息输入到计算机,通过专家系统来对故障产生的原因进行分析与判断,从而确定故障原因,维修人员就可以根据故障原因顺利地解除故障,恢复系统的正常运行。这样一来可以方便工作人员寻找系统出现故障的原因,能够及时采取有效的对策去解决问题。此外,通过利用这些规则还可以实现对继电保护设计中的问题全方位分析,进而可以解决电力保护设计中的矛盾冲突。同时,专家系统也可在系统的整体继电保护中得以运用,通过对整定原则、鉴别规则等的制定,从而对相应的电力设备实现智能调整及智能维护。

2.2暂态保护的应用

随着在继电保护中应用人工智能技术的不断研究和发展,人工智能技术不仅能够精准地判断故障,还能有效地解决单一工频信号的传统算法没有办法识别的问题,暂态保护技术就是其中的一种。暂态保护之所有能够快速而准确地进行故障判断,是由于暂态保护能够将所产生的信号运用在电力设备及线路的保护中,同时能够按照故障发生的类型、以及故障发生的位置与故障持续的时间等因素来加以综合分析及判断。因此能够有效地解决之前在传统继电保护方式中需要投入大量的人力和精力的问题,从而节省大量的人力物力并大幅地提升劳动效2率.3。人工神经网络的应用

人工神经网络由于可以模拟人脑进行思考及处理问题,因此在电力系统的继电保护中得到了广泛应用。目前,主要运用在电力系统发生故障的类型及测定故障的距离等方面。比如,对于非线性的过渡电阻发生短路这一现象,普通的距离保护对于故障发生的位置很难加以判断,因此极易造成拒动或者是误运作,但利用人工神经网络就能够正确地对故障加以判断,原因是由于神经网络中的故障样本涵盖了各种故障类型及故障原因。同时,也有人提出将人工神经网络应用于电力系统的继电保护的方向保护与电力系统的主要设备的保护当中。比如,用BP模型来判别元件,经过研究实践发现BP模型能够实现快速而准确地将故障的方向判别出来。

2.4模糊理论的应用

由于电力系统的故障与故障前的征兆相互间的关系并不明确,而是模糊的关系,而这种模糊关系是源于两者间的不确定性,因此导致诊断结果也相应地模糊,因此模糊理论的应用就可以较好地解决模糊性的诊断问题。目前,模糊理论在电力系统继电保护中的应用也日益广泛。比如,通过在继电保护中应用模糊理论能够实现有效地确定电力生产中的一些不确定因素以及对干负荷发生变化的不确定予以确定。模糊理论在电力系统中得以有效的应用能够使电力模糊系统变得完整有效。而与传统的无工电压算法相比,由于传统算法采用的是单目标法来对问题进行优化,故对于调节限制控制量的考虑并不充分,因此相比之下,模糊理论的效果要更加的明显。

2.5遗传算法的应用

遗传算法是在1975年由美国的科学提出来的一种计算模型,它主要是用于模拟大自然的遗传机制与自然界的适者生存理论,首先将相应问题的所有备用解都进行编码,然后按照其理论来进行全局优化搜索,从而找到问题的最优解集。遗传算法在电力系统继电保护工作中被广泛应用,如图像处理、电力系统无功优化、输电系统电容的最优化配置及控制及诊断输电网络产生的故障原因等方面都有应用。使用遗传算法的最大的限制是关于输电网络故障诊断模型的系统化科学化的建立,一旦这个问题得以解决,就能够使用遗传算法来有效地解决故障诊3断结问语题。

随着我国市场经济的高速发展及人们生活质量的大力提升,我国的用电需求也相应在呈几何倍地增长,从而对于电力企业的供电设备及供电质量要求也就就要求更高,而传统的继电保护已经无法满足目前我国的企业及生活用电需求。因此,就需加快将人工智能技术在电力系统继电保护应用中的步伐,通过人工智能技术的应用加快推动我国电力系统朝着智能化方向的进一步发展。

电力保障论文第5篇

关键词:复杂电磁环境,装备维修训练,训练对策

 

0 .引言

未来信息化条件下作战,数量繁多、构成复杂的信息化装备产生的各种电磁信号,与自然电磁环境和民用电子设备形成的电磁环境相互交织,形成了一个综合复杂、快速流动、爆炸式增长的“复杂电磁环境”。开展复杂电磁环境下装备维修保障训练,加速提高我军信息化条件下主战装备维修保障能力,是各级装备部门面临的极其紧迫而又现实的任务[1]。

1. 装备维修保障面临的电磁环境

研究复杂电磁环境下装备维修保障训练,必须先清楚现代装备维修保障中面临的复杂战场电磁环境。目前,装备维修保障遇到的电子对抗威胁主要来自敌方的电子干扰及我军的电磁自扰。。以美军为作战对象,其基本情况如下:其现役战术飞机的机载干扰机,工作频率500~20000MHz,有效辐射功率10kW,可干扰目标数量16~32个,响应时间0.1~0.25s。。专用电子战飞机或战略轰炸机机载干扰机的工作频率60~20000MHz,有效辐射功率30kW,可干扰目标数量达上百个,响应时间0.1s。舰载干扰机的工作频率3000~20000MHz,有效辐射功率上兆瓦,可干扰目标数量80个,响应时间0.2~3s。[2]因此,美军可对工作于0.06~40GHz的保障装备实施干扰,其中对工作于0.5~20GHz的保障装备可实施有效干扰,对工作于2~18GHz的保障装备可实施强干扰。无源干扰对维修保障的影响不大。

