新一代智能变电站控制保护一体化智能终端研究与开发

适应新一代智能变电站对二次设备功能一体化的要求,对集成保护控制功能的智能变电站一体化智能终端进行研究。结合间隔层和过程层二次设备的工程配置,对一体化智能终端的接口标准化、功能整合、信息共享、整装置的即插即用、软硬件集成以及可靠性设计等进行研究。依托新一代智能变电站层次化保护系统体系架构,提出一种实现间隔功能自治的一体化装置设计方案。采用多CPU信息融合与高速交互技术,在一套装置中集成了合并单元、智能终端、测控和保护装置的功能。基于紧凑型设计原则开发了适用于220 kV线路间隔的智能变电站控制保护一体化智能终端样机。通过测试验证,表明方案能减少二次设备数量,简化智能变电站系统架构。     

基于EPON网络的智能变电站继电保护技术研究

相比传统电力通信网络,EPON网络能够更好地满足智能变电站通信系统要求,但是智能变电站过程层网络采用EPON技术也存在安全性、可靠性、实时性的问题,导致继电保护存在拒动的风险。针对上述问题提出了改进措施,并进行了基于EPON网络下继电保护功能的适应性研究。通过搭建基于EPON网络的智能变电站过程层继电保护动模测试平台,重点选取220 kV智能变电站的母线保护、变压器保护、线路保护为研究及测试对象,进行动模试验。试验结果表明,各类保护装置、合并单元及智能终端可通过EPON过程层通信网络实现设备间采样报文及跳闸报文的信号传输,保护装置动作性能未受影响。     

合并单元装置级联网络风暴的防治

合并单元是智能变电站过程层网络中的关键设备,合并单元运行的稳定性对智能变电站的可靠运行至关重要。为了消除数据级联时网络风暴对合并单元的影响,提出了一种实时过滤级联网络风暴的方法。通过对级联风暴报文的特点进行分析,提出硬件过滤和软件过滤相结合的过滤方法实现合并单元级联时网络风暴的抑制。在硬件过滤上通过多重过滤与流控单元,实时有效控制风暴报文流入;在软件过滤上根据IEC 61850-9-2报文特点通过多重过滤算法,有效过滤风暴报文。通过网络风暴测试平台对上述方法进行了测试,有效验证了该方法的可靠性,提升了合并单元装置在智能变电站中运行的稳定性与可靠性。     

智能变电站合并单元的研究与设计

智能变电站实现了过程层信息采集的数字化、共享化,提高了变电站中信息传输的可靠性。核心元件之一是合并单元,其担负着非传统互感器、传统未改造的互感器与二次保护控制装置、智能终端之间的通信接口。本文在分析了合并单元国内外现状基础上,基于IEC60044-8和IEC61850-9国际标准以及国家智能变电站合并单元规范中对合并单元的规定,制定了满足互感器与二次保护设备之间数据接口的合并单元设计方案。     

智能变电站二次设备集成方案讨论

随着智能变电站二次设备应用的日趋成熟,将现有二次设备按照需求进行集成整合将是今后智能变电站的发展趋势。对智能变电站过程层、间隔层和站控层设备的集成方案进行了讨论,重点针对过程层合并单元和智能终端集成方案进行了分析;对间隔层保护装置、集中式测控装置、多功能测控装置、智能组件、故障录波和网络分析仪集成等方案进行了详细论述;对站控层一体化监控系统的集成进行了讨论。结合当前工程实际应用情况,提出在110kV及以下电压等级智能变电站试点应用合并单元智能终端集成装置、保护测控集成装置较为可行,为今后智能变电站的发展建设提供参考。     

新一代智能变电站过程层设备集成设计的探讨

本文结合武汉未来城新一代智能变电站工程设计方案,系统介绍了过程层设备集成设计思路,探讨了合并单元和智能终端装置集成的可行性和过程层设备外部接口的新模式(即插即用)。此设计思路可有效提升智能变电站的建设效率和质量水平。     

