保护方案（精选12篇）
保护方案 篇1
0 引言
随着智能电网建设的不断推进,IEC61850标准[1]在实际工程中的应用也不断深入。智能变电站内的信息全部数字化,信息传递实现网络化,通信模型达到标准化,使各种设备和功能共享统一的信息平台。由于采用了过程层网络传输采样值,因此出现了采样同步的问题。现有智能变电站通常采用全站GPS时钟源同步方案或插值(重采样)同步方案[2],2种方案应用的环境和硬件实现是完全不同的。
对变电站集中式保护的研究在国内开展不多[3]。文献[4]提出了一种基于IEC61850标准的集中式智能设备方案,在1台集中式智能设备上实现多台智能设备所完成的功能。文献[5]提出了集中式保护原理、集中式保护的硬件系统构成、对象建模以及保护功能的实现。从工程应用的角度看,目前采用基于IEC61850标准的集中式保护测控系统的例子不多。
营口供电公司220 k V大石桥变电站是营口地区重要的枢纽变电站,所进行的全站数字化改造首次将不同保护测控功能集成在数台物理装置中,大幅减少了屏柜个数、小室和主控室的占地面积、二次电缆及光缆数量,具有很好的经济效益。本文将着重论述母线保护在集中式保护测控系统中的实现方案。
1 集中式保护测控系统总体方案
大石桥变电站数字化改造采用基于IEC61850标准的集中式保护测控系统。整个保护测控系统完全双重化配置,保证了在一套系统故障或停用的情况下被保护设备不失去保护,发生故障时系统能够可靠动作。系统构架为标准的3层网络结构[6],即过程层、间隔层和站控层,联系这3层的是过程层网络和站控层网络。过程层采用纯光学互感器,并采用基于IEC61850-9-2[7]的模拟量网络传输方式和基于GOOSE的开关量网络传输方式。过程层GOOSE/SV合并组网。不同电压等级独立组网,采用独立双网结构。间隔层一体化设计,采用南京南瑞继保电气有限公司研制的集中式保护测控系统,每套系统为:2台PCS-931线路保护测控装置及1台PCS-978元件保护测控装置共同完成220 k V全部保护测控功能;4台PCS-951线路保护测控装置共同完成66 k V全部保护测控功能。站控层制造报文规范(MMS)独立组网。二次系统网络图如图1所示。
以220 k V系统为例,母线保护与主变保护集中设置于PCS-978元件保护测控装置中,母线保护和主变保护通过装置内部高速总线共享数据接口插件从采样值(SV)网络接收到的主变间隔数据(虽然母线保护和主变保护置于同一台物理装置中,但分别由独立的DSP处理插件实现,只共享机箱内的数据总线和接口插件,最大限度地避免了相互影响)。线路间隔的数据由线路保护装置的数据接口插件通过采样网络接收并处理后,再通过专用光纤发送到PCS-978元件保护测控装置的数据接口插件用于母线保护。母线差动保护涉及多个间隔的采样,采用该方法达到了信息共享的目的,减少了网络流量和网络设备投资,充分发挥了过程层网络通信方式的优越性。同时由于全站采用了双重化配置的系统结构,虽然保护集成度高,但能保证系统的可靠性。
系统基于数字化采样和网络传输,多个间隔采样数据的同步是母线保护需要解决的核心问题,主要体现在2个方面。一方面,IEC61850-9-2网络传输方式要求各合并单元(MU)与保护装置同步[8],需通过外接GPS同步时钟源实现;另一方面,由于合并单元发送4 k Hz采样率的数据,而保护计算的传统采样率为1.2 k Hz,因此需要进行重采样;母线保护装置只进行主变间隔数据的重采样,线路保护装置进行线路间隔数据的重采样并发送给母线保护,这就要求母线保护、线路保护装置的重采样时刻同步,该同步需通过母线保护发送主同步中断信号给各线路保护装置实现。
2 母线保护同步方案
2.1 MU与保护装置采样同步
大石桥变电站过程层采样采用IEC61850-9-2组网方式。从MU采样发生至装置接收到该采样报文并打上时标的过程中,会产生1个时间延迟,如下:
其中,TMU,delay为从MU发生采样到将该报文发送到网络上经历的延迟,该延迟与合并器的实现原理、报文处理方式(如使用中断、操作系统发送)等有关,具有很大的不确定性;TNet,delay为报文在交换机中转发的延时,包含固定延迟(即发送需要的时间,很小,可忽略不计)和不固定延迟(由于网上有报文发送,需要等待发送的时间);TTag,delay为打时标的时间延迟。因为装置使用了查询的方式,只能将进入查询功能时的时刻假定为报文的到达时刻TTag,该时刻始终晚于装置实际收到报文的时刻TRx,则TTag,delay=TTag-TRx。