2 . 复杂电磁环境对装备维修保障的影响分析

2.1 装备维修保障

装备维修保障训练是部队形成装备保障力的主要环节,对“两成两立”建设有重要意义。其基本任务是,掌握武器装备维修的知识、技能,演练现代作战装备维修方法,开展装备维修训练学术研究,提高官兵对装备的维修保障能力以及整体作战能力。装备维修训练一般采取集中训练、结合训练、连贯训练、专题训练等多种形式,分层制定计划,按级组织训练,将首长机关训练贯穿于年度装备维修训练始终,确保大纲训练内容和量化指标的落实。以野战装备抢修训练为例,由于运输装备过程中受到电磁干扰主要是通讯部分,在此不予考虑。

2.2 复杂电磁环境对装备维修保障的影响

按照上述流程图中的维修环节和要素,复杂电磁环境对装备维修影响可从以下三个阶段做一浅析。

2.2.1故障检测阶段

在检测装备故障过程中,需要运用大量的电子检测设备,包括示波器、频率计和多功能检测计算机等仪器设备。其中示波器和频率计等通用检修仪器生产技术相当成熟,在出厂前已进行了严格的电磁性能达标检测实验,使用过程中一般不易受干扰。相比之下,对于维修单位开发的专用维修检测电子设备,由于其生产与检验工艺较为粗糙,面对复杂电磁干扰,性能难于正常发挥。

2.2.2分解维修阶段

在此训练阶段内包括两部分:一是筹备易损件不同,针对美军反辐射导弹与电磁脉冲炸弹的攻击,优选出我军电子装备可能受到损伤的零部件作为备件。。二是在分解修复过程中存在造成新的电磁损伤隐患,特别是对于电磁易损件,要注意将其放置到防磁环境当中实施检测维修。

2.2.3出站检验阶段

出站检验是一项非常重要的训练内容,其结果直接关系到修复装备能否出站。在复杂电磁环境下,常规检测条件遭到破坏,战场修复装备检验出现困难。比如军用雷达修理完毕后,通常在开阔地域对其主要战技指标实施检测即可,但在强电磁环境下,该法失效。

3. 复杂电磁环境下作好装备维修保障的对策

3.1提高装备维修人员的电磁基础理论与防范意识

打赢未来信息化条件下战争,人仍然是决定性因素。开展复杂电磁环境下装备维修保障训练,首先要提高广大维修人员对复杂电磁环境基础知识和特点规律的认识和掌握。强化基础知识的学习,尽快普及光学、电磁学、计算机技术、网络技术和信息技术等基础学科知识,掌握电磁波、电磁辐射、电磁频谱、电磁空间、电子对抗、战场电磁环境等基本概念,熟悉无线电频谱管理、信息安全防护等相关法规和电子战力量使用原则,牢固树立电磁制胜的理念。通过对复杂电磁环境基础知识的学习,深刻理解复杂电磁环境对装备维修保障的影响及制约作用。

3.2突出抓好专用检测仪器设备的防电磁干扰训练

专用检测仪器是维修保障的关键设备,其性能的优劣直接影响到维修保障效率。为此一方面要组织相关技术人员对现有专用检测电子设备进行电磁性能综合评估,发现问题及时给予革新。修复装备检验过程中,为防止复杂电磁环境对检验带来的不良影响,应使用电磁防护专用帐篷等设施。另一方面要立足现有装备维修保障训练系统的基础上,增加复杂电磁环境下的训练科目、内容,模拟反辐射导弹、电磁脉冲弹等武器对装备的破坏。从而搞清“训什么”的问题,不断提高维修训练的针对性。

3.3分析并筹措新型装备易受电磁干扰损坏零部件

复杂电磁环境下装备维修保障人员不仅要修复由炮弹、导弹等所导致的传统意义上的装备战损,而且要面对诸如电磁干扰或破坏、计算机病毒等新式作战手段所造成的装备战损,从而对装备的备件筹措提出了更高的要求。特别是新型电子装备,作为未来我军的主战装备,探索其受电磁干扰的规律,进而科学制定易损件的筹措渠道,充实维修训练内容。

3.4 研发复杂电磁环境装备技术保障评估系统

抓好复杂电磁环境下的装备维修训练环境模拟研究,构建与战时相仿的电磁环境, 大力发展装备保障训练模拟仿真系统。跟踪外军维修训练的发展,通过运用现代网络、计算机、通信、虚拟现实和模拟仿真技术,建立模拟仿真系统。在贴近实战的复杂电磁环境中练保障、练协同,全面提高部队对复杂电磁环境的适应能力,解决好装备维修训练“环境不复杂”和“训练内容不实”的问题。在现有训练评估体系中,有机融入电磁防护能力,应用评估优化理论,建立量化式评估体制。

4.结束语

复杂电磁环境是未来信息化战争所要面临的首要问题,深入研究复杂电磁环境的特点规律,合理运用电磁效应进行维修训练,是打赢信息化条件战争的必然要求,也是我军装备保障的着力点,必须集中各方面技术力量集体攻关、破解难题,探索研究出科技含量高、实用性强的复杂电磁环境下装备维修器材和训练方法,从而有效履行信息化条件局部战争的保障使命。

参考文献:

[1]唐保东.对复杂电磁环境下训练的认识与思考.国防大学学报,2007.09.

