Автоматизированный анализ аварийных ситуаций в электрических системах

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Донецкий национальный технический университет

Автоматизированный анализ аварийных ситуаций в электрических системах

Заболотный И.П., д.т.н., доц.

Мишлаков Д.А., инж.

В статті розроблено систему, що дозволяє оцінювати протікання аварійної ситуації в електричній мережі на основі аналізу інформації від цифрових реєстраторів про роботу пристроїв релейного захисту, автоматики, вимикачів та про параметри попереднього і аварійного режиму; відображати аварійні ситуації за допомогою графічних зображень, що дозволяє додатково оцінити ефективність роботі пристроїв релейного захисту та стан приводів вимикачів; здійснювати імітаційне моделювання аварійної ситуації з урахуванням роботи пристроїв релейного захисту на основі баз знань, що описують їх роботу.

Ключеві слова: система, аналіз, аварійна ситуація, електрична мережа, цифровий реєстратор

The system is developed in the article, that allows to estimate flowing of emergency situation in an electric network on the basis of analysis of information digital recorders about work of devices of relay defense, automation, switches and about the parameters of the previous and emergency mode; to represent the situations of emergencies by graphic images, that allows additionally to estimate efficiency work of devices of relay defense and the state of occasions of switches; to carry out the imitation design of emergency situation taking into account work of devices of relay defense on the basis of bases of knowledge's which describe them a robot.

Key words: system, emergency situation, electric network, digital recorders

Введение

В последние годы в отечественной и зарубежной энергетике получили широкое распространение цифровые регистраторы аварийной информации. Данные об аварийных процессах используются в службах релейной защиты разного уровня управления, в диспетчерской службе и в службах, связанных с эксплуатацией основного оборудования [1-4]. Многоканальные регистраторы в основном являются автономными устройствами и поэтому на электроэнергетических объектах устанавливаются, в зависимости от сложности объекта, несколько регистраторов. Аварийный процесс может охватить одно или несколько присоединений одного объекта, несколько объектов и может быть в виде сложной системной аварии, охватывающей несколько подстанций и электростанций. Задача анализа еще более усложняется, если в качестве источников информации, даже на одной подстанции, используются данные от разнородных микропроцессорных устройств релейной защиты, регистраторов места повреждения на воздушных линиях, регистраторов качества электроэнергии, счетчиков электроэнергии и т.п.

Анализ предшествующих исследований. В настоящее время успешно решаются проблемы синхронизации съема информации, стыковки в единую систему разнородных источников информации, в качестве которых могут выступать микропроцессорные устройства отечественных и зарубежных фирм, создания специального комплекса программ, обеспечивающего удобный интерфейс для работы персонала разных служб: релейной, диспетчерской, административного персонала, других служб [1-5].

Следует отметить, что сложность анализа аварийных ситуаций связана не только с проблемами временной синхронизации и с необходимостью рассмотрения очень большого объема информации, но и с отсутствием механизма, обеспечивающего классификацию, кодирование аварийной информации, создание и адаптацию взаимосвязей между информационными объектами. Поэтому существующие системы анализа аварийных ситуаций обеспечивают хронологическое воспроизведение информации от разнородных источников с последующей классификацией информации согласно с условиями, оперативно формируемыми пользователями. В состав запросов поиска информации входят дата и время аварии, элемент с повреждением, вид и место повреждения. При этом глубина анализа ситуации в значительной мере определяется так называемым комментарием, который вносится при настройке регистратора для описания канала.

Отсутствие адаптируемой модели электроэнергетического объекта, включающей описание связей между источниками информации о возмущениях, состояниях отдельных органов устройств релейной защиты и противоаварийной автоматики (РЗА), командах управления, реакциях на команды не позволяет реализовать качественно новый уровень автоматизации анализа аварийной ситуации и реализовать в полной мере возможности аппаратного обеспечения.