由此可见,采样数据从合并单元到保护装置的延时是不确定的[9],解决方案是给合并单元和保护装置接入GPS同步时钟[10]。采样数据通过远方模块发送到合并单元后,合并单元根据接入的GPS同步信号,刷新IEC61850-9-2采样数据帧中的采样计数器(相当于给每一帧采样数据分配一个时间序号,4 k Hz采样率下序号范围从0至3 999)。保护装置经网络获得各个间隔的采样数据后,根据数据帧中的采样计数和采样时间间隔(接入GPS同步后采样时间间隔是固定的)来计算每一帧数据的采样时刻,采样时刻等于初始时刻加上采样计数与采样间隔的乘积。GPS同步保证了不同装置的初始时刻和采样间隔都是相同的,因此所有数据采样时刻的计算是在同一个时间坐标下进行的。每一次保护进行重采样都使用采样时刻相同的数据帧,保证了保护接收MU采样数据的同步性。数据的网络延时对保护的动作行为影响不大,但如果太大可能导致保护动作的速度较慢,一般要求控制在2个采样时间间隔之内。
对时系统采用冗余双网结构,2套对时装置间互相发送对时信号,如图2所示。当其中1套对时装置失去卫星信号后,通过交互信息,可以迅速把另一套装置的卫星信号切换过来,保证在只有1套卫星信号时2套对时系统仍能正常工作。
值得指出的是,虽然GPS对时的时钟源来自卫星信号,但是由于对时装置本身具有守时功能[11],因此,即使对时装置失去所有卫星信号,仍然能够保证为全站提供对时脉冲,对母线保护没有影响。
2.2 母线保护与线路保护装置间同步
由于MU送到保护装置的数据采样率为4 k Hz,而保护计算使用的采样率为1.2 k Hz,因此保护在从SV网络上获得经过GPS同步的数据后,将通过重采样把4 k Hz的数据插值成1.2 k Hz的数据[12]。对母线保护而言,主变间隔的重采样在本装置中完成,其余间隔的重采样在线路保护装置的数据接口插件中完成,因此必须保证母线保护和所有线路保护装置的重采样时刻是同步的。
利用现场可编程门阵列(FPGA)技术可以实现在光纤链路层锁定数据时标[13],即自动记录数据的到达时刻。母线保护正是利用该技术实现了多装置间的高精度同步。母线保护插件在每个中断发出同步数据信号,其他线路保护装置根据母线保护下发数据的到达时刻以及通道延时推算出母线保护的中断时刻,以此调整各自的重采样中断时刻进行跟踪。母线保护同时向各线路保护装置下发同步数据帧,最终各线路保护装置就能够和母线保护在同一时刻重采样。同步方案如图3所示。
母线保护发出同步信号,通过光纤接至同电压等级的其他线路保护装置的数据接口插件,相应装置按母线保护发出的同步信号进行中断同步,同时从该插件通过光纤发出本装置重采样后的数据,供母线保护使用。
另外,为了防止母线装置异常或重启影响其他线路保护装置正常运行,线路保护装置中的同步插件始终监视母线同步信号的正确性,一旦同步信号异常立即报警,并向母线保护装置发出同步异常信号以及时闭锁差动保护,此时不会根据异常的同步信号调整采样时刻;而在母线保护装置重启过程中,各线路保护装置中的同步插件根据母线保护的同步信号逐步调整采样中断时刻,一方面保证线路保护的采样中断始终等间隔,另一方面在1~2 s内各装置就会自动进入同步,保证母线保护进入正常运行状态。
3 动模试验
为了验证该方案,在南京南瑞继保电气有限公司进行了动模试验。
系统主接线如图4所示。
保护配置为:1台PCS-978集中式保护完成主变保护及母线保护功能,1台PCS-931集中式保护完成2条线路保护及母联保护功能。采样数据通过MU送到保护装置;对侧按现场实际应用情况配置2台PCS-931线路纵差保护。
图5为Ⅰ母区内A相故障时的录波,最上面6个波形为保护的动作情况,由上至下分别为总起动、差动跳母联、变化量差动跳Ⅰ母、稳态量差动跳Ⅰ母、变化量差动跳Ⅱ母、稳态量差动跳Ⅱ母。录波显示母差保护4 ms动作。
图6为母线区外故障时的录波,最上面6个波形与图5中最上面6个波形的含义相同。可以看出,此时母线基本无差流,录波显示母线保护在区外故障时未发生误动作。
实验结果表明所提同步方案的精度非常高,通过示波器实测的重采样同步跟踪误差小于5μs,与理论分析一致。因此误差所带来的影响对保护而言是很小的。
4 结语
针对集中式保护的特点,提出了一种母线保护同步方案。该方案在保证系统稳定可靠的前提下提高了数据共享度,节约了设备和占地投资,在智能化变电站的建设过程中不失为一种有益的尝试。需要指出的是,该集中式保护测控系统存在保护装置依赖于外部GPS同步的缺点,还有待解决。
保护方案 篇2
一、工程概况
1、建设概况：丹徒新城恒顺大道改造工程位于宜城大道以东，G312以西区域，整体呈东西向。路线起于与宜城大道交叉，向东南方向延伸，下穿S86镇江支线后，往东止于园区二路（盛园路）交叉，路线全长3328.911m。道路等级为城市次干路，规划红线宽度50m，设计速度为50km/h。
