《電力系統(tǒng)自動裝置》課件-第六章 故障錄波裝置

第6章

故障錄波裝置簡介一種基于故障錄波信息的調(diào)度端電網(wǎng)故障診斷系統(tǒng)。順應(yīng)電力系統(tǒng)自動化的發(fā)展潮流，開發(fā)了一種基于故障錄波信息的調(diào)度端電網(wǎng)故障診斷系統(tǒng)軟件，總體上分為數(shù)據(jù)庫模塊、系統(tǒng)管理模塊、故障診斷模塊、故障信息分析模塊、保護和開關(guān)動作行為評價模塊等功能模塊。分別介紹各模塊工作原理，重點對故障診斷模塊進行了詳細的分析。應(yīng)用

隨著電網(wǎng)規(guī)模日益擴大，就需要一個能夠準確進行故障元件診斷、事故后數(shù)據(jù)分析、保護動作行為評價等功能完善的電網(wǎng)故障信息綜合分析系統(tǒng)。這對于電力系統(tǒng)的安全可靠運行起著十分重要的作用。電力系統(tǒng)的調(diào)度自動化是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要保證，隨著其自動化水平的不斷提高以及通信等技術(shù)的加盟，促進了網(wǎng)絡(luò)層的EMS（能量管理系統(tǒng)）、SCADA系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集及監(jiān)視控制），廠站端的SOE（事件順序記錄）、PDR（事故追憶記錄）等配套設(shè)施的不斷出現(xiàn)和改進。多年來，電力系統(tǒng)自動故障記錄已成為分析系統(tǒng)事故，特別是分析繼電保護動作行為的重要依據(jù)。尤其是以微機為基礎(chǔ)的故障錄波裝置，能夠記錄電網(wǎng)故障發(fā)生前后電氣量和狀態(tài)變化過程信息，完整地反映故障后的瞬間變化及繼電保護的動作行為，并有數(shù)據(jù)存檔和數(shù)據(jù)再分析的能力。而且，隨著通信技術(shù)的介入，電網(wǎng)調(diào)度端可以隨時收集分布于各個廠站的故障錄波器的信息，這就是故障錄波器聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。到目前為止，各網(wǎng)（?。┱{(diào)已相繼完成以實現(xiàn)全網(wǎng)故障錄波數(shù)據(jù)遠傳為主要目標的聯(lián)網(wǎng)工作。其目的非常明確：提高電力系統(tǒng)調(diào)度和運行的水平，提高處理電力系統(tǒng)事故的快速反應(yīng)能力，確保電力系統(tǒng)安全可靠供電。從而，所有上述調(diào)度自動化配套設(shè)施，都為開發(fā)電網(wǎng)故障信息綜合分析系統(tǒng)提供了廣闊的平臺?；谝陨戏治?，開發(fā)了一種基于故障錄波信息的調(diào)度端電網(wǎng)故障診斷系統(tǒng)，提出了“軟保護”的診斷思想，實現(xiàn)了電網(wǎng)調(diào)度端的故障錄波信息管理、電網(wǎng)層的故障元件診斷、以及雙端測距等功能。并用電磁暫態(tài)分析程序ATP（TheAlternativeTransientsProgram）和MATLAB語言對整套軟件的算法進行了仿真驗證。下面將重點介紹故障診斷模塊的實現(xiàn)。1電網(wǎng)故障診斷系統(tǒng)各模塊及實現(xiàn)功能

基于調(diào)度端的電網(wǎng)故障診斷及信息分析系統(tǒng)分為幾個功能模塊：數(shù)據(jù)庫模塊、系統(tǒng)管理模塊、故障診斷模塊、故障信息分析模塊、保護和開關(guān)動作行為評價模塊等。各模塊之間的關(guān)系如下圖1所示：

（1）數(shù)據(jù)庫模塊：本文利用SQLSever技術(shù)建立了各種信息的數(shù)據(jù)庫，并通過VisualC++提供的MFCODBC數(shù)據(jù)庫類來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的訪問。這些數(shù)據(jù)表包括：

