分析數(shù)字化變電站繼電保護(hù)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(xiàn) 年終總結(jié) 年終報(bào)告 工作總結(jié) 個(gè)人總結(jié) 述職報(bào)告 實(shí)習(xí)報(bào)告 單位總結(jié) 摘要：本文在分析數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)元件構(gòu)成基礎(chǔ)上，對(duì)保護(hù)系統(tǒng)的信息流進(jìn)行了剖析，分析了各類(lèi)信息流回路可能的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用二端網(wǎng)絡(luò)連通率的最小路集算法對(duì)信息流進(jìn)行可靠性計(jì)算，并用串并聯(lián)的模型將繼電保護(hù)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(hù)系統(tǒng)的可靠性評(píng)價(jià)模型和方法。最后介紹了可靠性評(píng)價(jià)模型與方法的軟件實(shí)現(xiàn)，并采用實(shí)際保護(hù)方案驗(yàn)證了可靠性評(píng)價(jià)模型和方法的有效性。 關(guān)鍵詞：數(shù)字化變電站；繼電保護(hù)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(hù)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(diǎn)，因此繼電保護(hù)系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)變電站由互感 器、保護(hù)單元和斷路器通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式連接的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，會(huì)有更多的元件加入其中。合并單元用于匯集和合并多個(gè)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(jī)。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(hù)系統(tǒng)中主要用于接收保護(hù)單元發(fā)來(lái)的跳合閘和閉鎖信息去控制斷路器的動(dòng)作，以及負(fù)責(zé)采集斷路器的開(kāi)關(guān)位置等信息并上傳給保護(hù)單元。交換機(jī)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(tái)，有利于各設(shè)備之間信息的共享。由于繼電保護(hù)對(duì)各種事件發(fā)生的時(shí)間序列有嚴(yán)格的準(zhǔn)確性要求，各設(shè)備在輸出信息時(shí) 需要附加精準(zhǔn)的時(shí)標(biāo)信息，這就需要全站的同步時(shí)鐘源進(jìn)行統(tǒng)一對(duì)時(shí)。 2 數(shù)字繼電保護(hù)系統(tǒng)的信息流與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 同步對(duì)時(shí)信息、以 SV 報(bào)文形式傳輸?shù)牟蓸有畔?、以GOOSE 報(bào)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(hù)系統(tǒng)中的三類(lèi)重要信息。 2.1 同步對(duì)時(shí)信息 同步對(duì)時(shí)信息回路的起點(diǎn)是同步時(shí)鐘源，其主要用來(lái)接收 GPS 或北斗系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)，然后以固定的時(shí)間間隔向合并單元、保護(hù)單元和智能終端等設(shè)備發(fā)送對(duì)時(shí)信息。現(xiàn)有的變電站對(duì)時(shí)方式主要有脈沖對(duì)時(shí)、編碼對(duì)時(shí)和網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)三種，其中在過(guò)程層最常用的是編碼對(duì)時(shí)中的 IRIG-B 碼對(duì)時(shí)和網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)中的 PTP（ IEEE 1588）對(duì)時(shí)。當(dāng)對(duì)時(shí)方式不同時(shí)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也會(huì)有所變化。脈沖對(duì)時(shí)和編碼對(duì)時(shí)需要專(zhuān)用的對(duì)時(shí)網(wǎng)絡(luò)，由 同步時(shí)鐘源直接通過(guò)傳輸介質(zhì)與需要對(duì)時(shí)的設(shè)備相連，一般為星型結(jié)構(gòu)或分級(jí)星型結(jié)構(gòu)，圖 1 所示為星型結(jié)構(gòu)。 圖 1 脈沖對(duì)時(shí)和編碼對(duì)時(shí)的對(duì)時(shí)回路結(jié)構(gòu)圖 絡(luò)對(duì)時(shí)的方式如圖 2 所示。它需要借助支持網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)的交換機(jī)以及由其組成的以太網(wǎng)，可以單獨(dú)組網(wǎng)也可以與SV、 GOOSE 等報(bào)文共用一個(gè)通信網(wǎng)，當(dāng)采用后者時(shí)可以 有效的減少交換機(jī)和光纖的使用。網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)的拓?fù)湟话銥闃?shù)狀路徑，對(duì)時(shí)信息由同步時(shí)鐘源出發(fā)經(jīng)過(guò)交換機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)到達(dá)需要對(duì)時(shí)的設(shè)備，冗余度較高。 圖 2 網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)的對(duì)時(shí)回路結(jié)構(gòu)圖 2.2 SV 報(bào)文信息 SV 報(bào)文信息回路起始于互感器，經(jīng)由合并單元和交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)后，最終到達(dá)保護(hù)單元，如圖 3 所示，其中交換機(jī)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，不需要交換機(jī)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(bào)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(guò)串行口實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(shí)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(duì)時(shí)，同時(shí)也省去了交換機(jī)的環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，然而點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸方式將使傳輸介質(zhì)的使用量增加，對(duì)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單向廣播方式，所以通常也可以不使用交換機(jī)，由合并單元通過(guò)專(zhuān)用的線路與保護(hù)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(wèn)控制方法將造成傳輸延時(shí)的不確定，所以要求合并單元對(duì)發(fā)出的信息附以精確的時(shí)標(biāo)信息，這就要求外部的對(duì)時(shí)網(wǎng)絡(luò)對(duì)合并單元的時(shí)鐘進(jìn)行對(duì)時(shí)。 