謝澤雄
(中國能源建設(shè)集團(tuán)華南電力試驗(yàn)研究院有限公司,廣東 廣州510663)
我國電力工業(yè)的不斷發(fā)展對電力系統(tǒng)的運(yùn)行和保護(hù)也提出了更高的要求。電力系統(tǒng)主要包括電氣主設(shè)備、發(fā)電機(jī)、母線、變壓器等主要元件,其運(yùn)行狀況對整個(gè)電力系統(tǒng)的安全都會(huì)產(chǎn)生重要的影響。因此加強(qiáng)主設(shè)備的故障診斷與保護(hù)十分具有必要性?,F(xiàn)階段,部分電力企業(yè)依舊采用傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)保護(hù)方式,也缺乏相應(yīng)的科學(xué)故障分析工具,對促進(jìn)我國電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生了不利的影響。
推動(dòng)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展組最重要的是加強(qiáng)故障信息的識(shí)別、處理和利用,不斷應(yīng)用新的故障信息對于提升繼電保護(hù)技術(shù)起到了重要的作用。故障分量繼電保護(hù)原理的內(nèi)涵是將通過正常網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)決定的正常分量從故障后電量中取出,進(jìn)而僅通過由故障分量電勢單獨(dú)作用產(chǎn)生的電量來實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)。故障信息的特征可以通過迭加原理加以探究,即以線性電路為假設(shè)前提,將網(wǎng)絡(luò)故障看作故障附加狀態(tài)與非故障狀態(tài)的迭加。在故障狀態(tài)下出現(xiàn)故障分量,含有穩(wěn)態(tài)成分和暫態(tài)成分,其中穩(wěn)態(tài)成分受到系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響,而暫態(tài)成分受到故障前的狀態(tài)有關(guān)。故障點(diǎn)的電壓故障量最大,且電壓故障分量和電流故障分量之間的相位關(guān)系不會(huì)受到系統(tǒng)電勢及負(fù)荷的影響,而是由系統(tǒng)中性點(diǎn)間的阻抗決定。
自適應(yīng)繼電保護(hù)原理可以被定義為通過識(shí)別電力系統(tǒng)運(yùn)行方式以及故障狀態(tài)的變化而對保護(hù)性能、特性進(jìn)行實(shí)時(shí)更改。電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的變化十分頻繁, 而且各種類型故障的發(fā)生概率較高,包括瞬時(shí)性故障、永久性故障、金屬性短路等情況,因此適應(yīng)電力系統(tǒng)的變化比較困難。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)方式適應(yīng)系統(tǒng)變化與故障狀態(tài)的效果不佳,以電流速斷保護(hù)的整定值為例,在最小運(yùn)行或短路條件下,有發(fā)生失效或性能嚴(yán)重變差的危險(xiǎn)[1]。因此要進(jìn)一步加強(qiáng)計(jì)算機(jī)電力系統(tǒng)保護(hù)領(lǐng)域的探索,為自適應(yīng)繼電保護(hù)模式發(fā)展提供更大的空間。同時(shí)加強(qiáng)對電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和故障變化的考慮,收集對應(yīng)的信息,為變電站綜合自動(dòng)化以及微機(jī)的智能化提供便利條件。就地獲取信息較為容易,但若能有效提升通信遠(yuǎn)端信息獲取技術(shù)水平也可以促進(jìn)自適應(yīng)保護(hù)的實(shí)現(xiàn)。
第一步先對輸入信號(hào)進(jìn)行假定,為純正弦分量:
數(shù)字電氣量的計(jì)算通常都是以假定電力系統(tǒng)頻率恒定在工頻的條件下為基礎(chǔ),但是在發(fā)電機(jī)起動(dòng)或停機(jī)的狀態(tài)下,系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速會(huì)低于假定值,因此看作恒定在工頻的條件下無法對故障參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算,因此需要相關(guān)算法不受到信號(hào)頻率的影響。由采樣值算法可知,ω△T項(xiàng)沒有在計(jì)算中去掉,ω 被固定值ω0代替, 進(jìn)而引發(fā)ω/ω0在轉(zhuǎn)移函數(shù)|H|中出現(xiàn)的。因此要想對與ω 無關(guān)的Um值進(jìn)行計(jì)算必須要先消除ω0T。用恒定頻率的等幅正弦波形來表示單相交流電的電流和電壓:
在低頻時(shí)采用這種算法會(huì)產(chǎn)生兩方面的誤差,可以利用環(huán)境的諧波成分組合迭加諧波濾波器完善過零點(diǎn)的處理方式,適時(shí)改變m,以克服過零點(diǎn)的問題。
