電力系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的研究的論文
[論文關(guān)鍵詞]電力系統(tǒng)故障分析支撐平臺(tái)
[論文摘要]分析電力系統(tǒng)中故障數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的功能、現(xiàn)狀和特點(diǎn)，提出故障數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的概念并對(duì)其進(jìn)行研究。介紹平臺(tái)的主要特點(diǎn)，給出平臺(tái)設(shè)計(jì)的整體架構(gòu)，并說明各組成模塊的功能劃分，還對(duì)模塊間的關(guān)系等相關(guān)問題進(jìn)行了闡述。
一、引言
電力工業(yè)是為國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展提供能源的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，也是關(guān)系國計(jì)民生的公用事業(yè)。但日益復(fù)雜的電力系統(tǒng)，發(fā)生故障的幾率也在不斷增加，某些擾動(dòng)可能導(dǎo)致大面積停電和穩(wěn)定性問題尖銳化，嚴(yán)重時(shí)系統(tǒng)可能失去穩(wěn)定。
目前電力系統(tǒng)中的常用的故障分析系統(tǒng)有故障錄波系統(tǒng)、輸電線路行波測(cè)距系統(tǒng)、小電流接地選線系統(tǒng)和電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)為分析電網(wǎng)故障、確定電力系統(tǒng)在特定情況下的運(yùn)行狀況提供了強(qiáng)有力的`支持。這一類應(yīng)用的共同點(diǎn)是都要對(duì)某些模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、分析和計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)不同故障分析系統(tǒng)的功能。但目前處理錄波數(shù)據(jù)的系統(tǒng)一般只針對(duì)具體的應(yīng)用而開發(fā)，相互之間盡管在數(shù)據(jù)處理方面有許多共性，卻是由不同公司各自開發(fā)的，系統(tǒng)的開放性差，只適用于某一種特定的應(yīng)用，缺少平臺(tái)化的設(shè)計(jì)思想。這樣就形成了所謂的“自動(dòng)化孤島”現(xiàn)象。
二、故障數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的功能分析
目前電力系統(tǒng)中常用的故障數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)有以下幾種：
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故障錄波系統(tǒng)是電力系統(tǒng)發(fā)生故障及振蕩時(shí)能自動(dòng)記錄的一種系統(tǒng),它可以記錄因短路故障、系統(tǒng)振蕩、頻率崩潰、電壓崩潰等大擾動(dòng)引起的系統(tǒng)電流、電壓及其導(dǎo)出量,如有功、無功及系統(tǒng)頻率的全過程變化現(xiàn)象。主要用于檢測(cè)繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置的動(dòng)作行為,了解系統(tǒng)暫態(tài)過程中系統(tǒng)各電參量的變化規(guī)律,校核電力系統(tǒng)計(jì)算程序及模型參數(shù)的正確性，故障錄波已成為分析系統(tǒng)故障的重要依據(jù)。
系統(tǒng)主要由電流(電壓)智能監(jiān)視模塊、通信鏈路、監(jiān)視微機(jī)和分析軟件四部分組成,該系統(tǒng)將多個(gè)智能監(jiān)視模塊統(tǒng)一編址，通過通信網(wǎng)與分析主機(jī)相連，組成故障錄波系統(tǒng)。每一個(gè)智能監(jiān)視模塊相當(dāng)于一個(gè)獨(dú)立的微型故障錄波器，在線監(jiān)視一條線路的運(yùn)行狀況，連續(xù)采集數(shù)據(jù)。當(dāng)該線路發(fā)生異常時(shí)，相應(yīng)模塊連續(xù)采集一段設(shè)定時(shí)間段的線路運(yùn)行數(shù)據(jù)，然后，將異常出現(xiàn)時(shí)刻前后各一段設(shè)定時(shí)間的數(shù)據(jù)作為故障錄波信息保存，并上傳給分析主機(jī)；分析主機(jī)將模塊上傳的數(shù)據(jù)加以保存、遠(yuǎn)傳和處理，并可將異常波形顯示并打印出來。
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當(dāng)輸電線路發(fā)生故障后，必須通過尋線找出故障點(diǎn)，并根據(jù)故障造成的損壞程度判斷線路能否繼續(xù)運(yùn)行還是須停電檢修。行波測(cè)距是目前應(yīng)用廣泛的故障測(cè)距方法，其基本原理是：在電力系統(tǒng)發(fā)生故障后,在故障點(diǎn)將產(chǎn)生向兩端運(yùn)行的暫態(tài)行波,暫態(tài)行波在傳播過程中遇到不均勻介質(zhì)時(shí),將發(fā)生折射和反射,因此在故障點(diǎn)和母線檢測(cè)處暫態(tài)行波會(huì)發(fā)生反射和透射,這樣就可以利用兩個(gè)波頭之間的時(shí)間差來完成故障定位。
