分析數(shù)字化變電站繼電保護系統(tǒng)的可靠性和有效方法[精品資料]

分析數(shù)字化變電站繼電保護系統(tǒng)的可靠性和有效方法 -精品資料 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 最新最全的 學(xué)術(shù)論文 期刊文獻 年終總結(jié) 年終報告 工作總結(jié) 個人總結(jié) 述職報告 實習(xí)報告 單位總結(jié) 摘要：本文在分析數(shù)字化變電站繼電保護系統(tǒng)元件構(gòu)成基礎(chǔ)上，對保護系統(tǒng)的信息流進行了剖析，分析了各類信息流回路可能的拓撲結(jié)構(gòu)，利用二端網(wǎng)絡(luò)連通率的最小路集算法對信息流進行可靠性計算，并用串并聯(lián)的模型將繼電保護系統(tǒng)中的冗余配置考慮在內(nèi)，最終建立起了通用的數(shù)字化保 護系統(tǒng)的可靠性評價模型和方法。最后介紹了可靠性評價模型與方法的軟件實現(xiàn)，并采用實際保護方案驗證了可靠性評價模型和方法的有效性。 關(guān)鍵詞：數(shù)字化變電站；繼電保護系統(tǒng)；信息流；可靠性； Abstract: This paper is based on the analysis of system components of digital substation relay protection based on the protection system, information analysis of the topological structure of all kinds of information flow loop is possible. The path connectivity using two terminal network set algorithm for reliability calculation of the information flow, and series parallel model will be redundant configuration in the system of relay protection, consideration, and eventually establish a reliability evaluation model and method of the digital protection system of the general. Finally introduces the model and method of reliability evaluation software, and uses the actual protection scheme to validate the model and methods of reliability evaluation. Keywords: digital substation； protection system； information flow； reliability； TM713A 1 數(shù)字化變電站繼電保護系統(tǒng)的組成 信息的數(shù)字化和通信的網(wǎng)絡(luò)化是數(shù)字化變電站的特點，因此繼電保護系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)變電站由互感 器、保護單元和斷路器通過點對點方式連接的簡單結(jié)構(gòu)，會有更多的元件加入其中。合并單元用于匯集和合并多個互感器的采樣數(shù)據(jù)并以一定的格式編制成數(shù)據(jù)幀上傳給交換機。智能終端作為斷路器等一次設(shè)備側(cè)的數(shù)字化智能組件，在保護系統(tǒng)中主要用于接收保護單元發(fā)來的跳合閘和閉鎖信息去控制斷路器的動作，以及負責(zé)采集斷路器的開關(guān)位置等信息并上傳給保護單元。交換機組成的網(wǎng)絡(luò)取代了傳統(tǒng)的二次電纜，成為合并單元與二次設(shè)備之間信息傳遞的平臺，有利于各設(shè)備之間信息的共享。由于繼電保護對各種事件發(fā)生的時間序列有嚴格的準確性要求，各設(shè)備在輸出信息時 需要附加精準的時標信息，這就需要全站的同步時鐘源進行統(tǒng)一對時。 2 數(shù)字繼電保護系統(tǒng)的信息流與拓撲結(jié)構(gòu) 同步對時信息、以 SV 報文形式傳輸?shù)牟蓸有畔?