基于OPNET的智能变电站过程层网络建模方法

智能变电站过程层网络的性能,会直接影响继电保护等高实时性应用的有效实现。为了定量研究过程层网络的可靠性和实时性,提出了一种基于OPNET的过程层网络建模方法。根据过程层网络设备结构、报文种类及流量特征,搭建了合并单元、智能终端、保护测控装置等各智能电子设备（IED）模型。在此基础上,建立了每个间隔模型;并以D2-1型变电站为例,采用星型拓扑组建了过程层网络模型。最后以组建的网络模型为平台,开展了虚拟局域网（VLAN）划分方式的研究,仿真及测试结果说明了模型的有效性。     

基于可靠性框图法的过程层信息流最优控制技术

智能变电站过程层网络作为“三层两网”中的重要部分，其负责保护装置、测控装置、安稳装置及智能终端等智能电力电子设备之间的信息交互工作，过程层网络设备的运行可靠性直接关系到断路器能否及时切除故障设备。基于此，首先分析典型过程层网络组网结构及报文发布/订阅关系。其次，根据过程层不同信息对保护设备的影响程度，建立过程层信息分类方案。最后，采用可靠性框图法分析过程层设备的可靠性，指出过程层网络结构存在的问题，并针对性提出优化过程层网络结构的组网方案，研究优化后的组网方案对变电站现场运维管理工作的影响。     

基于常规采样的合并单元可靠性分析

针对智能变电站的二次系统架构与传统变电站存在差异,造成合并单元等设备的引入大大增加系统复杂程度、影响系统稳定运行的问题,采用相似预计方法对合并单元进行可靠性预计,得出年失效率为千分之一数量级的结论。分析合并单元的主要元器件故障模式及其产生的影响,结合智能变电站保护装置特点,从异常报文处置、保护逻辑处理方面提出了改进措施。     

智能变电站合并单元运维及异常分析

合并单元作为智能变电站过程层核心设备,起着交流采样的关键作用。基于智能变电站合并单元的工作原理及技术特点,以智能变电站合并单元的运行维护和异常分析为研究对象,系统地研究了合并单元的采样机制与同步技术、日常运行维护方法、装置信号与释义、典型异常分析及处置方法和措施。通过对以上方面的研究与实践,阐明了智能变电站合并单元的运行维护重点,尤其是异常处置方法对合并单元的运维具有借鉴意义。     

基于自适应采样算法及数据处理的过程层设备时延优化设计

智能变电站与传统变电站相比,二次保护系统中增加了过程层设备合并单元及智能终端,引起了保护设备动作时间变慢。提出将合并单元的单一插值采样算法改为同步采样算法与插值算法相结合,基于同步状态自适应调整采样算法,减小了合并单元内部采样数据的处理时延。针对智能终端的CPU插件进行了改进,由FPGA完成GOOSE组播过滤、网络风暴功能,CPU负责处理GOOSE的接收与发送,同时采用MOSFET光电耦合继电器作为启动继电器,通过优化设计减少了智能终端的出口时间。基于上述设计,研制了新型过程层装置,并对比开展了动模仿真及静模仿真验证。仿真试验结果表明,新研制的过程层装置配合线路保护装置的整体动作时间相比优化前减少3 ms,能够满足GB/T-14285标准对继电保护装置整组动作时间的要求。     

数字化变电站中广播风暴的防治

以太网广播风暴的问题不但影响数字化变电站的通信效率,还可能造成设备工作不正常。在分析数字化变电站网络结构的基础上,提出选用支持组播协议的交换机,以免组播报文以广播方式发送。针对保护装置的设计,提出通过拒收广播包,使得过程层中不需要处理的广播报文直接在MAC层就被丢弃,不会进入软件处理环节;使用轮询式网卡驱动,减少频繁中断以及上、下文切换对CPU性能的损耗;选用多核CPU让保护运算和以太网报文收发分别由不同的核进行处理,并限制最大接收数据包的个数,以保证保护有足够的时间执行。     

智能变电站间隔层装置互联自动测试技术研究

智能变电站间隔层装置的测试是现场调试的重点,目前现场针对间隔层装置的调试主要侧重于单装置的测试,不能真实反映间隔层装置间的互联互通关系。重点研究了间隔层装置间的互联配合测试,根据间隔层保护、测控、合并单元、智能终端等装置的功能特点探讨总结了针对GOOSE报文联闭锁测试、纵联通道联闭锁测试、单间隔联调黑盒测试三类互联测试的原理;基于测试原理及需求,设计了专门的间隔互联智能测试仪硬件、间隔互联自动测试软件系统,并研究了对于不同测试原理的测试模板智能生成技术。通过对智能变电站间隔层装置互联自动测试技术的研究,现场调试更真实地反应了间隔层装置的互联关系,在保证效率的前提下极大地提高了调试的质量,降低了电网的安全隐患,为智能变电站二次系统的测试领域提出了新的发展方向。     

