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关键词： 继电保护   发电机变压器保护系统   厂用电系统  

摘要： 随着国民经济建设的迅速发展,中国电网的单机装机容量也在飞速增加,但现阶段存在于电力系统中的主力发电机组里,600MW的燃煤发电机组仍然占主导地位。继电保护是整个电力系统运行中的重要组成部分,当电力系统的运行过程中发生了故障或非正常情况时,继电保护起到重要作用,使事件控制在初始阶段并避免其继续扩展,保障电气一次设备的安全性。发电机作为电力系统的关键主设备,其构造十分复杂并且费用昂贵,而且发电机中相关保护装置也是较为复杂的,科学合理的继电保护系统整定技术计算以及对保障系统能够提高发电机的安全水平,并在出现事故时把经济损失减至最低。本文以运行中的2台600MW燃煤型火力发电机组做为研究对象,通过电力系统的参数和设备配置状况,探讨继电保护整定的相关内容。首先,从当前火力发电机中所采用的继电保护现状出发,归纳出火力发电厂中所采用继电保护技术的基本特点以及发电机组和厂用电系统中对继电保护的共性配置特点。其次,根据有关继电保护系统的整定技术特点,探讨燃煤型火力发电厂与发电机变压器的继电保护定值整定,在分析的过程中发现电厂在继电保护整定计算中存在的若干问题。最后,通过对电厂在实践工作过程中所出现的若干问题,给出了合理化建议。

关键词： 功能安全   信息安全   矛盾分析   安全任务调度  

摘要： 随着传统电力系统逐步向智能化、信息化发展,这在提高电力系统运行效率的同时,也给其带来了严峻的信息安全威胁。继电保护装置作为电力系统的一个重要装置,其信息安全对于装置的稳定运行起着重要作用。传统电力系统侧重于研究功能安全措施,而很少研究信息安全措施,如何将信息安全措施恰当的部署进继电保护装置中,是功能安全与信息安全融合研究的重点。两安融合作为一个新的研究方向,大部分研究停留在理论方面,没有实际的实施。目前针对两安融合的研究,主要以定性的方式进行,受主观影响较大,同时缺乏评价两安融合的指标,无法具体描述两安融合的效果。为解决上述问题,本文在定性分析的基础上,采用定性与定量相结合的方式,对继电保护装置功能安全与信息安全融合技术进行研究。首先,分析了继电保护装置的内部组成,结合IEC 61508标准分析了继电保护装置的安全完整性等级;结合目前电力系统面临的信息安全威胁和网络攻击手段,分析了继电保护装置的功能安全以及信息安全需求;依据IEC 61508和IEC 62443标准,确定了继电保护装置功能安全与信息安全措施。其次,为分析所选取的功能安全与信息安全措施之间的矛盾,采用定性的分析方法,以五元组的形式,定义并描述了安全措施之间的矛盾类型;利用FMVEA分析法,结合矛盾类型分析了功能安全与信息安全措施之间的矛盾;利用博弈论的相关理念,构建了继电保护装置功能安全与信息安全措施博弈模型,从本质上分析了两安之间的矛盾;考虑到装置自身条件的限制,利用粒子群算法与层次分析法,得出了无矛盾初步安全防护方案。然后,采用定性的分析方法,在STM32F407ZG平台上运行同类信息安全措施的不同模式,通过分析与比较选取合适的模式,并基于以太网的通信方式,验证所选模式是否满足继电保护装置的实时性要求;分析功能安全措施与信息安全措施之间的联系,并提出由两安措施构成的安全任务;根据安全任务的优先级,提出一种基于优先级的安全任务调度方式;以单核CPU以及可剥夺式实时嵌入式操作系统为应用场景,提出一种最大程度满足不同安全任务执行需求的任务延时计算方法,得出两安融合的具体实施方案。最后,基于STM32F407ZG平台,部署安全任务并利用μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统管理安全任务,验证安全任务是否能够得到正确执行,测试安全任务在执行期间对平台的影响,并对两安融合的效果进行评价。