、以GOOSE 報文形式傳輸?shù)臄嗦菲骺刂萍盃顟B(tài)信息是數(shù)字化繼電保護系統(tǒng)中的三類重要信息。 2.1 同步對時信息 同步對時信息回路的起點是同步時鐘源，其主要用來接收 GPS 或北斗系統(tǒng)的時鐘信號，然后以固定的時間間隔向合并單元、保護單元和智能終端等設(shè)備發(fā)送對時信息?，F(xiàn)有的變電站對時方式主要有脈沖對時、編碼對時和網(wǎng)絡(luò)對時三種，其中在過程層最常用的是編碼對時中的 IRIG-B 碼對時和網(wǎng)絡(luò)對時中的 PTP（ IEEE 1588）對時。當(dāng)對時方式不同時，其拓撲結(jié)構(gòu)也會有所變化。脈沖對時和編碼對時需要專用的對時網(wǎng)絡(luò)，由 同步時鐘源直接通過傳輸介質(zhì)與需要對時的設(shè)備相連，一般為星型結(jié)構(gòu)或分級星型結(jié)構(gòu)，圖 1 所示為星型結(jié)構(gòu)。 圖 1 脈沖對時和編碼對時的對時回路結(jié)構(gòu)圖 絡(luò)對時的方式如圖 2 所示。它需要借助支持網(wǎng)絡(luò)對時的交換機以及由其組成的以太網(wǎng)，可以單獨組網(wǎng)也可以與SV、 GOOSE 等報文共用一個通信網(wǎng)，當(dāng)采用后者時可以 有效的減少交換機和光纖的使用。網(wǎng)絡(luò)對時的拓撲一般為樹狀路徑，對時信息由同步時鐘源出發(fā)經(jīng)過交換機組成的網(wǎng)絡(luò)到達需要對時的設(shè)備，冗余度較高。 圖 2 網(wǎng)絡(luò)對時的對時回路結(jié)構(gòu)圖 2.2 SV 報文信息 SV 報文信息回路起始于互感器，經(jīng)由合并單元和交換機網(wǎng)絡(luò)后，最終到達保護單元，如圖 3 所示，其中交換機網(wǎng)絡(luò)用虛線表示，是由于采樣值傳輸可采用不同的規(guī)約，有些規(guī)約只支持點對點傳輸，不需要交換機網(wǎng)絡(luò)。目前常用的采樣值傳輸規(guī)約有 IEC 60044-7/8、 IEC 61850-9-1 和 IEC 61850-9-2。 圖 3 SV 報文信息回路結(jié)構(gòu)圖 IEC 60044-7/8 采用 FT3 幀格式，不支持以太網(wǎng)組網(wǎng)，只能通過串行口實現(xiàn)點對點傳輸，傳輸介質(zhì)一般為光纖或是電纜，由于是非以太網(wǎng)傳輸方式，其數(shù)據(jù)傳送的延時是恒定不變的，因而采用此規(guī)約的合并單元不需要外部對時，同時也省去了交換機的環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)較為簡單，然而點對點的傳輸方式將使傳輸介質(zhì)的使用量增加，對可靠性產(chǎn)生影響。 IEC 61850-9-1 是為兼容 IEC 60044-7/8 而制定的規(guī)約，數(shù)據(jù)內(nèi)容與后者相同均為固定 格式，通訊方式為邏輯點對點的單向廣播方式，所以通常也可以不使用交換機，由合并單元通過專用的線路與保護單元相連。然而由于是以太網(wǎng)的傳輸方式，其 CSMA/CD 的介質(zhì)訪問控制方法將造成傳輸延時的不確定，所以要求合并單元對發(fā)出的信息附以精確的時標信息，這就要求外部的對時網(wǎng)絡(luò)對合并單元的時鐘進行對時。 IEC 61850-9-2 報文所傳送的數(shù)據(jù)是可以靈活配置組合的，采用以太網(wǎng)絡(luò)方式，可以使用點對點方式，也可以采用交換機組網(wǎng)，從而減少接口和傳輸光纖的數(shù)量，與 9-1 相同，由于以太網(wǎng)傳輸延時的不固定，所以需 要同步對時。 2.3 GOOSE 報文信息 GOOSE 報文采用發(fā)布者 /訂閱者的方式，實現(xiàn)裝置間一點對多點數(shù)據(jù)的快速傳遞。在繼電保護系統(tǒng)中， GOOSE 報文一般作為跳合閘信號、開關(guān)位置信息和閉鎖信號等信息的載體，在保護單元和智能終端之間傳輸，并最終達到控制斷路器的目的， 如圖 4 所示。 圖 4 GOOSE 報文信息回路結(jié)構(gòu)圖 與 SV 報文相同， GOOSE 可以采用點對點的方式連接，也可以采用組網(wǎng)的方式。前者不需要交換機，但在每個保護單元和智能終端之間都要用專用 的光纖連接，后者更符合 IEC 61850 的標準和信息共享的原則，但在網(wǎng)絡(luò)流量過大時會對跳合閘的實時性產(chǎn)生影響，因此一般賦予 GOOSE 報文較高的優(yōu)先級，從而保證其可靠傳輸。 