2、本工程由丹徒新区市政建设工程公司投资建设，南京先行交通工程设计有限公司设计，江苏中源工程管理股份有限公司监理，江苏省苏铁建设集团有限公司组织施工。
二、施工土地保护措施
为切实加强工程施工中的生态环境保护，防止生态破坏和环境污染，保护和改善建筑工程周边的生态环境，营造工程与周边环境相互协调，结合本工程建设与环境保护工作实际，达到文明施工、重视环保，保护环境,特制定施工环保方案： 1．土地补偿恢复措施
（1）尽量减少施工期临时占地，合理安排施工进度，缩短临时占地使用时间。
（2）各种临时占地在工程完成后应尽快进行植被及耕地的恢复，做到边使用，边平整，边绿化，边复耕。
（3）使用荒地或其他闲散地时也应及时清理整治、恢复植被，防止土壤侵蚀。2．取、弃土场的生态保护措施
根据前面生态环境影响中对取、弃土场的分析，取、弃土场的设置对当地生态环境、基本农田的保护和水土保持有着重要作用，为避免或尽量减少工程对取、弃土场的不利影响，建议工程施工中采取以下措施：
（1）工程建设所需要的取土场必须取得国家和当地政府的批准文件，严格禁止非法取土和随意弃土，以免对国有土地资源造成损失。（2）在取土前，应做到把20～30cm厚的耕地表土推至一边堆放储存，待取土结束后平整土地时回归耕层表土，规模较大的取、弃土场施工期间应采取一定的防护措施（如挡土墙、排水沟等）防治水土流失。
（3）如对现有取土场进行深挖取土时，要结合当地现状决定取土深度，以避免难于恢复的情况发生，取土后应及时复耕，以补偿取土时造成的耕地损失。
（4）对于采取恢复措施后由于地势关系（如过深或坡度过大）不能种植普通作物的取、弃土场。3.防治水土流失措施
（1）开挖过程中，应采用平台式阶梯状取土施工法，严禁沿坡随意开挖取土。
（2）在在填挖过程中，尽量保持周围植被不被破坏，在工程建设的同时，抓紧界内的植被恢复。
（3）工程施工时，尽量做到随挖、随运、随铺、随压，以减少施工阶段的水土流失。
（4）工程施工中应做好综合排水设计。4.其他生态环境保护措施
（1）减少施工作业区内的草地、灌木丛的破坏，施工营地不设在林地，教育施工人员不毁林，不损坏工地以外的地表植被。
（2）对沿线自然水流形态予以保护，应保证不淤、不堵、不漏，不留工程隐患，不得堵塞、隔阻自然水流。做好施工组织设计，保证施工期间的自然水流形态，施工便道设置必要的过水构造物，跨河便道宜设置便桥，工程完成后予以拆除，季节性河流河床内施工便道不宜高出原地面，以避免雨季影响泄洪。施工时不得压缩河道原宽度。（3）跨越河、沟、渠的桥梁原则上不得改变水流的主流方向，施工时保证泄洪能力，墩台施工后开挖部分应回填至原地面线，过水涵洞应及时清淤，以保障灌溉水系的畅通，可与河渠清淤同步进行。
三、植被及土地资源保护
土地是最基本的资源，是不可替代的生产要素。是矿产储存所；是人类生存的的必被条件。对土地资源的开发、利用与保护是经济发展的前提。在工程建设中对土地资源的合理利用与保护主要体现在以下几个方面：
1．尽量减少工程施工过程中对土地资源的永久性占有与利用，对于设计存在的部分占地进行调查与分析，提出合理化建议与改进措施。
2．对于施工期间内临时用地（包括施工便道、施工占地等）在工程施工完成后要复耕。
3．工程施工期间对道路两侧的农田要采取相关措施予以保护，部分影响严重的土地要进行改良。
方正笔迹版权保护解决方案 篇3
法律上笔迹鉴定是根据人的书写技能习惯特征在书写的字迹与绘画中的反映，来鉴别书写人的专门技术。主要任务是通过笔迹的同一认定检验，证明文件物证上的笔迹是否为同一人的笔迹，证明文件物证上的笔迹是否为某嫌疑人的笔迹。笔迹鉴定不仅能检验正常笔迹，还可以检验书写条件（包括书写姿势，书写工具、衬垫物等）变化笔迹、故意伪装笔迹（包括左手笔迹，尺划笔迹），摹仿笔迹和绘画笔迹。在同一人用同一支笔书写时，也可以用笔痕特征充分认定书写人的根据。
如唐代的孙过廷在<书谱>中说：“质直者则径庭不道；刚很者不倔强无间：矜敛者弊于拘束；脱易者失于规矩；温柔者伤于软缓；躁勇者过于剽迫；孤疑者溺于滞涩；迟重者终于蹇钝；轻琐者染于俗吏。”论述了不同人、不同心理、不同阅历特征反映了不同的笔迹特征。而方正笔迹版权保护系统利用的就是不同人书写出不同笔迹的原理去鉴定印刷物的版权真伪，其技术结合笔迹鉴定学总的九大笔迹特征，并依靠方正字库国际领先的汉字处理技术能力和亿元级加密技术完成。
笔迹鉴定学总的九大笔迹特征：①概貌特征；②局部安排特征；⑤写法特征；④错别字特征；⑤搭配比例特征；⑥笔顺特征；⑦运笔特征；⑧笔痕特征；⑨书面语言特征极其应用等。
方正笔迹版权保护解决方案实施过程和核心技术
方正笔迹版权保护系统由3部分组成：印刷品电子文件笔迹内嵌部分、印刷品电子文件加密发布部分和印刷品笔迹鉴定部分。
1 印刷物电子文件笔迹内嵌部分