[2]王小念.野战防空雷达面临的电磁威胁及战术对策.防空兵指挥学院学报,2006.08.

[3]王汝群等.战场电磁环境[M].解放军出版社,2006.08.

电力保障论文第6篇

关键词:复杂电磁环境,装备维修训练,训练对策

 

0 .引言

未来信息化条件下作战,数量繁多、构成复杂的信息化装备产生的各种电磁信号,与自然电磁环境和民用电子设备形成的电磁环境相互交织,形成了一个综合复杂、快速流动、爆炸式增长的“复杂电磁环境”。开展复杂电磁环境下装备维修保障训练,加速提高我军信息化条件下主战装备维修保障能力,是各级装备部门面临的极其紧迫而又现实的任务[1]。

1. 装备维修保障面临的电磁环境

研究复杂电磁环境下装备维修保障训练,必须先清楚现代装备维修保障中面临的复杂战场电磁环境。目前,装备维修保障遇到的电子对抗威胁主要来自敌方的电子干扰及我军的电磁自扰。。以美军为作战对象,其基本情况如下:其现役战术飞机的机载干扰机,工作频率500~20000MHz,有效辐射功率10kW,可干扰目标数量16~32个,响应时间0.1~0.25s。。专用电子战飞机或战略轰炸机机载干扰机的工作频率60~20000MHz,有效辐射功率30kW,可干扰目标数量达上百个,响应时间0.1s。舰载干扰机的工作频率3000~20000MHz,有效辐射功率上兆瓦,可干扰目标数量80个,响应时间0.2~3s。[2]因此,美军可对工作于0.06~40GHz的保障装备实施干扰,其中对工作于0.5~20GHz的保障装备可实施有效干扰,对工作于2~18GHz的保障装备可实施强干扰。无源干扰对维修保障的影响不大。

2 . 复杂电磁环境对装备维修保障的影响分析

2.1 装备维修保障

装备维修保障训练是部队形成装备保障力的主要环节,对“两成两立”建设有重要意义。其基本任务是,掌握武器装备维修的知识、技能,演练现代作战装备维修方法,开展装备维修训练学术研究,提高官兵对装备的维修保障能力以及整体作战能力。装备维修训练一般采取集中训练、结合训练、连贯训练、专题训练等多种形式,分层制定计划,按级组织训练,将首长机关训练贯穿于年度装备维修训练始终,确保大纲训练内容和量化指标的落实。以野战装备抢修训练为例,由于运输装备过程中受到电磁干扰主要是通讯部分,在此不予考虑。

2.2 复杂电磁环境对装备维修保障的影响

按照上述流程图中的维修环节和要素,复杂电磁环境对装备维修影响可从以下三个阶段做一浅析。

2.2.1故障检测阶段

在检测装备故障过程中,需要运用大量的电子检测设备,包括示波器、频率计和多功能检测计算机等仪器设备。其中示波器和频率计等通用检修仪器生产技术相当成熟,在出厂前已进行了严格的电磁性能达标检测实验,使用过程中一般不易受干扰。相比之下,对于维修单位开发的专用维修检测电子设备,由于其生产与检验工艺较为粗糙,面对复杂电磁干扰,性能难于正常发挥。

2.2.2分解维修阶段

在此训练阶段内包括两部分:一是筹备易损件不同,针对美军反辐射导弹与电磁脉冲炸弹的攻击,优选出我军电子装备可能受到损伤的零部件作为备件。。二是在分解修复过程中存在造成新的电磁损伤隐患,特别是对于电磁易损件,要注意将其放置到防磁环境当中实施检测维修。

2.2.3出站检验阶段

出站检验是一项非常重要的训练内容,其结果直接关系到修复装备能否出站。在复杂电磁环境下,常规检测条件遭到破坏,战场修复装备检验出现困难。比如军用雷达修理完毕后,通常在开阔地域对其主要战技指标实施检测即可,但在强电磁环境下,该法失效。

3. 复杂电磁环境下作好装备维修保障的对策

3.1提高装备维修人员的电磁基础理论与防范意识

打赢未来信息化条件下战争,人仍然是决定性因素。开展复杂电磁环境下装备维修保障训练,首先要提高广大维修人员对复杂电磁环境基础知识和特点规律的认识和掌握。强化基础知识的学习,尽快普及光学、电磁学、计算机技术、网络技术和信息技术等基础学科知识,掌握电磁波、电磁辐射、电磁频谱、电磁空间、电子对抗、战场电磁环境等基本概念,熟悉无线电频谱管理、信息安全防护等相关法规和电子战力量使用原则,牢固树立电磁制胜的理念。通过对复杂电磁环境基础知识的学习,深刻理解复杂电磁环境对装备维修保障的影响及制约作用。

3.2突出抓好专用检测仪器设备的防电磁干扰训练

专用检测仪器是维修保障的关键设备,其性能的优劣直接影响到维修保障效率。为此一方面要组织相关技术人员对现有专用检测电子设备进行电磁性能综合评估,发现问题及时给予革新。修复装备检验过程中,为防止复杂电磁环境对检验带来的不良影响,应使用电磁防护专用帐篷等设施。另一方面要立足现有装备维修保障训练系统的基础上,增加复杂电磁环境下的训练科目、内容,模拟反辐射导弹、电磁脉冲弹等武器对装备的破坏。从而搞清“训什么”的问题,不断提高维修训练的针对性。