3 數(shù)字化繼電保護系統(tǒng)的可靠性分析 如果將傳輸介質(zhì)看作節(jié)點間的線段，而其他元件看作節(jié)點，數(shù)字化繼電保護系統(tǒng)可以看作一個連通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，各類信息回路的可靠性可以運用最小路集法計算二端網(wǎng)絡(luò)連通率。 1）對時回路的可靠性計算。對于需要對時的合并單元、保護單元和智能終端等元件，只有對時回路保持連通，這些元件才有 可能正確工作，因此可以將對時回路的可靠性加入設(shè)備本身的可靠性，形成修正后的元件可靠性，如式（ 1） 式（ 3）所示。 (1) (2) (3) 式中：、分別表示修正后的合并單元、保護單元和智能終端的可靠度； 、 和 分別表示同步時鐘源分別到合并單元、保護單元和智能終端的第 i 條最小路徑； n 表示最小路徑的數(shù)量。 對于圖 1 所示星型結(jié)構(gòu)的對時回路， L 只包括 1 條從同步時鐘源經(jīng)傳輸介質(zhì)到對時元件路徑，以合并單元為例此時的修正元件可靠度為 (4) 式中，、 和分別表示同步時鐘源、傳輸介質(zhì)和合并單元的可靠度。對于網(wǎng)絡(luò)對時，由于有交換機網(wǎng)絡(luò)的加入，對時回路拓撲結(jié)構(gòu)將變得復(fù)雜，最小路徑數(shù)量 n 也相應(yīng)增多，但其可靠性計算處理方法同式（ 1） 式（ 3）。 2） SV 回路和 GOOSE 回路的可靠性計算。這兩個回路的區(qū)別是待計算的二端網(wǎng)絡(luò)起始節(jié)點與終端節(jié)點不同，具體計算表達式如式（ 5） 式（ 6）。 (5) (6) 式中：和分別表示 SV 和 GOOSE 回路的可靠性； 和分別表示互感器到保護單元和保護單元到斷路器的第 i 條最小路徑。 式（ 5）為一套保護對應(yīng)一個互感器的情況，當(dāng)一套保護對應(yīng) n 個互感器時，如果這些互感器不是冗余配置，則每條互感器的 SV 回路都應(yīng)保持暢通，其之間應(yīng)為串聯(lián)關(guān)系，即 （ 7） 式中，表示第 i 個互感器對應(yīng)的 SV 回路的可靠性。 如果是冗余配置，則只要一條 SV 回路保持暢通，保護就能正常工作，此時應(yīng)為并聯(lián)關(guān)系，即 （ 8） 同樣，式（ 6）為一套保護對應(yīng)一個斷路器的情況，一般斷路器很少會進行冗余配置，當(dāng)一套保護控制 n 臺斷路器時，其之間的 GOOSE 回路應(yīng)為串聯(lián)關(guān)系，即 （ 9） 式中，表示第 i 個斷路器對應(yīng)的 GOOSE 回路的可靠性。 需注意的是，上述路集計算中，合并單元、保護單元和智能終端的可靠度要用式（ 1） 式（ 3）對時回路修正后的可靠度所代替。 3）系統(tǒng)整體可靠性計算。由于一套保護需要 SV 回路和 GOOSE 回路同時正常工作，因此對于繼電保護系統(tǒng)的可靠性來說兩者之間為串聯(lián)關(guān)系，由式（ 8）、式（ 9）得 (10) 式中，表示整個保護系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)保護單元冗余配置時，應(yīng)分別計算每套保護 對應(yīng)的 SV 回路和 GOOSE 回路的可靠性，最終各套保護之間并聯(lián)就是整個保護系統(tǒng)的可靠性，即 (11) 式中，表示第 i 套保護對應(yīng)的系統(tǒng)的可靠性。需再次強調(diào)的是，上述公式計算時，展開后需按照布爾代數(shù)的運算規(guī)則進行合并運算，將相乘的相同項合并為一項，才能得到最終的繼電保護系統(tǒng)可靠性表達式，再代入相應(yīng)的數(shù)值計算。 閱讀相關(guān)文檔 :廣州亞運城某超高層樓盤建筑給排水設(shè)計 淺談建筑基樁檢測技術(shù)要點及事故處理 塑造山地特色城市意象的要素分析與控制 淺析10kv 配電線路的現(xiàn)狀及設(shè) 計 地鐵站建筑設(shè)計應(yīng)注意的問題探討 基于公路橋梁施工安全控制技術(shù)探討 強化建筑工程施工管理的措施 淺談自動化控制系統(tǒng)在污水處理廠的應(yīng)用 探討通信工程設(shè)計項目管理 論國際工程承包不平衡報價法