出版社图书库中印刷品普通的电子PDF文件进入方正笔迹版权保护系统印刷品电子文件笔迹内嵌部分。印刷品电子文件笔迹内嵌部分核心原理是方正字库依靠国际领先的汉字处理技术能力将笔迹鉴定学总的九大笔迹特征：①概貌特征；②局部安排特征；③写法特征；④错别字特征；⑤搭配比例特征；⑥笔顺特征；⑦运笔特征；⑧笔痕特征；⑨书面语言特征及其应用等，形成以数量亿亿为单位的数字编码，将用于版权保护鉴定的信息内嵌到PDF文字中，并形成准备下发的一次加密电子PDF文件。
2 印刷品电子文件加密发布部分
印刷品电子文件加密发布部分是将上个环节形成的一次加密电子PDF文件进行二次加密。二次加密是将印刷单位的方正畅流数字化工作流程和输出設备等信息进行唯一授权后，通过方正电子胶片系统下发到印刷单位的印制库中。对于被授权的印刷单位，方正畅流数字化工作流程将两次加密内容解密，形成授权输出设备可以接受的印刷点阵数据流传输到唯一授权的输出设备完成制版，完成制版之后会方正畅流数字化工作流程会将印刷点阵数据自动删除。印刷品电子文件加密发布部分好处是即使二次加密电子PDF文件被非法截获，也无法解密达到制版输出的目的。
3 印刷品笔迹鉴定部分
印刷品笔迹鉴定部分是当对市场上的印刷品需要版权真伪的鉴定时，可以将印刷品数字化后进行鉴定，根据印刷品内嵌的以数量亿亿为单位数字编码进行矩阵计算最终将接受鉴定的印刷品携带的笔迹内容呈现，判断其真伪。
地下管线悬吊保护方案 篇4
这里以地铁二号线景田站车站为例, 景田站位于景田路与莲花路的交叉口, 二号线车站沿莲花路布置, 大致呈东西走向, 车站总长386.264 m。车站主体围护结构采用800 mm厚地下连续墙, 基坑内支撑主要采用ϕ609 mm的Q235钢管支撑, 壁厚t=16 mm。支撑水平间距一般按3 m考虑, 竖向按4道支撑设置。钢支撑间距密、跨度大、强度高、工程量大。
2 工程施工对原有地下管线的保护方法
根据设计图纸提供的资料, 施工现场地下埋有各种地下管线。经设计人员分类, 部分管线由业主安排迁移, 部分管线是要求施工单位在施工过程中进行保护处理的。其中有排水管、电信电缆、电力电缆等, 这些管线是重要的市政设施, 必须妥善进行保护。
1)
管线拆迁应首先保证管道的使用功能不受影响并符合城市的总体规划、尽量考虑永临结合, 同时紧密结合车站的施工组织计划。
2) 排水管道。
影响主体结构施工的管线主要是景田路有一根ϕ1 500混凝土雨水管, 跨度21 m, 和车站正交。具体的迁改方案是:由于跨度不大, 因此不再迁改而采用托护支护, 同时将混凝土管或铸铁管换成钢管。
3) 通信管线。
影响主体结构施工的通信管线主要是横跨主体结构的分支管线, 另外还有部分通信管线与Ⅲ号、Ⅳ号出入口交叉, 均不迁改而采用悬吊、托护。在加固和悬吊施工时, 要确保通信线缆和管道的安全。
4) 电力管线。
景田路110 kV电力管线主要影响主体的施工, 跨度28 m采用钢支架托护。
3 管线保护施工要点
1) 正式开工前可以进行四方面工作。
a.认真研究设计图纸提供的资料;
b.积极主动走访有关职能部门, 尽可能收集有关管线的资料;
c.派专人对施工现场地下管线进行勘测调查;
d.根据前三步工作的成果, 比较精确地绘出有关管线图纸, 作为施工中管线迁拆或保护的依据。
2) 图纸中显示须进行迁拆的管线, 进场后应主动配合有关部门尽快进行迁拆。
3) 对于仍须保留的地下管线, 我公司制定了详细的管线保护方案, 并切实予以执行, 保证施工期间管线的加固和悬吊的安全和正常使用。
4) 对于原来有混凝土井道保护的电力或通信管线, 悬吊时, 在有关部门同意和协助下将混凝土井道拆除, 换以合适尺寸的管材, 将原有电缆集结成束, 并妥善保护电缆后方能进行悬吊。
5) 基坑支护及基坑土方开挖施工前, 使用管线探测仪, 仔细对施工位置进行探测, 然后再进行基坑施工。
6) 若经探测, 发现有未明管线在施工场地内通过时, 应及时向监理和业主报告情况, 并会同业主、设计单位及管线权属部门共同研究处理办法, 尽量不影响施工进度的正常进行。
4 地下管线的悬吊、顶托方案
1) 施工说明。
管线迁拆应首先保证管道的使用功能不受影响并符合城市的总体规划、尽量考虑永临结合, 同时紧密结合车站的施工组织计划。
影响主体结构施工的通信管线主要是横跨主体结构的分支管线, 均不迁改而采用悬吊、托护。
对通信、电力、排水等城市主干管, 采用悬吊托护或支架支护时, 采取有效措施, 确保万无一失。
2) 悬吊方法。
根据现有图纸及资料, 我公司将横穿主体结构雨水管和横穿主体结构110 kV电力管线列为重点保护管线。考虑到我公司将在本工程实施的基坑支护方案, DN1 500雨水管采用三排单层加强型贝雷梁, 中间采用ϕ16钢筋吊带悬吊;景田路110 kV电缆采用单排单层贝雷梁悬吊保护;通信光缆采用Ⅰ25a工字钢进行悬吊保护。基坑支护的地下连续墙作为钢梁的支座, 并嵌固在冠梁上。