通常情況下的發(fā)電機(jī)100%定子繞組一點(diǎn)接地保護(hù)由三次諧波電壓原理以及基波零序電壓原理組成,發(fā)送到發(fā)電機(jī)端的零序電壓以及發(fā)電機(jī)自身的三次諧波電勢會(huì)對基波零序電壓保護(hù)產(chǎn)生影響。為了有效降低這些影響,在基波零序電壓引入變壓器高壓側(cè)的零序電壓可以消除前者的影響,而高性能的三次諧波濾波器可以消除后者的影響。一般三次諧波電壓會(huì)小于基波電壓的2%,如何對其進(jìn)行提取成為關(guān)鍵因素。另外有很多的三次諧波成分存在于發(fā)電機(jī)單元件橫差匝間保護(hù)中的不平衡電流中,因此必須選用性能優(yōu)良的三次諧波濾過器以及三次諧波濾波器來提升保護(hù)的靈敏度與可靠性。
科學(xué)的模塊劃分有助于改進(jìn)軟件設(shè)計(jì)、提高軟件質(zhì)量,在進(jìn)行模塊劃分的過程中需要注意以下原則。以獨(dú)立性原則為基礎(chǔ),促進(jìn)模塊劃分的低耦合、高內(nèi)聚。模塊劃分規(guī)模需要適中,規(guī)模過大會(huì)降低可理解程度,而規(guī)模過小會(huì)使系統(tǒng)接口復(fù)雜化。軟件結(jié)構(gòu)的特性參數(shù)要適宜,合理的深度、寬度、扇入、扇出參數(shù)有助于提升模塊劃分的獨(dú)立性[2]。模塊的作用域應(yīng)該調(diào)整在控制域之內(nèi),并要最大限度地降低模塊接口的復(fù)雜程度,促進(jìn)信息傳遞的簡單化,并和模塊的功能保持一致。模塊盡量設(shè)計(jì)為單入口單出口,降低接口成本的同時(shí),避免出現(xiàn)模塊內(nèi)容耦合的現(xiàn)象。最后需要將模塊功能合理預(yù)測,但也要防止過度局限。
在系統(tǒng)分解與模塊組合的過程中,需要以功能為核心進(jìn)行分解,促進(jìn)系統(tǒng)功能的層次化。通用功能要素的提取是一個(gè)典型化的過程。其意義在于消除不必要的多樣性與重復(fù)性,以促進(jìn)不同層次、規(guī)模模塊的形成。單元是電路功能模塊的載體,只有將機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊同電路模塊組合才能裝出整機(jī),進(jìn)而形成具有完全互換性的單元模塊。模塊分解點(diǎn)應(yīng)選擇接口最少、最弱的部位,且產(chǎn)品功能要進(jìn)行適當(dāng)?shù)財(cái)U(kuò)展延伸,促進(jìn)規(guī)模生產(chǎn)效益的提升。模型只有經(jīng)過定型化處理以后才能具有通用性, 且需要不斷面對市場需求進(jìn)行完善與革新。
發(fā)電機(jī)、主變壓器、高壓廠用變壓器等設(shè)備共同組成了發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù),其保護(hù)對象的品種以及運(yùn)行方式種類繁多,因此也需要很多的繼電器。面對不同容量等級、不同機(jī)組類型以及不同單元接線方式的要求,如何實(shí)現(xiàn)合理的配置成為首要難題[3]。軟件的分層設(shè)計(jì)方法和模塊化的程序設(shè)計(jì)方法可以對其進(jìn)行靈活、多樣地解決。數(shù)字式發(fā)變組保護(hù)軟件分為由CPU和外圍智能芯片功能軟件組成的基本功能層;由數(shù)據(jù)采集、通信鏈路層管理、鍵盤管理等功能軟件組成的系統(tǒng)功能層以及應(yīng)用軟件層構(gòu)成,有利于編程人員發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn),增強(qiáng)軟件功能的測試和驗(yàn)證。
在超高壓電網(wǎng)的運(yùn)行過程中,保護(hù)雙重化的配置已逐步得到了落實(shí),隨著硬件成本不斷降低,采用兩套獨(dú)立的保護(hù)越發(fā)受到關(guān)注。保護(hù)雙重化有完全雙重化和部分雙重化兩種方案,完全雙重化中兩套保護(hù)使用獨(dú)立的直流電源還和不同的CT 二次回路,雖然有很明顯的優(yōu)勢,但也具備停柜維修困難、跳閘接點(diǎn)太多等工程困難。部分雙重化只進(jìn)行關(guān)鍵設(shè)備的保護(hù)雙重化,具有保護(hù)配置、接線簡單的特點(diǎn),適合模塊化技術(shù)的應(yīng)用。在使用雙重化技術(shù)之前必須了解每種保護(hù)的靈敏反應(yīng)特性,否則會(huì)增加誤動(dòng)的概率,因此雙重化概念在主設(shè)備保護(hù)中的應(yīng)用爭議較大。
綜上所述,加強(qiáng)對大型發(fā)變組微機(jī)保護(hù)算法的研究對促進(jìn)電力系統(tǒng)的平穩(wěn)發(fā)展產(chǎn)生了重要的作用。本文通過對相關(guān)原理以及程序算法的研究,得出要想全面推進(jìn)模塊化,必須促進(jìn)全局的統(tǒng)籌規(guī)劃、加強(qiáng)管理,通過集中地部署與周密計(jì)劃地實(shí)施,進(jìn)而促進(jìn)模塊化的發(fā)展。加強(qiáng)方案的改進(jìn)與完善,推進(jìn)多品種、小批量生產(chǎn)方式與效益有機(jī)統(tǒng)一的加速提升,從而實(shí)現(xiàn)我國工業(yè)化水平的長遠(yuǎn)進(jìn)步。