关键词： 次/超同步振荡   振荡识别   继电保护   全周傅氏算法   电气量影响  

摘要： 随着高比例可再生能源接入电力系统,导致次/超同步振荡问题出现的频率日益高涨,成为电网安全稳定运行的重大隐患。因此,实现次/超同步振荡的快速识别并分析次/超同步振荡对电力系统继电保护的影响成为亟待解决的重大课题。本文围绕这两方面内容,主要研究工作如下:(1)以双电源系统为例,分析电力系统正常运行时次/超同步振荡对线路两侧保护安装处电压的影响。基于叠加定理与分压定律,分析得到线路两侧中更靠近次/超同步振荡侧的测量电压次/超频分量会更大的结论。利用二阶IIR工频陷波器实现工频分量与次/超频分量的分离,提出一种根据比较测量电压的次/超频分量的大小来快速识别定位次/超同步振荡源追溯路径的方法,实现振荡源的逐级追溯。(2)在电力系统正常运行状态下,在相量关系图上讨论振荡发生后电压、电流和功角的变化,基于电路图理论推导电流、电压和测量阻抗的数学公式,得到各电气量的最值及取得最值的条件,为后续分析次/超同步振荡对继电保护中各电气量的影响奠定基础。基于全周傅氏算法理论,推导在次/超同步振荡的影响下测量电气量与实际电气量之间的误差,结果表明次/超同步振荡严重时会对全周傅氏算法的计算精度造成较大误差,从而可能导致保护的误动或拒动。(3)以电力系统发生三相短路和单相接地短路故障为例,推导次/超同步振荡对继电保护中测量电流、零序电流、测量电压以及测量阻抗的影响关系。明确在次/超同步振荡有效值较大、频率较低时测量电流最大值、零序电流最大值会增大,测量阻抗最小值一般会减小的变化规律。得到次/超同步振荡会对继电保护造成影响,严重时可能导致电流保护、零序电流保护和距离保护误动的结论,并针对保护误动或拒动问题提出改变可靠系数、改进提取工频量算法的对策。应用MATLAB和PSCAD对上述识别方案和次/超同步振荡对电气量的影响关系进行仿真。结果表明本文提出的识别方法可以快速识别次/超同步振荡,同时验证继电保护中各测量电气量与次/超同步振荡参数之间的影响关系。

关键词： 深度学习   目标检测   智能电网   继电保护   Android开发  

摘要： 随着智能电网的发展,电网结构越来越复杂,继电保护硬压板的数量日益增多,人工巡检的工作负担与误操作风险随之加大。如何提高巡检效率,保障电力系统的稳定,成为了目前亟需解决的问题。为改善现状,本文将深度学习技术与Android开发技术应用到继电保护巡检任务中,在移动端完成了对保护硬压板的巡检校核,具体包括以下工作:首先,研究了一种轻量级目标检测算法,在YOLO算法的基础上,将Shuffle Net V2网络作为新的主干部分,并去除了Shuffle Net V2网络中通道数为1024的卷积操作以及池化核为的池化操作;然后将加强特征提取部分的普通卷积替换为Mobile Net中的深度可分离卷积结构,并且减少了C3结构以及高通道C3结构的使用;最后对整个网络进行了适当的通道剪枝操作,进一步调整和优化网络结构。通过实验结果表明,该算法在保证继电保护巡检工作能够正常开展的前提下,拥有更少的模型参数量、更快的推理速度。其次,研究了一种基于ncnn前向推理框架的目标检测模型的移动端移植算法,实现了对本文算法模型的8bit数据格式量化,完成了移动端的动态尺寸推理,并且针对继电保护巡检工作的需求,对ncnn前向推理框架原始的模型调用方式进行了优化。通过实验结果表明,本文算法的权重文件仅为1.6MB,在红米Note10 Pro设备上的平均推理速度达到14.78ms。最后,设计开发了一款移动端的智能巡检应用程序,其可以通过使用目标检测模型完成继电保护硬压板的状态识别,并同时通过解析本文设计的巡检基准文件完成现场压板与基准的校核。为解决保护硬压板的漏检与误检问题,在应用程序中实现了对漏检压板的自动补全,以及对误检压板的便捷更正;本文应用程序支持增量更新,在变电站等网络质量差的场景中,可以减少用户更新应用程序的等待时间;为了进一步优化应用程序的用户体验,本文对应用程序的用户界面与项目架构进行了重新设计。经变电站现场测试,本文算法可以有效解决反光、遮挡等环境因素对目标检测的影响,显著提升巡检工作的效率。