1、系統(tǒng)參數(shù)類：線路參數(shù)表、變壓器參數(shù)表、發(fā)電機參數(shù)表等；

2、故障錄波類：故障錄波數(shù)據(jù)文件表、故障錄波組態(tài)文件表、錄波器配置表、錄波文件記錄表、硬件保護動作表等；

3、關(guān)系對應(yīng)類：元件與軟保護對應(yīng)表、元件與故障錄波數(shù)據(jù)接口對應(yīng)表等；

4、保護配置類：軟保護配置表、硬件保護配置表等該數(shù)據(jù)模塊具有永久保存的功能，方便日后隨時查詢歷史記錄；同時設(shè)有用戶權(quán)限；數(shù)據(jù)庫模塊可以滿足各種查詢和瀏覽及打印的需要，為現(xiàn)場運行和管理人員服務(wù)。（2）系統(tǒng)管理模塊：系統(tǒng)管理模塊是本系統(tǒng)的重要模塊，包括故障信息管理等子模塊，并且協(xié)調(diào)故障診斷等功能模塊完成相應(yīng)的任務(wù)，負責(zé)系統(tǒng)建立和維護工作。（3）故障診斷模塊：該模塊是本系統(tǒng)的重點。當系統(tǒng)發(fā)生簡單故障時，僅利用開關(guān)和保護信息就可以定位故障元件，而且得到的診斷結(jié)果可信度高。但是當系統(tǒng)發(fā)生復(fù)雜故障，或者開關(guān)、保護存在較多誤動、拒動以及因信道干擾發(fā)生信息丟失或錯誤等諸多不確定因素時，僅依靠開關(guān)和保護信息已經(jīng)不可能定位到故障元件，過去開發(fā)的智能診斷系統(tǒng)給出的結(jié)果往往可信度不高，可疑元件較多，甚至是錯誤的解，要達到準確診斷必須加入新的信息源。隨著繼電保護及故障錄波信息網(wǎng)的建立，豐富的錄波信息為進一步診斷提供了基礎(chǔ)。（4）故障信息分析模塊：該模塊首先根據(jù)(3)故障診斷模塊的診斷結(jié)果調(diào)用相應(yīng)元件的錄波器數(shù)據(jù)分析以確定故障類型、故障相別等。如果是線路故障，則利用以上數(shù)據(jù)結(jié)果，采用較為精確的雙端故障測距方法，定位故障點。再次，運用微機保護中的計算機算法進行諧波含量的分析，以波形顯示。最后是阻抗特性，功率方向分析等。本文利用VC++中封裝的GUI(圖形設(shè)備界面)類來實現(xiàn)各種圖形的繪制．（5）保護和開關(guān)的動作行為評判模塊：利用相關(guān)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫以及以上的分析結(jié)果，對故障元件相關(guān)保護及開關(guān)的動作行為的正確與否作出判斷。本文利用專家系統(tǒng)的知識表示法框架法表示各種關(guān)系，用推理的思想，對其進行評價。2故障診斷模塊2.1軟保護思想的提出在實際的硬件保護中，由于實時性要求和通訊條件的限制等原因，勢必造成保護可能不正確動作的缺陷，因此減弱了現(xiàn)場提供的保護信息的可靠性，所以，在離線分析的基礎(chǔ)上，軟模型的保護能充分克服以上缺陷，發(fā)揮錄波信息（主要是電氣量信息）的優(yōu)勢，完成對電網(wǎng)復(fù)雜故障的精確定位，并對硬件保護（考慮后備配合關(guān)系）有一定的評價能力。這樣，利用故障錄波器的信息，就可以來彌補故障發(fā)生時僅用保護、開關(guān)動作信息的不足。由于利用波形信息診斷的復(fù)雜性，諸多因素都將影響到診斷的性能，鑒于實際保護裝置的保護功能對各種具體情況考慮得比較全面，因此，本文采用了軟保護的方法來診斷系統(tǒng)中母線、變壓器以及線路等元件。軟保護就是用純軟件的方式實現(xiàn)實際硬件保護功能的模擬，它有著硬件保護無法比擬的優(yōu)點：不受人為因素的影響、不受硬件故障的影響、不受自然條件的影響等。