3) 材料。
贝雷梁:选用Ⅰ25a工字钢。
焊缝:选用E43型焊条。采用角焊缝, 焊缝高度为10 mm。
管线支架:选用L50, L80角钢。
钢箍:选用Φ16钢筋制作。
4) 施工方法及施工措施。
由于管线的标高均位于支护坡顶以下, 施工时, 基本拟定为使用贝雷梁及钢制支架悬吊管线。
土方开挖至管线底标高时开始安装钢梁和进行管线悬吊。
工字形钢梁与地下连续墙的连接做法:利用地下连续墙预留的钢板和钢筋, 钢板、钢筋与工字钢梁焊接固定后, 在桩顶处浇捣混凝土压顶梁。对于南北走向的通信电缆, 在工字形钢梁上, 沿管线走向按3 m的间距设置钢支架固定悬吊管线。
因管线改移时凿除连续墙, 使雨水管及电缆下形成通道, 泥浆及废渣将会从此通道流入主体基坑, 因此需将此通道封堵, 拟采用钢筋网喷锚进行处理。
主体结构完成后, 进行基坑土方回填, 管底土方必须保证达到设计要求的密实度, 水管下土方回填至管底1 m处, 在管两侧支模施工C15混凝土底座, 宽1.2 m, 高1.5 m, 混凝土浇筑至管底, 与管底1.2 m范围密贴, 待混凝土强度达70%以上时, 拆除悬吊拉杆, 拆除时随时观察混凝土底座的变形, 如有异常, 立即停止, 分析原因后再进行处理。管侧回填时应加强对水管的保护, 2 m范围内采用人工夯填。
5施工监测
为了确保管线在施工期间的正常安全使用, 监控网络必须根据每个施工步骤可能对管线造成的变形进行布置。采用信息化施工技术, 以信息指导施工, 施工过程中对每个环节的监测数据进行采集、分析, 发现问题及时提出, 并对有关参数进行修正。
在施工过程中对地下连续墙变形及水管的沉降情况进行严密监测。
施工前, 要求对基坑范围外的地表情况用图表和照片正确记录。另外, 在施工过程中必须进行监测, 进行信息化施工, 以便确保安全和质量。
6结语
环境保护方案 篇5
中能东道新能源汽车产业园项目
环 境 保 护 管 理 方 案
2017年5月
安全部
环境保护管理方案
1.编制依据
（1）.《安全生产法》、《环境保护法》、《环境影响评价法》、《建设项目环境保护管理条例》等国家法律法规。
（2）.《长春市建筑管理条例》、《长春市房屋建筑和市政基础设施工程现场和文明施工标准》、《长春市环境管理条例》、《严格控制主城区建筑施工扬尘污染暂行工作方案》等与环保相关的标准规范及地方法规、规章。（3）.本工程施工组织设计、施工现场勘查、施工总体平面图等。2.工程概况
新能源汽车产业园项目位于长春市长德新区德贤路以北德隆街以东。占地面积860000平方米，建筑面积420000平方米。其中冲压车间建筑面积53449平方米、高21米。焊装车间建筑面积74481.97平方米、高13.8米。涂装车间建筑面积47412.24 m2、高23.83米。总装车间128062平方米、高13.8米。均为独立基础、以钢结构为主.3.环境保护目标及保证体系（1）.环境保护目标认真落实有关环境保护工作的具体要求，树立全员环保意识，采取有效措施，控制对大气、对水污染及噪音、废弃物污染，合理使用自然资源，最大限度地减少对环境的污染和影响，各种污染物达标排放，节能降耗，保持水土，杜绝环境污染、水土流失事故的发生，营造文明、和谐、安全、环保的施工环境。环境保护目标：噪声排放达标；生产及生活污水达标；现场无扬尘运输无遗洒；减少夜间光污染；减少油品化学品等泄漏，防止火灾爆炸事故；节约用水、节约纸张保护资源。
（2）.环境保护方针环境方针：保护环境，节能增效，建造美好家园。
（3）.环境保护保证体系，组织机构。为保证现场的环境达到标准，特成立现场环保领导小组，负责本工程环保工作环保小组成员和履行责任如下：
组
长： 张广有
副组长： 郑大发
成员： 韩从波
高 明
葛福久
组长主要职责认真学习环境保护的各项法律、法规，不断强化环境保护意识；掌握施工区域环境保护方面存在的漏洞，制定措施，及时解决；建立健全环境保护组织、制度，经常督促、检查工程项目的环保工作，根据集团公司的环境方针制订项目环境目标。
副组长：认真学习环境保护的各项法律、法规，不断强化环境保护意识；完善环境保护管理制度；督促各管理部门对环保制度的实施；执行项目部的环境方针和环保制度，切实做好环境保护工作。