3.3分析并筹措新型装备易受电磁干扰损坏零部件

复杂电磁环境下装备维修保障人员不仅要修复由炮弹、导弹等所导致的传统意义上的装备战损,而且要面对诸如电磁干扰或破坏、计算机病毒等新式作战手段所造成的装备战损,从而对装备的备件筹措提出了更高的要求。特别是新型电子装备,作为未来我军的主战装备,探索其受电磁干扰的规律,进而科学制定易损件的筹措渠道,充实维修训练内容。

3.4 研发复杂电磁环境装备技术保障评估系统

抓好复杂电磁环境下的装备维修训练环境模拟研究,构建与战时相仿的电磁环境, 大力发展装备保障训练模拟仿真系统。跟踪外军维修训练的发展,通过运用现代网络、计算机、通信、虚拟现实和模拟仿真技术,建立模拟仿真系统。在贴近实战的复杂电磁环境中练保障、练协同,全面提高部队对复杂电磁环境的适应能力,解决好装备维修训练“环境不复杂”和“训练内容不实”的问题。在现有训练评估体系中,有机融入电磁防护能力,应用评估优化理论,建立量化式评估体制。

4.结束语

复杂电磁环境是未来信息化战争所要面临的首要问题,深入研究复杂电磁环境的特点规律,合理运用电磁效应进行维修训练,是打赢信息化条件战争的必然要求,也是我军装备保障的着力点,必须集中各方面技术力量集体攻关、破解难题,探索研究出科技含量高、实用性强的复杂电磁环境下装备维修器材和训练方法,从而有效履行信息化条件局部战争的保障使命。

参考文献:

[1]唐保东.对复杂电磁环境下训练的认识与思考.国防大学学报,2007.09.

[2]王小念.野战防空雷达面临的电磁威胁及战术对策.防空兵指挥学院学报,2006.08.

[3]王汝群等.战场电磁环境[M].解放军出版社,2006.08.

电力保障论文第7篇

(国电南瑞科技股份有限公司,江苏南京210061)

摘要:根据目前智能化站配置的SCADA系统和保护子站系统,结合IEC61850模型中保护LN功能节点分解配置的特点,提出一种将保护功能LN、录波通道与一次设备配置关联建模,并综合该模型和这两套系统采集的信息,依据故障专家推理系统得到故障结论的变电站故障分析辅助系统的设计思想。

关键词 :IEC61850模型;故障分析;SCADA系统;保信子站;录波分析

0引言

当电网发生一次故障时,保护装置会生成大量的动作事件、扰动数据、故障参数等信息,如何准确、有效地将3类信息综合分析、汇总为一次故障的信息,并生成统一的故障报告,是故障信息系统面临的首要难题[1]。IEC61850标准定义了变电站配置语言SCL,该语言用于对变电站系统进行完备的描述,并通过配置器对设备进行配置[2],由该语言配置的SCD文件可以描述变电站自动化系统的各电子设备功能配置情况。SCD文件中保护设备的IED模型包含有各种保护功能LN的定义,而录波暂态comtrade数据文件中有录波通道的定义,本文提出了一种将这些保护功能LN和录波通道与被保护的一次设备关联建模,并由此构建一套变电站故障分析辅助系统的思路,该系统具备辅助站内值班人员在站端发生设备故障跳闸情况下汇总SCADA系统信息、录波设备信息、保护设备信息进行事故分析的功能。

1目前故障分析系统的构成

目前的电网故障信息系统由厂站端的子站、通信传输网络以及各级电网调度中心(主站)组成。子站是一个信息采集中心,采集数字式保护和录波器的信息,完成不同设备的规约转换,并实现与主站的信息交互,子站本身不具备站内故障分析功能,只是作为一个网关,将站内保护信息和录波器信息汇总统一格式,发送到各级主站。这样配置在主站端的故障分析系统优点是能结合电网拓扑情况进行故障分析,分析结果相对可靠,但系统也存在以下缺点:

(1)站内继电保护故障时,一般都伴随着断路器位置变化的信号和断路器机构的信号,由于故障子站系统只接收站内数字式保护和录波器的信息,不接收SCADA系统的开关位置信息,进行故障分析难免会有错误和不准确的情况。

(2)站内单独配置的子站系统,目前大多数只能对站内保护信息进行汇总上传,部分子站能按照事先配置的策略进行信息的筛选过滤和预分析,但所有子站并不具备独立的分析能力,这样如果站内发生事故,站内的运行人员就无法从这套系统得到站内故障分析的结果,从而也就影响了第一现场的故障处理效率。

(3)对于智能变电站,全站的通讯已经统一于IEC61850规约,全站SCD模型文件当中已包含所有二次设备信息,SCADA系统已经具备采集全站保护、录波信息的能力。

综合以上分析,我们提出在当前变电站监控系统(SCADA)基础上配置一套故障分析辅助系统,这套系统具备常规保信子站系统的一切数据采集转发功能,还能够结合站内故障时保护、录波、硬接点、在线监测等信息进行故障原因综合分析判断并得到故障的分析报告,报告提供故障时的保护、变位、录波等全方位详细信息,同时也支持存储、调阅、远传功能。