2.2軟保護模型的特點由軟件實現(xiàn)的軟保護和實際硬件保護相比在功能上保證了完整性以外，實現(xiàn)方式比實際保護簡單，診斷的可靠性更高。這是由軟保護主要用來診斷的目的和其獨有的特點所決定的。（1）軟保護結(jié)構(gòu)模塊化，一套完整的軟保護模型按功能可以分成多個不同的模塊，比如數(shù)據(jù)送入模塊、軟保護投入邏輯模塊、濾波模塊、保護啟動模塊、故障選相模塊、PT/CT自檢模塊、振蕩閉鎖模塊、阻抗繼電器[4]模塊、方向繼電器模塊、差動繼電器模塊等功能模塊；（2）不同軟保護模型中相同模塊可重復(fù)利用，實現(xiàn)模塊的共享；（3）各模塊功能實現(xiàn)方法可以多樣化，而且不同軟保護采用的方法可以不同，比如選相模塊中選相功能實現(xiàn)方法有突變量選相、序分量分區(qū)選相及它們的改進算法等；（4）軟保護的數(shù)據(jù)是靜態(tài)的，在診斷中已經(jīng)完全獲得了整個故障過程的電流、電壓錄波數(shù)據(jù)，所以軟保護中各個功能模塊可以相互獨立，結(jié)構(gòu)簡單；（5）軟保護搜集的數(shù)據(jù)是多端的，即信息具有全面性，這一特點是硬件保護所不具備的，利用這一特性可以對很多功能模塊中的實現(xiàn)算法進行改進，提高軟保護診斷的可靠性。（6）軟保護輸入的數(shù)據(jù)窗要比實際保護長，因為它還可以加上保護出口到開關(guān)跳閘這一段時間，而且軟保護在速度上要求并不高，這樣可以改進濾波算法，提高結(jié)果的精度，這一點對提高軟保護診斷的可靠性有直接的效果。2.3軟保護診斷系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)軟保護診斷過程是由故障錄波數(shù)據(jù)記錄的CT和PT的測量值作為保護的采樣值輸入，通過保護功能函數(shù)的計算與整定值比較來判斷保護是否動作。診斷系統(tǒng)并不是給診斷元件建立所有的實際保護模型，而是按照以下原則選取：Ⅰ）保護范圍不明確的保護不建立；Ⅱ）對定值不易整定的保護不建立，以此來避免整定值錯誤而造成實際保護誤動。由上述原則，對母線選用母差保護，對變壓器選用差動保護，對線路建立方向、縱差以及距離Ⅰ段保護模型。2.4故障元件診斷流程要實現(xiàn)故障錄波數(shù)據(jù)的精確診斷，要求錄波輸出的數(shù)據(jù)在時間上同步，一方面利用GPS來實現(xiàn)電網(wǎng)故障測量同步，另外通過分析程序把故障錄波所測量到的故障電流或電壓突變量起始時刻作為故障分析的起始點。診斷流程以時間為坐標，用開關(guān)、保護信息診斷出的可疑故障元件集形成診斷元件鏈表，對每一個元件匹配相應(yīng)的軟保護和數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行診斷。2.5綜合診斷由于元件診斷模型是單個元件的獨立診斷，存在一定的局限性，可能會出現(xiàn)各個元件診斷信息之間發(fā)生矛盾和診斷可信度不足的情況，需要在搜集全部智能信息的基礎(chǔ)之上，對信息做綜合的診斷。比如診斷某一輸電線路MN。由元件診斷獲取的信息有:線路軟差動保護動作，線路的M側(cè)軟距離Ⅰ段保護動作，線路的M側(cè)軟方向保護動作，線路的N側(cè)軟方向保護動作。綜合診斷時首先處理兩側(cè)距離Ⅰ段信息，由于距離Ⅰ段保護范圍是線路全長的80％，所以有一側(cè)軟保護動作，那么距離Ⅰ段判線路故障，此時，有M側(cè)軟距離Ⅰ段保護動作，則距離Ⅰ段判線路故障；線路軟差動保護動作可直接判線路故障，因此由線路軟差動保護動作可判線路故障；對軟方向保護，只有