行波采集與處理系統(tǒng)安裝在廠站端，采用集中組屏式結(jié)構(gòu)，一般包括行波采集裝置、T－GPS電力系統(tǒng)同步時(shí)鐘以及當(dāng)?shù)靥幚頇C(jī)三部分。行波采集裝置主要負(fù)責(zé)暫態(tài)電流信號(hào)的采集、緩存以及暫態(tài)啟動(dòng)，并生成啟動(dòng)報(bào)告；T－GPS負(fù)責(zé)提供精確同步脈沖信號(hào)及全球統(tǒng)一時(shí)間信息；當(dāng)?shù)靥幚頇C(jī)由一臺(tái)工控機(jī)構(gòu)成，負(fù)責(zé)接收、存儲(chǔ)來自裝置的暫態(tài)啟動(dòng)報(bào)告，并與安裝在線路對(duì)端所在變電所內(nèi)的行波采集與處理系統(tǒng)交換啟動(dòng)數(shù)據(jù)，從而自動(dòng)給出雙端行波故障測(cè)距結(jié)果。
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電力系統(tǒng)配電網(wǎng)故障中絕大部分是單相接地故障。由于故障電流小，系統(tǒng)可帶故障繼續(xù)運(yùn)行一定時(shí)間，小電流接地方式可顯著提高供電可靠性，同時(shí)也具有提高對(duì)設(shè)備和人身安全性、降低對(duì)通訊系統(tǒng)電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。但長時(shí)間帶故障運(yùn)行，特別是間歇性弧光接地故障時(shí)，過電壓容易使電力設(shè)備出現(xiàn)新的接地點(diǎn)使事故擴(kuò)大；同時(shí)故障電流可能使故障點(diǎn)永久燒壞，最終引短路故障。因此故障后快速選擇故障線路就顯得十分重要，在發(fā)生故障時(shí)須準(zhǔn)確選出故障線路,以便及時(shí)切除故障。 由以上分析可以得出故障處理系統(tǒng)的共性：首先進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)，再由數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析、計(jì)算及各種特征的提取等操作，最后對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行保存、顯示和打印等。但目前不同的故障處理系統(tǒng)只針對(duì)具體應(yīng)用開發(fā)，缺少通用平臺(tái)的概念。
三、平臺(tái)的主要功能模塊與工作流程
參數(shù)設(shè)置模塊可以對(duì)平臺(tái)運(yùn)行的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，使平臺(tái)在合適的狀態(tài)下運(yùn)行。前置機(jī)通過規(guī)約處理模塊與站端裝置進(jìn)行通信，接收不同監(jiān)測(cè)裝置上傳的各種錄波數(shù)據(jù)，包括對(duì)不同通信規(guī)約傳輸數(shù)據(jù)的打包與解規(guī)約。數(shù)據(jù)通訊模塊負(fù)責(zé)與后臺(tái)機(jī)交換信息，若從裝置收到的錄波數(shù)據(jù)格式不符合Comtrade標(biāo)準(zhǔn)則先調(diào)用數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模塊然后再將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)交給數(shù)據(jù)通訊模塊。
故障處理模塊負(fù)責(zé)把接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，將數(shù)據(jù)分析后通過數(shù)據(jù)庫管理模塊送入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，故障處理模塊還提供與高級(jí)應(yīng)用程序的接口。報(bào)表管理模塊從數(shù)據(jù)庫中取得數(shù)據(jù)生成各種報(bào)表，裝置參數(shù)整定模塊在后臺(tái)機(jī)上發(fā)送參數(shù)整定命令，通過前置機(jī)發(fā)到裝置以調(diào)整裝置的運(yùn)行狀態(tài)。裝置運(yùn)行監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)與控制裝置運(yùn)行狀況的功能，告警模塊處理裝置上報(bào)或是系統(tǒng)操作所產(chǎn)生的各種告警信息。
當(dāng)用戶要查看錄波數(shù)據(jù)曲線時(shí)調(diào)用錄波查詢模塊查找到滿足要求的數(shù)據(jù)，再通過錄波曲線顯示模塊對(duì)要分析的數(shù)據(jù)進(jìn)行查看。用戶權(quán)限設(shè)置模塊設(shè)定用戶的使用權(quán)限，以提高平臺(tái)的安全性。
四、結(jié)束語
本文提出的電力系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，遵循標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、分布式、分層次的設(shè)計(jì)原則，具有良好的通用性和可擴(kuò)展性，為開發(fā)故障錄波系統(tǒng)、行波測(cè)距、小電流接地故障監(jiān)測(cè)和電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)等以處理錄波數(shù)據(jù)為主的信息管理系統(tǒng)提供全面的底層支持。平臺(tái)的使用可以提高軟件的重復(fù)利用率，避免重復(fù)開發(fā)，減少電力企業(yè)的投資，有利于提高電網(wǎng)的運(yùn)行和管理自動(dòng)化水平。
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