2故障分析辅助系统的主要组成部分

2.1分析模型组态模块

由于变电站故障分析的结论最终是体现在一次设备上的,故障时的信息都是作为辅助手段来确定该一次设备的故障情况,这样故障分析系统最基本的模型为一次设备模型,一次设备故障判断依据可以来自多套保护装置的信息,如线路可以有两套保护装置,每套保护装置分别设有主保护功能如光差、距离一二段,后备保护功能如距离三段、零序三段等,同时该线路保护还可以来源于其他一次设备的保护如主变保护的远后备功能,一次设备和各保护装置的关联已经弱化,关联主要在分解的LN保护功能上进行,同时设备还需要和录波(集中、分散)中的对应通道关联,以便在分析判断故障时调取该时段对应的测量暂态数据情况作为辅助判断。综上所述,我们进行了下列分析系统初始模型定义:

(1)定义一次设备模型。基于站内的一次设备进行定义,提供分析基础设备信息。

(2)定义保护功能模型。该模型按照IEC61850定义的LN保护功能原理类别进行定义。

(3)定义保护通道模型。该模型按照通道采集的模拟量类别定义。

分析系统组态模块的主要功能是将站内的一次设备模型、保护模块模型、录波通道模型进行关联,同时定义该设备主要故障类型的推理知识库,组态模块是实现抽象模型完整定义并且实例化的工具,它根据变电站实际配置的一次设备、保护装置、录波器情况,配置故障分析系统需要的信息,并定义各模型之间的连接关系,实现各个模型的动态组合并形成一个完整的变电站内故障分析系统模型,为下面故障分析判断、故障定位提供分析基础。

2.2故障分析推理模块

该模块结合SCADA系统开关的变位信号、保护动作信号、保护定值、录波文件等信息,进行故障情况的推理演算,推理依据预先已定义的故障系统分析模型,对一次设备可能发生的故障类型进行事件匹配情况分析,特别是对保护动作出口情况、保护定值设置、保护压板投退、录波波形等进行同一时段的对比分析及保护的动作行为分析(拒动、误动的合理性判断),其中涉及保护动作原理部分计算考虑到不同厂家的装置实现有差别但是基本原理一致的特点,进行统一原理模型化处理,后期再由不同的模块来实现不同厂家保护原理到统一模型的归一化处理。该部分的判断结果结合设备故障特征的专家知识库模型与录波暂态数据,能够达到快速推理定位出故障元件的目的。

2.3故障结论展示模块

故障结论展示模块可以对故障推理的结果进行汇总展示,它包含3个部分:

2.3.1故障推理结论的报表展示

该功能主要通过报表展示的方式,展示系统推理分析出的故障结论,展示的内容既有按时间顺序罗列出的故障发生时刻的SOE记录、开关变位记录、保护动作记录、录波记录等信息,也可以列出故障前后站内指定模拟量的变化情况、故障设备的具体参数等可能有用的辅助信息。

2.3.2故障相关波形展示

该功能依据故障结论,通过对全站的故障发生点时间前后波形变化情况进行的库记录,集中汇总筛选各保护装置的保护波形信息,同时还可以选择指定保护装置的通道或录波器通道,汇总展示对应通道的录波波形变化情况,并可以进一步对录波波形进行深入分析,如阻抗分析、功率方向判别、差流分析等多种保护行为的分析功能。

2.3.3故障结论的存储、调用及远传功能

该功能能够将系统分析的结论存为二进制文件,并存入数据库,这样当以后有使用者需要查看某时间段故障时,可以直接调取该结论文件进行查看,该二进制文件具备转换功能,以便生成各种其他格式文件供调度或各不同应用需求用户调用。

3故障分析推理方法选择与模型设计

故障诊断推理及定位技术,从本质上来说是一个从异常信号辨别故障类型、故障发生点的模式识别技术,它在电网故障分析诊断方面的应用已经有很多成熟的经验,总的来说分为3个种类:

(1)基于解析模型的方法,例如状态估计法、等价空间法等。

(2)基于对信号的处理方法,例如自回归滑动平均法、小波变换法等。

(3)基于知识库的诊断方法,例如专家系统法,神经网络法等。

结合专家系统和模糊推理技术进行故障诊断的方法,在一定程度上改善了保护故障诊断系统对保护和断路器拒动、误动产生的容错性。基于产生式规则的系统,即把保护、断路器的动作逻辑以及运行人员的诊断经验用规则表示出来,形成故障诊断专家系统的知识库[3],根据告警信息、波形信息、保护信息结合专家知识库模型进行推理,获得故障诊断的结论。我们认为采用这种目前较为成熟的故障分析系统的方案并加以完善用于变电站故障的推理可行性是比较高的。

3.1中性点直接接地系统的故障分析

以110kV线路为例,文献[4]列举了该电压等级的线路保护配置一般是三段式距离保护和零序保护,它们采用分段式保护原理,Ⅰ段一般不带时限,保护线路全长80%~90%,Ⅱ段带较小延时,保护全长及下一段线路20%~30%,它们构成全线路的主保护;Ⅲ段称为定时限保护,带较长时限,保护本线路及下一段线路全长,为线路的近后备保护。