关键词： 智能变电站   继电保护   一次系统设计   二次系统设计  

摘要： 随着我国新时代社会主义现代化建设的深入推进,经济发展进入新旧动能转换期,供给侧结构性改革步伐加快,对电力发展提出了更高的要求。智能变电站由于其性能可靠、经济环保、功能集成等特点可以提高供电可靠性,优化电网架构,确保电网安全稳定运行,能够解决当今时代下日益增长的电力供需矛盾。本文针对山东某市高新技术产业园区周边现有变电站负荷难以满足供电要求的问题,设计了一座110kV智能变电站。该变电站的建成将提升片区内供电能力,满足新增负荷的用电需求,为经济社会发展提供保障,同时优化网架结构,消除区域内电网潜在的运行风险。论文首先完成高新技术产业园区的电力负荷预测以及站址的选择工作,并根据周边电网现状确定接入系统方案。然后根据智能变电站设计规程规范及电网规划情况,完成110kV变电站电气主接线方案的选择,通过对短路电流数据的计算和分析,完成智能化一次设备的选型。通过规程规范相关要求对全站照明和接地进行论证和设计,从而完成一次部分的设计。其次对拟建110kV智能变电站进行二次系统的设计,包括继电保护、系统调度自动化、系统通信、并联型直流电源系统、智能辅助控制系统等其他二次系统。为实现智能化运行,以“三层两网”架构为基础搭建一体化监控系统,统一组网,资源共享,通信规约统一采用DL/T860通信标准,提高设备间的互操作性。最后针对运维人员在变电站投运、故障检修等过程中操作繁琐问题,设计了一键顺控系统,对其系统结构、工作流程、设备双确认技术进行详细阐述。对拟建110kV智能变电站可能产生的环境问题采取相应的防治措施,并对工程投资分析。本变电站的建设符合规划目的,可为今后110kV智能变电站的设计起到一定地参考作用。

关键词： 海底观测网   负极恒压供电系统   继电保护   控保协同  

摘要： 缆系海底观测网是海洋国土防御、海洋资源开发的“国之重器”。海底观测网负极恒压供电系统由岸基电源、接驳盒换流器、光电复合海缆等装备组成,呈电力电子化。现有海底观测网负极恒压供电系统故障机理与电气量特征研究不够深入,且存在故障区段判别选择性不足、保护动作速动性欠缺,保护方案需电压极性反转而致使海缆绝缘损坏等问题。作为海底观测网负极恒压供电系统安全稳定“第一道防线”,可靠、快速的海底观测网供电系统保护方案亟待研究。围绕系统故障特征分析、保护方案研究,本文研究内容如下:(1)以双端链式海底观测网为例,研究了其负极恒压供电系统等效模型。首先,阐述了海底观测网负极恒压供电系统工作原理,并提出了双端链式观测网供电系统等效模型拓扑结构。其次,分析了全桥模块化多电平换流器、ISOP模块化堆叠DC/DC型换流器,并阐述了其拓扑结构及控制特性;基于拓扑结构简化、开断逻辑合并的等效原则,建立了恒压海底观测网单通路分支单元等效模型;基于相同材质合并、相近特性等效的原则,将单层铠装光电复合海缆等效简化为直流电缆,并推导了其等效缆芯的相对磁导率、电阻率,从而建立光电复合海缆频变参数模型。因接驳盒换流器模型计及低压退出特性、分支单元模型计及内部取电电路结构、光电复合海缆模型具备电气量参数频变效应响应能力,本系统等效模型精确度高、适用于故障特征分析与保护门槛整定。(2)提出了基于控保协同的海底观测网负极恒压供电系统继电保护方案。首先,基于海底供电系统特征与保护原理适用性分析,研究了基于岸基电源限流的系统控保协同保护的可行性与必要性;其次,基于负极接地故障岸基电源直流侧电流变化率建立岸基电源限流控制启动判据,并进一步分析了系统限流模式下沿线电压特征和线路区段内、外故障下电流方向特征;再次,利用分支单元/岸基站直流侧电压幅值特征建立保护启动判据,利用分支单元电流方向特征建立支缆故障判据及主缆故障区段判据,利用短时窗内分支单元/岸基站直流侧电压平均值建立主缆故障判据,利用分支单元/岸基站直流侧电压变化率建立保护结束判据,构建岸基电源限流控制与岸基站/分支单元保护配合的保护方案。本保护方案无需电压反转控制、无需依赖光纤通讯,利用岸基电源限流控制抑制短路电流,弥补分支单元继电开关开断能力不足、实现利用故障电压特征与电流方向特征的故障判别,保护可靠性、选择性高。(3)搭建海底观测网负极恒压供电系统电磁暂态仿真模型,对所提出控保协同保护方案进行仿真验证与分析。首先,在PSCAD/EMTDC平台搭建了典型海底观测网负极恒压供电系统电磁暂态仿真模型,验证了岸基电源限流特性、支缆接地故障特征、主缆接地故障特征,并进一步基于该电磁仿真模型验证了本保护方案及其影响因素适应性,结果表明,保护方案耐过渡电阻、耐噪声、耐负荷波动性能良好,可快速、准确抑制故障电流,实现海缆全区段故障准确判别与快速隔离;再次,对比现有海底观测网负极恒压供电系统典型保护方案,阐述了本保护方案创新性及优势。