IEC 61850-9-2 報(bào)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，也可以采用交換機(jī)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(shí)的不固定，所以需 要同步對(duì)時(shí)。 2.3 GOOSE 報(bào)文信息 GOOSE 報(bào)文采用發(fā)布者 /訂閱者的方式，實(shí)現(xiàn)裝置間一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)數(shù)據(jù)的快速傳遞。在繼電保護(hù)系統(tǒng)中， GOOSE 報(bào)文一般作為跳合閘信號(hào)、開(kāi)關(guān)位置信息和閉鎖信號(hào)等信息的載體，在保護(hù)單元和智能終端之間傳輸，并最終達(dá)到控制斷路器的目的， 如圖 4 所示。 圖 4 GOOSE 報(bào)文信息回路結(jié)構(gòu)圖 與 SV 報(bào)文相同， GOOSE 可以采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式連接，也可以采用組網(wǎng)的方式。前者不需要交換機(jī)，但在每個(gè)保護(hù)單元和智能終端之間都要用專(zhuān)用 的光纖連接，后者更符合 IEC 61850 的標(biāo)準(zhǔn)和信息共享的原則，但在網(wǎng)絡(luò)流量過(guò)大時(shí)會(huì)對(duì)跳合閘的實(shí)時(shí)性產(chǎn)生影響，因此一般賦予 GOOSE 報(bào)文較高的優(yōu)先級(jí)，從而保證其可靠傳輸。 3 數(shù)字化繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性分析 如果將傳輸介質(zhì)看作節(jié)點(diǎn)間的線段，而其他元件看作節(jié)點(diǎn)，數(shù)字化繼電保護(hù)系統(tǒng)可以看作一個(gè)連通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，各類(lèi)信息回路的可靠性可以運(yùn)用最小路集法計(jì)算二端網(wǎng)絡(luò)連通率。 1）對(duì)時(shí)回路的可靠性計(jì)算。對(duì)于需要對(duì)時(shí)的合并單元、保護(hù)單元和智能終端等元件，只有對(duì)時(shí)回路保持連通，這些元件才有 可能正確工作，因此可以將對(duì)時(shí)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(hù)單元和智能終端的可靠度； 、 和 分別表示同步時(shí)鐘源分別到合并單元、保護(hù)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(duì)于圖 1 所示星型結(jié)構(gòu)的對(duì)時(shí)回路， L 只包括 1 條從同步時(shí)鐘源經(jīng)傳輸介質(zhì)到對(duì)時(shí)元件路徑，以合并單元為例此時(shí)的修正元件可靠度為 (4) 式中，、 和分別表示同步時(shí)鐘源、傳輸介質(zhì)和合并單元的可靠度。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)，由于有交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)的加入，對(duì)時(shí)回路拓?fù)浣Y(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(jì)算處理方法同式（ 1） 式（ 3）。 2） SV 回路和 GOOSE 回路的可靠性計(jì)算。這兩個(gè)回路的區(qū)別是待計(jì)算的二端網(wǎng)絡(luò)起始節(jié)點(diǎn)與終端節(jié)點(diǎn)不同，具體計(jì)算表達(dá)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(hù)單元和保護(hù)單元到斷路器的第 i 條最小路徑。 式（ 5）為一套保護(hù)對(duì)應(yīng)一個(gè)互感器的情況，當(dāng)一套保護(hù)對(duì)應(yīng) n 個(gè)互感器時(shí)，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(gè)互感器對(duì)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(hù)就能正常工作，此時(shí)應(yīng)為并聯(lián)關(guān)系，即 （ 8） 同樣，式（ 6）為一套保護(hù)對(duì)應(yīng)一個(gè)斷路器的情況，一般斷路器很少會(huì)進(jìn)行冗余配置，當(dāng)一套保護(hù)控制 n 臺(tái)斷路器時(shí)，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(gè)斷路器對(duì)應(yīng)的 GOOSE 回路的可靠性。 需注意的是，上述路集計(jì)算中，合并單元、保護(hù)單元和智能終端的可靠度要用式（ 1） 式（ 3）對(duì)時(shí)回路修正后的可靠度所代替。 3）系統(tǒng)整體可靠性計(jì)算。由于一套保護(hù)需要 SV 回路和 GOOSE 回路同時(shí)正常工作，因此對(duì)于繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性來(lái)說(shuō)兩者之間為串聯(lián)關(guān)系，由式（ 8）、式（ 9）得 (10) 式中，表示整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)保護(hù)單元冗余配置時(shí)，應(yīng)分別計(jì)算每套保護(hù) 對(duì)應(yīng)的 SV 回路和 GOOSE 回路的可靠性，最終各套保護(hù)之間并聯(lián)就是整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，即 (11) 式中，表示第 i 套保護(hù)對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)的可靠性。需再次強(qiáng)調(diào)的是，上述公式計(jì)算時(shí)，展開(kāi)后需按照布爾代數(shù)的運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行合并運(yùn)算，將相乘的相同項(xiàng)合并為一項(xiàng)，才能得到最終的繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性表達(dá)式，再代入相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算。 閱讀相關(guān)文檔 :廣州亞運(yùn)城某超高層樓盤(pán)建筑給排水設(shè)計(jì) 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