下面以线路A相单相接地故障为例进行分析:如110kV线路的主保护动作,则故障应该为本线路范围内的单相接地,该故障构成元素如图1所示;若故障线路的近后备保护动作,则故障可能为本线路故障(如断路器拒动或经高阻抗接地),构成元素如图2、图3所示;若故障线路的远后备保护动作,这种是故障线路主保护未跳开,远后备保护越级跳闸情况,构成元素如图4所示。

3.2中性点不直接接地系统的故障分析

中性点不直接接地系统若发生线路A相的单相接地故障,会造成B、C相的电压升高(若为金属接地为3倍相电压值,若为弧光接地可能达到3.1~3.5倍相电压值),由于线电压还是对称的,根据规程规定可运行2h,此时的故障并不作用于跳闸,但由于B、C相电压升高可能造成这两相的绝缘被击穿,故障存在进一步发展为两相、三相短路的可能,此时线路主保护动作跳闸,故障构成元素如图5所示。

综上分析,故障的产生必然伴随着各种构成元素,从这些元素来进行归类可分为录波元素、保护元素两大种类,故障分析专家系统模型应由这两大类元素按照逻辑关系构成(可考虑元素的时序关系),推理程序将该线路设备的关联保护、关联录波信息按照上述元素进行匹配判断,结合推理模型得出故障结论(若存在多种故障结论可匹配,可按匹配情况拟合度排列,取拟合度高的故障结论)。专家系统模型根据设备类型、故障类型定义图6结构。

4系统流程框图及模块说明

系统流程框图如图7所示。

4.1保护事件检索模块

保护事件检索模块可以查找指定时间段的SOE事件、保护事件、开关动作信号等故障信息,该模块提供查询接口给推理程序,用于推理程序定位故障设备。

4.2推理系统配置模块

通过站内数据库、scd模型、comtrade文件得到一次设备、保护设备、录波通道的模型信息,由用户通过配置关联,建立起这些相关模型的逻辑关联关系。

4.3推理专家系统模块

专家模型模块采用xml的语言格式设计定义了一种模型文件,该模型定义了录波和保护两大类推理元素以及它们的信息和行为,这些信息和行为可根据实际推理需要扩展,元素自由组合这些信息和行为来组成不同的故障推理模型。

4.4保护原理判断模块

该模块对保护元素的动作情况,结合保护定值、保护录波波形数据进行判断,确定该保护动作的正确性,该模块可以调取波形文件读取的接口调取波形信息,通过故障推理系统配置模块调取保护的定值信息。

4.5故障报告展示模块

推理程序得到的故障结论应该有一定的格式供故障报告程序展示,报告需要包括故障发生时间、故障设备、故障类型、故障相别、故障测距、开关变位、SOE、重合闸情况等。在该展示界面上可以调取故障时间段相关的保护录波波形、保护定值、事件记录列表进行查看。

4.6波形展示分析模块

故障波形文件的读取和展示模块,可根据产生的故障暂态数据comtrade文件(.hdr、.dat、.cfg)生成可展示的波形,并能提供相关接口调取某个保护或录波器某个时间段的波形值,以便供推理程序或其他模块使用。

5结语

该系统的主要应用场合是变电站的事故后辅助分析,对于故障分析时间段的选择可以采用人工输入方式或根据时间段故障暂态数据文件的范围划定时间窗的方式来确定,一旦确定时间段启动分析,系统将会收集SCADA、保护、暂态波形信息等定位故障设备,最后得到故障报告,用于提供给站内处理事故的人员,使他们能够更直观迅速地得到事故的相关过程信息,作出故障原因分析和结果判断,提高事故处理的工作效率。

参考文献]

[1]陈春,王业平,崔毅敏,等.电网故障信息系统中的故障分析与判断[J].电力系统自动化,2011,35(19):97?100.

[2]吴永超,王增平,吕燕石,等.变电站配置语言的应用及解析[J].电力系统保护与控制,2009,37(15):38?41.

[3]王家林,夏立,吴正国,等.电力系统故障诊断研究现状与展望[J].电力系统保护与控制,2010,38(18):210?216.

[4]余耀权.一起110kV线路故障引起主变后备保护动作的原因分析[J].电力系统保护与控制,2009,37(2):93?95.

电力保障论文第8篇

关键词 电力自动化;计算机化;网络化;一体化;智能化

中图分类号TM77 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)22-0116-02

电力自动化系统(英文名称:automation of power systems),也称电力系统自动化,是电力系统一直以来力求的发展方向,包括:发电控制的自动化(AGC已经实现,尚需发展),电力调度的自动化(具有在线潮流监视,故障模拟的综合程序以及SCADA系统实现了配电网的自动化等),配电自动化(DAS已经实现,尚待发展)。

电力自动化系统的发展在很大程度上受继电保护装置技术的制约,也就是说继电保护装置的发展方向即代表了电力监控系统的发展方向。本文简单介绍继电保护技术的发展方向[1,2]。

继电保护(英文名称:relay protection),指对电力系统中发生的故障或异常情况进行检测,对运行中电力系统的设备和线路,在一定范围内经常监测有无发生异常或事故情况,从而发出报警信号,并能发出跳闸命令或信号的自动装置,或直接将故障部分隔离、切除的一种重要措施。

1 继电保护技术的发展历程和现状

继电保护是随着电力系统的发展而发展起来的。20世纪以来,伴随电力系统的不断发展和继电器在电力自动化保护中的突出作用,继电保护技术逐渐发展。最初应用于生产的的继电保护装置就是熔断器。