Таким образом, автоматизация анализа аварийных ситуаций для обеспечения эффективной поддержки решений персонала электрических сетей является актуальной задачей.

Цель работы. Создать комплекс программно-технических средств (ПТК) для обеспечения интегрированной поддержки решений персонала, включая анализ работы устройств РЗА и состояние привода выключателей, моделирование работы РЗА в условиях задаваемых возмущений, визуальное воспроизведение ситуаций по информации от регистраторов с использованием виртуальных устройств релейной защиты (РЗ), экспериментальная проверка работы РЗА.

Материал и результаты исследований

На рис. 1 приведена структура ПТК

Отличительной чертой ПТК является наличие обратной связи между реальным устройством РЗА, симулятором электрической системы, данными регистраторов. Такая связь обеспечивает полную взаимозависимость между работой устройства и переходными процессами в электрической системе при любых сложных алгоритмах работы устройств РЗА/ПА (например, циклах АПВ, УРОВ и т.д.)

В состав комплекса входят:

- подсистема регистрации аварийных ситуаций (сети регистраторов с серверами данных);

- цифровой симулятор электрической системы для моделирования переходных процессов при нормальных и аварийных режимах ЭСС;

- информационная подсистема, включающая в себя базу данных (описание аварий, результаты анализа, нормативно-справочные данные, описания ЭЭС) и базу знаний [5];

- виртуальная лаборатория позволяет проводить измерения основных электрических величин во время эксперимента.

- устройство сопряжения - силовой блок, который преобразует слабые сигналы от компьютера в сигналы, соответствующие вторичным цепям энергосистемы.

Симулятор позволяет, как формировать оценки токов и напряжений в произвольных точках защищаемого электрической сети на основании токов и напряжений, измеренных регистраторами, так и определять параметры аварийного режима при задаваемых возмущениях.

На рис. 2 приведена информация по решению задачи визуализации аварийной ситуации. При решении задачи используется фрагмент графического изображения электрической сети, виртуальная модель (функционально-структурная схема) устройства РЗ.

.

На рис. 2 отражены типовые блоки виртуальной РЗ. При воспроизведении аварийной ситуации в блоках пуска и команд отражаются логические условия, текущие значения параметров и уставок. Дополнительно в блоке срабатывания формируется в графическом виде область срабатывания РЗ и точка, соответствующая зарегистрированным параметрам в аварийном режиме.

Отображение на графическом изображении последовательности событий с использованием данных и условий работы РЗ повышает эффективность анализа, так как совмещены имеющиеся дискретные сигналы о работе устройств РЗА и изменении состояния выключателя и логические условия с данными, описывающие функции отдельных частей РЗ.

Методика анализа информации реализует «элементарные факты» в виде последовательности с учетом действия восстановительной автоматики

({On }t-2 ; Yi -t-1 ; {Om }t , Yi t+1; {Omt+2}),

где {On }t-2 - есть множество распознанных или нераспознанных образов, описывающих состояние системы в момент времени t-2, Yi t-1 - есть действия в момент t-1, {Om }t - есть множество распознанных или нераспознанных образов, описывающих состояние системы в момент t, Yi t+1 - есть действия в момент t+1восстановительной автоматики, {Omt+2} - есть множество распознанных или нераспознанных образов, описывающих состояние системы в момент времени +-2.

При отсутствии восстановительной автоматики на элементе электроэнергетического объекта, или при наличии запрета на ее работу анализируется последовательность фактов в виде тройки

({On }t-2 ; Yi -t-1 ; {Om }t }),

Другими словами, такая тройка описывает импликацию «Состояние в момент t-2 » > «Действие в момент t-1 »>«Состояние в момент t ».

Авторами статьи разработана модель, отражающая связи между каналами регистраторов и источниками информации о состоянии отдельных элементов электроэнергетического объекта, пусках и срабатываниях устройств РЗА, а также с информацией, определяющей принадлежность, условия функционирования и зоны работы устройств РЗА.