组员：主要负责现场处理污染，组织人员、机械进行清理和恢复主要负责后勤保障工作，包括人员、资金、通信以及交通、处置工具的配备和准备。（4）.环境保护保证体系环境保护是我国的一项基本国策，项目部必须遵守国家和地方有关环境保护的法令，在施工过程中采取有效措施对施工现场的环境进行保护。项目经理是环保工作第一责任人，领导环境保护领导小组并以此为中心，有效监控施工行为，确保环境保护方针的贯彻。同时，项目部规定，现场技术员为兼职环保员，施工工区（班组）负责人为环保负责人，项目部与之签订环保工作责任书。这样一来，项目部把环境保护工作层层分解并落实到施工工区、班组和个人，建立起懂行善管的环境保护保证体系，进行自我监控和管理，以确保环境保护目标的实现。
4.环境影响概述及环保计划
（1）.环境影响概:述本工程环境影响有以下特点：工程周边基本居民较少，施工期间大气及噪声污染对周边居民基本不产生影响，主要影响于施工人员；水环境污染对周边农田的影响也不大，因此环境保护的重点是防止对当地生态环境的保护，（2）本单位将严格按照国家《环境保护法》、地方法规和行业、企业要求及本工程相关环保要求进行污染防治，并加强监督管理，使本工程施工对周边环境的影响限制在最低限度。
（3）环保计划：认真学习和贯彻国家、北京市及局总部的有关环保的法令、法规和条例，达到并超过北京市市级文明工地施工现场的要求。积极全面地开展环保工作，成立环保领导小组，健全环境保障体系和环境保护信息网络，并保持运行。
加强环境保护工作的宣传力度，提高全员环保意识。现场采取图片、表扬、评优、奖励等多种形式进行环境保护的宣传，并将环保知识的普及工作落实到每位施工人员的身上。
对上岗的施工人员实行环保达标上岗考试制度，达到凡是上岗人员均通过环保考试。
现场建立环保义务监督岗位制度，保证及时反馈信息，对环保做得不周之处及时提出整改方案，积极改进并完善环保措施。
根据现场实际情况组织有关技术人员进行环保革新发明，并注意及时宣传推广。(4)每月进行三次环保噪声检查，发现问题及时解决。实行奖罚、曝光制度，定期奖励。严格按照施工组织设计中的环境保护措施开展工作，其针对性和可操作性要强。
5.主要污染源分析
(1)大气环境污染源及污染物施工现场砂石料扬尘；运输车辆的二次扬尘；作业机械车辆尾气排放；电弧焊时产生的光污染。
(2)水环境污染源及污染物.施工区域：钻孔灌注桩施工过程中的钻渣、泥浆和废水；砼养生用水；施工机械（如钻机、空压机等）的废油料及润滑油；机动车辆的废油料等
(3)生活宿舍区：生活污水及粪便污水；冲洗机械车辆的油污水；场地的洒水、冲洗污水等。
(4)噪声污染源施工机械设备，材料加工设备，振捣机械，空压机和柴油发电机组；吊车、挖掘机、砼运输车、钻孔机、其他运输车辆等。
(5)固体废弃物施工中固体废弃物主要为施工弃土弃渣、钢筋焊接尤其采用双面电弧焊所剩余的焊条头，模板填充缝隙的胶性材料、泡沫材料等，包装材料、砼养生的薄膜塑料布，施工人员日常生活垃圾。6.环境保护管理制度
（1）坚决执行和贯彻国家和地方有关环境保护的法律、法规，杜绝环境污染和扰民。
（2）项目部成立环境保护领导小组，负责本工程的环保工作。
（3）施工现场必须设置“五图二牌”，并严格按施工总平面布置图安排现场内暂设房屋、材料场地、施工机械设备和其他设施。食堂宿舍整洁卫生，有关手续证件齐全。项目部和各工区（班组）专兼职环保员签订环保责任书，将环境保护工作真正落实到基层。
（4）加强宣传教育提高施工人员环保意识，做到“预防为主、防治结合、综合治理”。
（5）施工现场的垃圾渣土，必须设置垃圾分检站，随清理、随分检、随清运，杜绝材料浪费，严格执行成品保护措施，切实加强现场管理。加强对污染气体、污水、废渣、粉尘、垃圾等的管理，制定环境保护措施。
（6）施工现场必须严格执行环境保护措施，定期按规定进行检测，严格依照标准作好消烟、降尘、降噪工作，努力减轻对现场周边居民及环境的影响。各工区（班组）都应自觉遵守、执行环境保护措施。
（7）施工现场必须根据实际情况，认真做好消防保卫的方案；现场严禁吸烟，切实加强易燃、易爆物品及明火作业管理，保证消防设施充分、完好、有效，保证消防车道畅通。做好环境记录（包括影像资料）的文档管理，详细记录施工前后的环境状况、各种环保措施的执行情况等。
（8）施工现场的在施建筑物内，未经上级机关批准，不得住人。对造成环境破坏或污染事故的工区（班组），处以500-2000元的罚款。对环保工作做出显著成绩的工区（班组）和个人，视情况给予表彰和奖励。
（9）工程项目竣工后，应及时修理和恢复在施工过程中受到破坏的生态环境，做好环境绿化工作。7.环境保护措施
（1）大气污染的防治措施防治大气污染的重点是控制机械车辆尾气污染。
控制机械车辆尾气污染选用符合国家卫生防护标准的施工机械设备和运输工具，确保其废气排放符合国家有关标准，保证上路行驶的机动车尾气完全达标。施工运输避开交通高峰时段，大件或突击运输选择夜间进行，减少污染。（2）.控制扬尘污染 施工现场主要道路必须进行硬化处理。