从20世纪50年代到90年代末,在40余年的时间里,继电保护完成了发展的4个阶段,即从电磁式保护装置到晶体管式继电保护装置,到集成电路继电保护装置,再到微机继电保护装置。

伴随科学技术的发展,特别是计算机科学技术广泛应用于各行各业,并在生产中逐步形成生产力,继电保护技术向计算机化、网络化、一体化、智能化方向发展。

随着电力系统扩容、增容,仅靠简单的熔断等断电保护已远远不能适应发展。

一旦系统出现故障,庞大的电力系统已不再简单需要何时恢复、如何恢复的问题,而是需要数据来支持后续的诸如改进、协调等方面的问题了。基于此,继电保护技术又从保护向预测、防范的研究领域发展。

2 继电保护装置

继电保护装置是保障电网可靠运行的重要组成部分,一般由感受元件、比较元件和执行元件组成。继电保护装置必须具备以下4项基本性能:

1)灵敏性

灵敏性表示保护范围内发生故障或不正常运行状态时,继电保护装置的反应能力,通常以灵敏系数反应出来。确保设备在使用过程中有必要的灵敏度来支持整个系统的安全可靠。

2)可靠性

在规定的保护范围内发生了属于其应该动作的故障时,保护装置不应拒动作。而在任何不属于其应该动作的情况下,保护装置不应该误动作。

3)快速性

为防止故障扩大,减轻其危害程度,加快系统电压的恢复,提高电力系统运行的稳定性,在系统发生故障时,保护装置应尽快动作,切除故障。

4)选择性

为保证最大限度地向无故障部分继续供电,在设计和运行时都必须要在可能的最小区间切除故障,即首先由距故障点最近的断路器动作切除故障线路,尽量减小停电范围,保证系统中无故障部分仍能正常运行。

3 继电保护自动化发展展望

继电保护自动化主要发展方向就是当电力系统故障或者危及安全运行的异常情况出现时,能有更可靠和更智能化的技术手段来保证线路和电网的安全运行。一旦当电力系统发生故障或异常情况时,保护装置能在尽可能短的时间和尽可能小的范围内自动响应,可根据设计表现为自动断电或者及时报警,并将故障或者异常现象通过某种告知工作人员,出现异常的范围、地点,甚至有可能的话,能够提供处理异常的方法和手段,以减轻或避免设备的损坏,保证电网安全运行。

1)计算机化技术

在生产中,继电保护装置要实现智能化,除了要实现电路的基本保护功能,还应该有智能化,这就要求系统必须要有海量的参考信息,包括运行正常时的各种参数、运行故障时的各种参数,还应该有安全的数据保存空间和相应的计算处理能力,这就要求在继电保护装备中要加装计算机处理系统,并且要配置相等的计算能力。目前,计算机技术发展非常成熟,已实现机体小型化、运行高速化、储存海量化,因此,批量生产用于工业用的专业计算机技术应用于继电保护,时机已经非常成熟。

2)网络化技术

对于单个继电保护装置而言,简单的保护已不能适应电网大规模发展需要。继电保护技术要能得到长足发展,必须建行网络系统,一方面是系统得到的故障信息愈多,则对故障性质、故障位置的判断和故障距离的检测愈准确。另一方面,海量的参数也要多台电脑收集才可能完成。因此,只有实现继电保护装置的计算机进行联网运行,才能满足大电网的运行。

3)一体化技术

一体化技术说到底,就是实现继电保护装置在数据处理上的一体进程,始终把单一的继电保护装置作为整个电网运行系统的一个终端设备,它可从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数掘,也可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端。

4 结论

电力自动化系统也称为电力监控系统。其主要目标是采用技术手段来监视电网的各种运行状态参数、测量参数、保护装置动作信息,控制各种开关设备,调整设备的运行工况,即实现所谓的“四遥”(即:遥测、遥信、遥控、遥调)。以提高电网运行的经济一胜、安全性。本文主要讨论了电力自动化系统发展方向,有利于我国电力系统自动化程度水平提高。

参考文献

电力保障论文第9篇

【关键词】光伏发电;配电网;继电保护

0 引言

随着光伏发电系统的日益成熟且成本越来越低,光伏系统并网成为利用这一资源的最好方式。然而,光伏发电有其自己的特点,光伏发电系统的并网,使配电系统从单系统放射状网络变为分布有中小型系统的有源网络,改变系统的潮流分布,进而影响配电网继电保护的合理性,对配电系统的继电保护造成一定的影响[1-2]。

目前国内外很多学者已经对此开展了大量的研究工作,主要包括光伏发电短路特性和计算模型,分布式光伏发电系统及其接入位置、接入容量的不同对配电网电流保护、重合闸、自动化策略的影响等内容。文献[3]针对用户侧光伏发电并网对配电网继电保护的影响进行了分析,提出了继电保护配置方案以及保护整定原则,为今后的工程应用提供一定的借鉴。文献[4]指出,分布式光伏发电接入中低压配电网后,将对电流保护的灵敏性和选择性产生影响,影响程度与光伏电源的接入位置、装机容量有紧密的关系。同时,含分布式光伏发电的配电网不宜采用快速重合闸。文献[5]采用动态等值阻抗的建模方法,将光伏发电站表示为戴维南等效电路来研究光伏电站接入配电网后的继电保护整点计算。