基于贝叶斯网络的电网复杂故障推演新方法

为了分析电网复杂故障过程,基于保护装置与断路器的动作信息构建贝叶斯网络,提出了电网复杂故障推演新方法。应用电网实际拓扑结构信息、继电保护装置和断路器的动作信息构建贝叶斯网络。基于贝叶斯网络进行故障元件诊断,针对远后备保护、近后备保护误判的两种特殊情况,制定了专家系统规则实现保护拒动、误动的识别。将保信系统上送信息与拒动误动分析结果按主保护层-近后备保护-远后备保护-断路器层顺序进行信息整合,推演出发生故障时各层保护装置以及断路器动作先后顺序,实现了电网复杂故障推演。     

330 kV变电站中刀闸接触不良对断路器保护的影响

以某330 kV变电站发生的刀闸接触不良缺陷为例,对此类缺陷是否会对保护装置的正常运行产生影响进行了分析,得出了在刀闸接触不良时断路器失灵保护及断路器死区保护不能正确动作,进而可能导致事故扩大的结论。为了避免此类问题,提出了在断路器保护中增加"低负荷TA断线告警"信号的方法,从而使调控中心监控员在线路低负荷运行时可以及时发现刀闸接触不良的缺陷,避免在发生故障时断路器失灵保护及断路器死区保护不能正确动作的事故发生。     

一起继电保护装置单粒子翻转软错误分析及应对措施

微机继电保护装置中大量使用各种芯片及存储器件,器件失效将影响电力系统的稳定运行。结合一起由于单粒子翻转引起的保护装置动作行为,分析了保护装置的动作原因,提出了在微机继电保护装置中存在的单粒子翻转的问题。对单粒子翻转的机制、特点及影响进行分析,并从芯片选型、硬件架构、软件架构等方面提出一整套完善的方案。在继电保护装置设计中应用所提出的方案可有效减少单粒子翻转对继电保护装置的影响,对于继电保护装置和电力系统的稳定安全运行具有重要的意义。     

基于保护特性的P类电流互感器选型

为深入了解P类电流互感器饱和特性,防范互感器饱和导致保护不正确动作,通过理论推导和计算详细分析了铁芯剩磁、故障电流非周期分量、时间常数等因素对电流互感器暂态饱和特性的影响。分析结果表明关于保护用电流互感器给定暂态系数不宜低于2的选型规定不能满足线路保护和变压器保护的要求。根据分析结果,针对不同保护装置技术要求给出了保护用P类电流互感器的选型建议,并综合考虑电网实际情况,从电流互感器、保护装置、电网运行等方面提出了防范措施。     

智能变电站继电保护系统检修试验方法综述

智能变电站建立在IEC61850通信规范基础上,实现一次设备智能化和二次设备网络化。继电保护功能不再是由单一装置来实现,而是由合并单元、继电保护装置、智能终端通过光纤连接组成一个系统来实现。传统的保护屏硬压板由GOOSE软压板来实现,二次回路全部由光纤代替,模拟信号全部数字化,二次设备保留的检修压板也带来了全新的检修机制。通过比较与传统变电站试验方法的区别,结合作者实际经验提出针对智能变电站的试验方法,并进一步提出检修时的安全措施。     

等离子燃烧器火焰检验保护探讨

等离子燃烧技术已在燃煤电厂广泛应用,可实现无油点火,但锅炉冷态点火初期,普遍存在火焰检验波动频繁,导致火焰检验保护无法正常投入的问题,产生此问题的原因是现有火焰检验装置与等离子燃烧器的内燃式点火形式不匹配.针对存在的问题,提出了增设火检探头、逻辑优化及稳燃等措施,既保障了锅炉的正常启动,又满足了燃烧过程安全可控的要求,...