施工现场采用覆盖、固化、绿化、洒水等有效措施，做到不泥泞、不扬尘,。对易产生扬尘的砂石料，进行遮盖或适当洒水，淘汰落后工艺，降低粉尘排放。施工、生活区道路要定期洒水降尘。同时对施工便道进行定期养护、清扫，保证其良好的路况。建筑采取全封闭防护施工，以减少扬尘。土方、水泥等散装物料运输和临时存放，应采取防风遮挡措施，以减少起尘量。
（3）楼层建筑垃圾实行“袋装化”，用塔吊运输至建筑物外，或用封闭通道运输至建筑物外，严禁从楼层直接向下倾倒。施工现场设封闭式垃圾站，施工现场垃圾、渣土分类放入垃圾站及时清理出现场。
（4）四级以上风力时，严禁装卸垃圾及含有粉尘的东西。土方及建筑垃圾装运时，应撒水湿润，防止扬尘；运输时应覆盖严密，防止洒落、飞扬，土方及建筑垃圾按城管要求弃于指定地点。
（5）其他施工过程中受大气污染最为严重的是施工人员，对于施工人员，我们采取防护和劳动保护措施，减轻其危害。
（6）水污染的防治措施.施工机械运转中产生的油污水、泥浆水必须经过沉淀池沉淀后，才能排入市政雨水管网；粪便污水必须经过化粪池处理后，才能排入市政污水管网采取沉淀池沉淀措施处理.（7）施工现场临时食堂应设有隔油池，废水排油后方可排入市政污水管道，隔油池每隔三天清掏一下，掏出油脂不得进入施工垃圾，由环保部门清运。（8）易燃易爆品管理和措施。油料油漆化学品及其他易燃易爆品要单库存放，不能混放。有毒化学品要单独存放保险柜中，有专人负责看管，库房必须干燥、阴凉、通风要好，尽可能保持适当的温度和适度，地面要铺设一层塑料布。油漆油料、化学品库房必须加强消防和明火管理，严禁吸烟。库区必须设有消防器材。8培训及宣传
（1）项目开工后，项目部组织人员参加安全生产、文明施工和环境保护培训。由安全管理部门进行培训。
（2）项目部组织管理人员参加‘全国环保施工示范工地’的参观学习和经验交流。
（3）项目内部定期对环保施工进行宣传和培训，经验交流。
（4）项目部针对分包单位的各项安全教育由安全文明施工管理部统一组织学习、培训指导。各分包单位有关人员配合完成。
（5）定期对现场环保工作情况进行公示。
吉林白城地建
建筑工程股份有限公司
长德新能源汽车产业园项目部
地铁供电系统继电保护方案设计 篇6
关键词：地铁；继电保护；电流增量
现在城市人口数量增长迅速，尤其是一些大城市，为了减轻城市的交通负担，引进了地铁、轻轨等设施。地铁的运行，往往肩负着城市的主要运载任务，因此，对地铁运载能力的需求也是越来越高，地铁采用了缩小车间隔的方式来提升自身的运载能力。通过分析的方式对地铁系统现存的一些缺陷进行了完善，加强了运行部门各专业之间的有效配合、协调，做到了相互之间的密切衔接，减少了各部门之间会出现的管理和技术上的不足。通过分析和研究，明确了供电系统继电保护的安全性能和稳定性，对实现地铁安全运行，具有十分重要的意义。
1.地铁继电保护系统的特点
地铁供电系统各个变电站之间的距离都很短，每段供电线路不会超过 3 公里，所以一般供电线路的继电器保护装置的保护作用会对地铁供电线路失去作用。主变压器容量既要满足高峰时期的符合要求，同时也要满足当一个主变电站发生故障（例如最简单的电路故障）时，另外一个主变电站也能够支撑全线的工作。地铁采用的主变压器一般为星形/三角形接法，因此当地铁供电系统发生两相电路短路或者单相短路接地故障的时候，就会引起供电系统的不平衡，此时供电系统就无法正常工作，所以当供电系统遇到接地故障时，必须采用保护装置加以保护。继电保护设备从结构功能上划分为三个单元，数据测量单元、逻辑判断单元和执行单元。通过这三个单元的相互配合实现了对电气系统的保护。
2.主变压器的常见保护
城市轨道交通的主变压器基本上都是双绕组变压器，本文以地铁普遍使用的是 YNd11主变压器为例进行研究，以便达到更好的解决方案。变压器常见的内部短路故障包括相与相绕组之间的短路，单相绕组短路和匝间短路外部变压器故障包括变压器各相引出线之间的相间的短路和单相引出线经过外壳之间的短路。变压器常见的非电量主保护中是用瓦斯保护并辅以油温、油位等保护。目前地铁主变压器继电保护配置的是电流速断、过负荷信号和过电流保护。电流保护有很多优点，其中最大的优点就是反应迅速能够快速的对系统和本身的故障做出反应，以便及时的得到故障信息，但是也有缺点那就是信号识别能力比较差，一般无法识别大容量变压器产生的暂时状态下的励磁涌流信号而造成误动。纵联差动保护具有很高的灵敏度，故对变压器的主保护可以采用纵联差动保护，采用过电流保护，零序过电流保护、和反时限过电流保护作为后备保护可以更好地使供电系统稳定运行。对于相间短路可以采用纵联差动保护作为主保护，因为它具有较高的灵敏度、快速性以及选择性，过电流保护在正常运行方式下的时限配合和灵敏度基本都可以满足系统的需求，因此可以考虑作为后备保护。对于接地保护可以采用分相电流差动保护作为系统的主保护，为了满足变压器对系统的速动性，选择性，灵敏性和可靠性等方面的要求，可以选择零序过电流保护作为系统的后备保护。