因此,本文从理论上分析了光伏并网发电对配电网继电保护的影响,包括光伏系统接入位置和接入容量,并指出在今后配电网继电保护配置以及整定计算时,需考虑并网光伏发电系统。本文的研究成果也为光伏并网发电的工程实施提供理论依据和技术支持。

1 光伏电源接入位置对继电保护的影响

我国10kV配电网一般为单电源辐射形式并以三段式电流保护为主保护,图1为10kV配电网基本接线图。设系统容量为SS,系统电压为ES,系统电抗XS,光伏发电系统容量为SE,光伏发电系统电压为EP,等效阻抗为XP。各线路电抗值为X1、X2、X3、X4、X5、X6。K1、K2、K3、K4、K5、K6分别为本段末端发生三相接地短路。

由单辐射网络结构可知,故障发生在图1所示配电网的6个不同位置时,短路电流的变化方向是一致的。下面假设K2处发生故障,保护2处测得短路电流Id2计算如下:

很明显,保护2处的短路电流明显增加。因此在K1、K2、K3、K4、K5、K6发生故障时,故障处的电流势必会增大。故障处电流不仅由系统提供,还有光伏电源的影响。因此光伏电源在始端接入会使保护的范围扩大、降低保护的灵敏性。当短路电流增大到一定值时,会使I段保护和下级的I段保护失去选择性。情况严重时还会波及下级线路II段保护的选择性。

同样的方法可以分析光伏电源接入配电网中端或末端对继电保护的影响。光伏电源在中端接入会使相邻馈线保护的范围扩大、降低保护的灵敏性。当短路电流增大到一定值时,会使I段保护和下级的I段保护失去选择性,情况严重时还会波及下级线路II段保护的选择性;光伏电源在末端接入时,会使相邻馈线的保护装置的保护范围变大,灵敏性降低,并有可能使相邻馈线的保护失去选择性,当容量达到一定值时会使相邻馈线的保护失去选择性。

2 光伏电源接入对配网继电保护影响的仿真分析

针对图1所示的10kV配电网在PSCAD仿真软件环境下进行仿真计算,分析光伏电源接入对配电网继电保护的影响分析,其中光伏电池等效电路图如图2所示。

光伏并网发电采用增量电导法控制光伏电源输出最大功率,其并网系统结构图如图2所示。

根据光伏阵列可以组成5MW、10MW、20MW容量的光伏发电系统。光伏系统接升压斩波电路,并通过控制IGBT 的导通率,实现最大功率跟踪。后经DC/AC转换变流器实现并网。配电网线路参数见表1。

当光伏接入馈线末端时,接入容量分别为5MW、10MW、20MW时,数据如表2所示。

当K2发生故障,相比未接入光伏电源时流经保护2的短路电流增大,并随着容量的上升短路电流增加的越多。流经保护的4处的短路电流值,不随容量的变化而变化。

光伏接入馈线中端时,接入容量分别为5、10、20MW时,数据如表3所示。

当K2发生故障时,相比于未接入光伏电源的情况,保护2处的短路电流增大,保护4处为反向电流。当K4发生故障时,流经保护4短路电流变化不大。当k5发生故障时,流经保护5处的短路电流增加。

当光伏接入馈线首端时,接入容量分别为5、10、20MW时,数据如表4所示。

当K2发生故障时,相比与未接入光伏系统时短路电流增大。当K4发生故障使,相比与未接入光伏系统时短路电流增大。并且随容量的增加短路电流值随着增加。

由以上的数据分析可知,我们所做的理论研究是正确的。实验数据与理论分析相匹配,验证上了理论分析的正确性。

3 结论

本文通过理析和仿真分析计算了光伏电源电源接入配电网对继电保护的影响,理论分析和仿真计算的结果一致,并获得如下结论:

(1)光伏电源接在配电网的始端时,其对配电网的短路电流有助增作用。短路电流变大,对电流保护的I段保护范围扩大,而II段保护又是根据下级线路I段整定,所以II保护范围也相应扩大。

(2)当光伏电源接在配电网的中端时,当故障发生在本馈线光伏电源上游时,光伏电源接入对相邻馈线不会产生影响。光伏电源会对下游继续供电,并向短路处提供短路电流,形成孤岛效应。此时,接入的容量越大对本馈线故障处提供短路电流越大,对相邻馈线、本馈线故障处保护的短路电流不会产生影响。

(3)光伏电源接在配电网的末端时,当故障是发生在本馈线上时,其对本馈线故障处上游短路电流没有影响,但故障点下游处会由光伏电源提供反向的短路电流,由于在故障段只有上游有保护装置,所以下游会形成孤岛效应。光伏电源容量越大,对故障点下游提供的反向短路电流越大,由于没有保护方向性可能产生误动。

【参考文献】

[1]石振刚,王晓蔚,赵书强.并网光伏发电系统对配电网线路保护的影响[J].华东电力,2010,38(9):1406-1409.

[2]李斌,袁越.并网光伏发电对保护及重合闸的影响及对策[J].电力自动化设备,2013,33(4):12-18.

[3]叶荣波,周昶,施涛,等.用户侧光伏发电并网对继电保护分析[J].科技通报,2014,30(1):158-162.