关键词： 配电网   一二次配合   继电保护   单相接地选线   故障区段定位   断线检测   自适应重合闸   分布式电源  

摘要： 配电网线路运行环境复杂、故障率高,快速、高效的故障处理技术有助于减少故障停电时间、缩小故障影响范围、提高配电网的供电可靠性和运行安全性。在配电网故障处理领域已经取得了大量研究成果,但是大多侧重于根据二次自动化装置采集的数据进行故障处理,而在控制一次设备主动参与、一二次设备协调配合提升故障处理性能方面研究较少。本文发挥一二次系统协调配合的优越性,提出配电网相间短路、单相接地故障处理以及自适应重合闸新原理,具体如下:(1)为了解决城市配电网短路电流水平高且沿线短路电流相差不大带来的多级继电保护配合难题,提出了基于限流级差配合的高选择性保护配合方法,通过在变电站出线开关配置限流装置实现自适应限流以抑制短路电流水平,结合在限流条件下利用过电流保护时间级差配合实现故障选择性切除;设计了变电站出线开关限流保护装置并分析了限流阻抗值的选取问题;对于带联络开关的配电线路,给出了能够实现相间短路故障区域自动隔离和健全区域恢复供电的配电线路开关功能设置及定值整定方案。所提方法能够在确保设备安全和供电质量的同时,实现城市配电网短线路在不依赖通信条件下的短路故障高选择性切除以及自动隔离和转供。(2)为了提高小电流接地配电系统单相接地故障处理性能,提出了基于故障相接地的配电网单相接地故障处理方法,利用故障相接地手段实现瞬时性接地故障的可靠熄弧,结合故障相接地工作过程的零序电压和零序电流变化特征实现永久性接地故障区段自动隔离和健全区域供电恢复。理论分析了故障相接地熄弧工作过程线路零序电压和零序电流稳态量幅值变化特征;融合应用多阶段信息,构造了基于相邻扰动阶段的零序电压、零序电流变化特征的配电线路开关单相接地故障选线保护判据,结合仿真和试验验证表明判据具有不受接地过渡电阻、故障位置、系统电容电流影响的优点;对于带联络开关的配电线路,给出了基于故障相接地的单相接地处理系统配置以及配电线路开关功能设置方案。所提方法有效解决了瞬时性接地熄弧和永久性接地故障区域自动隔离及转供处理的协调配合问题,能够兼顾供电可靠性和运行安全性的需求。(3)为了弥补基于故障相接地的单相接地故障处理方法对于断线接地故障处理能力的不足,从断线故障处理的角度,提出了融合中压馈线分段开关和配电变压器低压侧稳态电压信息的配电线路断线故障检测及区段定位方法。理论推导分析明确了中压配电线路发生断线以后断线点上、下游中压线路以及配电变压器低压侧稳态电压特征,结合仿真验证了理论分析结果的正确性;根据断线点上、下游的中压线路和配电变压器低压侧稳态电压特征差异,给出了中压线路配电终端和配电变压器低压侧监测终端的断线故障识别判据,提出了基于配电自动化主站的集中智能断线区段定位规则和算法。所提方法可以有效提升断线故障检测的场景适应性,消除中压线路配电终端因覆盖不足导致的断线故障检测盲区问题,并且与单相接地故障处理技术具有协同配合效果。(4)为了解决配电线路自适应重合闸难题,提出了利用分布式电源注入异频试探信号结合配电线路开关就地检测异频电压特征实现自适应重合闸的方法;分析了不同故障类型下以及无故障时分布式电源PCC点以及配电线路开关处的异频相电压和序分量电压的特征;讨论明确了分布式电源注入异频探测信号的频率和电压幅值选取问题;构造了基于异频电压序分量幅值特征的配电线路瞬时性和永久性故障识别判据,结合仿真验证了判据的有效性;在此基础上给出了基于自适应重合闸的配电线路就地智能馈线自动化改进方法。所提方法可有效避免盲目重合于永久性故障的故障电流冲击问题,提升就地重合式馈线自动化性能,不仅适用于架空配电网,也适用于电缆配电网。