С помощью описанных связей потоков информации выполняется разделение информации для последующего анализа на основе отмеченных элементарных фактов.

На рис. 3 приведен фрагмент концептуальной модели.

Информационные объекты связаны с помощью наращиваемых кодов объекта, присоединения, класса элемента, диспетчерских наименований. Так код элемента несет информацию как о присоединении, на котором установлено оборудование или устройства, так и объекте. Номера каналов регистратора связаны через диспетчерские наименования с конкретным оборудованием и устройствами. Таким образом, обеспечивается описание связей между каналами регистратора - источниками командами - реакциями объектов на команды.

Некоторые элементы описаны в виде совокупности информационных объектов. Так, например сущность «Релейная защита» состоит из шести информационных объектов, отражающих структурные и функциональные свойства устройств. автоматика программный аварийный электрический

Интерфейс пользователя включает в себя:

- «классификатор» сигналов каналов, который позволяет адаптировать информационную модель под настройку регистратора и представлять текущую информацию в каналах регистраторов о наличии или отсутствии сигнала в виде технологического сообщения типа «Пуск РЗ», «Срабатывание РЗ», « Возврат РЗ», и т.д.;

- «построитель связей», который в простейшем варианте определяет вид источника сигнала и принадлежность его к группе (основная РЗ, резервная РЗ, ПА, УРОВ и т.д).

На рис. 2-3 представлены фрагменты, используемые при реализации процедур подсистема анализа аварийных ситуаций:

- создание описания конфигурации для цифрового регистратора на основании использования классификатора;

- представление специализированных сообщений регистратора в форме, эффективной для последующего анализа;

- модификация баз знаний: набора логических правил, мнемосхем со структурно-функциональными схемами устройств РЗА под состав видов РЗА и источников информации, подключенных к каналам регистратора.

Для создания сущности «Конфигурация регистратора» используются таблицы-справочники с условно постоянной информацией и таблицы- справочники с информацией об отдельных элементах (экземплярах) классов, входящих в таблицы-справочники с условно постоянной информацией.

Содержимое сущности «Справочники» - обобщенные данные об объектах установки и наблюдения, источниках сигналов.

Содержимое сущности «Диспетчерские коды» это информация, связывающая идентификаторы каналов регистратора с идентификаторами источников сигналов.

Тезаурус представляет собой словарь - справочник с введенными парадигматическими отношениями в форме ассоциативных связей. Ассоциативные связи устанавливают соответствие между изменениями сигнала в канале записи дискретной информации регистратора и положением коммутирующих устройств и устройств РЗА

Логическая модель построена на следующих утверждениях:

1. Локальный объект может быть представлен в виде элементов электрической системы: генератор, трансформатор, линия, сборные шины и т.д. с типовым набором средств релейной защиты (РЗ) с учетом резервирования и противоаварийной автоматики (ПА)

i: 1 i NRZj: RZiMRZj,

k: 1 k : MPAj,

где i - номер РЗ, k - номер ПА на элементе j локального объекта электрической системы, RZi - i тая РЗ, PAk - k тая ПА, которые работают при повреждениях на j элементе, MRZj - подмножество, включающее РЗ элемента объекта, MPAj - подмножество, включающее ПА воздействующую на элемент объекта, NRZj - количество РЗ на j элементе, NPAj - количество видов ПА, которые могут воздействовать на j элемент.

2. Регистрируемая информация (дискретная и аналоговая) группируется по элементам, а затем для каждого элемента по видам типовых средств РЗ и ПА, источникам сигналов (РЗ, ПА, ключи управления, системы управления выключателями и т.д.), выполняемым действиям (отключение, включение, запрет, формирование логической части команды) при настройке системы сбора и всяком изменении ее конфигурации, а также при изменении топологии локального объекта ЭЭС.

3. Описание команд РЗ и ПА на основе информации о элементах конкретного объекта, содержащейся в графической (схемы соединений текущего режима работы, схемы РЗ и ПА) и символьной частях базы данных.