关键词： 配电网   分布式电源   仿真分析   优化保护策略  

摘要： 配电网在电力系统网络结构中是直接关系到用户侧的生产生活安全,是一个重要的组成部分。但是由于分布式电源接入配电网中会导致原有配电网的系统网络结构发生了变化,原有继电保护策略也随之发生了改变。这时输电线路中的保护装置可能做出一些不正确的动作指令,从而导致配电网中继电保护装置相互之间的配合会出现偏差,系统网络结构失去了稳定性。为了使配电网中输电线路供电时的可靠性、安全性与经济性得到保障,充分展现分布式电源的潜力,因此对分布式电源接入到配电网后,针对继电保护策略的研究是十分必要的。首先,介绍当今电力格局的背景,表述分布式电源在国内外发展的现状,针对含有逆变型分布式电源配电网继电保护策略的发展现状进行探讨,分析其控制策略与控制方式。并且针对分布式电源并网的时候所采用的技术也进行分析,进而得出逆变型分布式电源与非逆变型分布式电源之间存在的差异。还分析了在输电线路发生故障时分布式电源的输出特性。其次,对分布式电源安装在不同的位置和不同的容量大小这两点因素对配电网继电保护策略的影响进行分析。通过仿真软件PSCAD/EMTDC搭建含分布式电源配电网的10k V电力系统,针对配电网中继电保护策略会受到的影响问题进行仿真模拟实验,分析出不同的安装位置与不同的容量大小这两点影响因素对配电网继电保护策略影响的程度。再次,根据配电网继电保护策略受到的不同程度影响,将纵联保护结合到配电网电流保护策略中,提出一种优化保护策略,降低了分布式电源接入配电网后对继电保护策略的影响,以满足实际生产生活中用电的可靠性、速动性、选择性以及灵敏性。最后,通过仿真实验数据表明,本文提出的优化保护策略可以降低分布式电源对配电网继电保护策略的各种影响,验证了优化保护策略的正确性与可行性。

关键词： 智能变电站   继电保护   可靠性  

摘要： 本文以设计一座110k V智能变电站为基础,通过对智能变电站继电保护设备可靠性文献的查阅,对智能变电站继电保护设备所组成的二次元件系统及网络构造进行分析,归纳总结智能变电站二次系统构成和元件基本原理。将三种国内电力企业认可的二次系统配置方式通过GO法编制,探寻适合于该变电站建设模式的方法。第一章主要介绍了本文的基于智能变电站继保自动化可靠性研究的背景,简单阐述了欧美等国际地域在智能变电站领域的理论研究情况和技术路线总结,针对国内国家电网和南方电网的智能变电站主流建设模式进行了归类和总结,并介绍了本文的主要研究方法。第二章主要介绍了智能变电站继电保护设备所组成的二次元件系统及网络构架相关基本情况,阐述智能变电站通信规约IEC61850标准进行和该规约标准在智能变电站设计中的实际运用情况,对智能变电站继电保护设备所组成的二次元件系统及网络构造相关功能要求和配置原则情况进行了分析。第三章主要介绍了GO法的逻辑符号、使用方法、运算规则,以典型的线路为例介绍了GO法进行可靠性模型构建和可靠性指标计算的具体应用方法。分析了继电保护系统运行可靠性模型使用在GO法计算时常用运行可靠性指标,以及可靠性模型的GO流程图、可靠性计算模型及其计算流程。第四章以三种国内电力企业认可的继电保护系统设置分别构建了主变保护、线路保护和备自投保护三种继电保护系统的可靠性模型。通过对比三者的可靠性指标,选择110kV智能变电站的最优建设方案。第五章以三种继电保护系统的GO法可靠性模型为指引,结合实际继电保护应用的规范要求,列举可提高继电保护系统的具体措施。本文通过使用GO法对继电保护装置的可靠性进行计算,制定了符合继电保护设备的计算方法,根据日常工作中所积累的工作经验,结合继电保护装置各个元件的可靠性数据,对选择建设模式的途径提出了一种判断方法。