4. Обобщение структурно-функционального представления релейной защиты (рис. 1) для создания типовых баз знаний, содержащих описание причинно-следственных зависимостей возможных состояний (гипотез состояний) элемента на основе регистрируемой информации. При этом наличие информации о выполнении одной из NК команд каждой РЗ элемента локального объекта ЭЭС описываются предикатами на основе кванторов всеобщности и существования

i: 1 i NRZj: RZiMRZj m: 1mNК :SРRZi=1.

5. РЗ должна действовать при КЗ в защищаемой зоне; зона действия соответствующей РЗ зависит от места установки питающих ее ТТ и ТН. Зоны действия: дифференциальная РЗ - между питающими ее токовыми цепями ТТ; дистанционная РЗ - места установки ТТ и ТН и уставками реле сопротивления.

6. Количество выключателей (один, два), на которые воздействует РЗ элемента зависит от типа распределительного устройства вида элемента: линия, шины, трансформатор.

7. В случае срабатывания одной или нескольких резервных защит делается предположение об отказе быстродействующих защит. При наличии включенного выключателя, на который были поданы отключающие команды, он предполагается отказавшим. Ниже приведены определяющие части формул, выражающих аксиомы теории, для выявления

- отказов в работе РЗ на основе сопоставления информации о пуске (SПRZ) и срабатывании (SРRZ) РЗ

SПRZ=1SРRZ=0SРПО=0IКЗ0;

- отказов выключателей на основе сопоставления о срабатывании, РЗ изменении состояния выключателя (SРПО) и токе короткого замыкания

SРRZ=1SРПО=0IКЗ0;

- ложных срабатываний РЗ на основании информации срабатывания РЗ, изменении состояния выключателя при отсутствии информации от пускового органа РЗ

SПRZ=0SРRZ=1SРПО=1;

- самопроизвольном отключении выключателя при отсутствии информации от пускового органа и органа срабатывания РЗ и наличии сигнала о отключении выключателя

SПRZ=0SРRZ=0SРПО=1;

8. Определение элемента (элементов) с повреждением выполняется на основе цифровой обработки аналоговых сигналов в течение длительности короткого замыкания с последующим уточнением на основе дискретных сигналов. Устройства РЗА, как правило, взаимодействуют между собой и воздействуют на выключатели, т.е. изменяют состояние объекта и поэтому они должны моделироваться для всего объекта при каждом шаге дискретизации.

Вывод

1. Основное назначение разработанного ПТК - получение объективной информации о работоспособности устройств РЗА на основе анализа информации от цифровых регистраторов и имитационного моделирования.

2. Отображение на графическом изображении последовательности событий с использованием данных и условий работы РЗ повышает эффективность анализа.

Библиографические данные

1. Kezunovic M., Fromen C.W. An Expert System for Transmission Substation Event Analysis. - IEEE Transactions on Power Delivery, October 1993. - Vol. 8, No. 4. - Р. 121-128.

2. Kezunovic M., Rikalo I. Detect and Classify Faults Using Neural Nets. - IEEE Computer Applications in Power, October 1996. - Р. 58-64.

3. Dalstein Th., Kulicke B. Neural Network Approach to Fault Classification for High Speed Protective Relaying. - IEEE Transactions on Power Delivery, April 1995. - Vol. 10, No. 2. - Р. 75-81.

4. Деведжиев В.А. Диспетчерское сообщение цифровых регистраторов. - 2002. // http:// www.cdu.electra.ru //rza/material/devcdgiev.htm

5. Заболотный И.П., Сазонов В.В. Экспертная система анализа аварийных ситуаций в электрических системах // Збірник наукових праць Донецького національного технічного університету. Серія: Електротехніка і енергетика. - Донецьк: ДонНТУ. - 2002. - Вип. 50.- С. 165-171.

Размещено на Allbest.ru