3.地铁供电系统保护的分析
3.1 供电系统线路保护
对于相间短路可以使用电流速断保护和过电流保护。当不允许带时限切除短路故障时，应设置无时限速断保护。当无时限速断保护不能满足选择性动作时，应设置带时限速断保护，当速断保护及过流保护不能满足继电保护的要求时，应使用线路纵联保护作为主保护，过流保护作为后备保护。对于接地短路可以使用零序电流保护，零序电流保护是利用接地时所产生的零序过电流使保护动作。零序电流保护一般作为后备的电流保护使用。在用星形/三角形接法中的地铁供电系统中将不接地的系统制造一个人为的中性点，同时通过一定的方式进行接地处理，目的是当供电系统单相或者两相接地短路时，保护可以动作。
3.2 牵引供电系统保护
可以分为两个部分，牵引整流机组保护和直流牵引保护。牵引整流机组主要设置速断保护用于保护牵引变压器一次侧短路，设置过流保护用于保护牵引变压器的二次侧短路和直流母线短路，牵引变压器、整流器还应设置本体的超温保护，整流器硅元件保护的设置结合整流器的形式而定。当直流设备框架保护启动后，联跳牵引整流机组开关以及站内所有直流开关及相邻变电站直流馈线开关，将本站直流牵引供电系统完全隔离。直流牵引保护分为直流进线保护和直流馈线保护，直流进线保护主要设置开关本身自带的大电流脱扣保护、逆流保护以及被其他保护联跳。直流馈线保护主要设置大电流脱扣保护、电流变化率及增量保护、线路故障测试及自动重合闸、热过负荷保护、联跳保护等。
3.3特征量的选取
继电保护系统必须以稳定运行为基础，为了准确识别出供电系统的运行状态，在继电保护系统中，只需要对采集到的反馈线电流信号进行识别和分类，并对传输的电信信号的特增量进行提取。通过提取远程探头或者终端的电信号来提取相关的信息，以实现更好的管理。地铁车辆起动时的电流使对牵引供电系统直流侧正常运行最大的电流，各个保护整定值得设定以车辆的启动电流为参考值，所以准确的计算出车辆起动时的最大电流以及电流上升率对继电保护配合设计是十分重要的。现在的地铁车辆电力传动方式是交流传动，交流传动系统中又包括了牵引电机，逆变器和辅助电器。
4.结束语
通过对现有地铁供电系统继电保护方案的研究，其相间电流保护、零序电流保护等都有其不符合地铁供电系统的要求而需要改进的地方。而纵联差动保护以其优越的特性，可被用于地铁供电系统的主保护。提出的适用于地铁供电系统的保护配置方案，在实际工程运行也验证了这些方案的可行性和可靠性。
参考文献：
[1]丁丽娜.地铁直流牵引供电系统馈线的保护方法[J].供用电.2014
保护方案 篇7
潮流转移是使电网发生连锁跳闸现象的重要诱因,若不及时采取有效的抑制措施将导致电网发生大停电事故,严重威胁电力系统的安全稳定运行[1,2,3,4]。在此研究方向上国外起步较早,建立了与大停电相关的连锁故障模型,并指出在潮流转移情况下,后备保护的过负荷误动是引发连锁跳闸的重要原因[5,6,7]。为解决这一问题,近年来在研究中引入了图论的相关知识,提出了输电断面的概念[8],通过划分输电断面来快速搜索受潮流转移影响的过负荷支路,如文献[9]研究了基于转移潮流灵敏度因子的潮流转移识别方案;文献[10]根据实际电网结构利用图论知识生成有向图,建立送端节点-送电支路邻接表,计算支路开断分布因子,识别受潮流转移影响较大的线路;文献[11]利用图论将电网拓扑图划分为多个广义潮流转移区域,将区域外节点与其相应的区域连接割点等效为虚拟母线,使计算范围从全网简化到过载线路所属的广义潮流转移区域;文献[12]给出了用于评价支路受潮流转移影响程度的过载严重度指标;文献[13]通过预测线路故障时间和概率的方法来识别潮流转移的发生。上述研究简化了复杂的网络计算,能够快速识别系统中受潮流转移影响的区域,但并没有从后备保护角度解决过负荷误动的问题。
广域测量系统(Wide Area Measurement System,WAMS)的出现和发展[14,15,16],为电力系统的安全稳定与保护控制研究开辟了新的数据来源和分析角度,也为从后备保护角度解决与潮流转移相关的问题提供了新的思路,如文献[17-18]根据估算发生潮流转移后电网中潮流分布的潮流转移因子来判别后备保护是否会发生过负荷误动;文献[19]研究了系统振荡对潮流转移过负荷识别的影响,分析了过负荷、系统振荡和故障的特点;文献[20-21]通过划分维持系统生存性所必需的关键元件和网络结构来定义系统的关键线路,对关键线路上的后备保护采用过负荷闭锁的方法来防止其误动;文献[22]结合模型量化、平均功率角和潮流转移灵敏度来界定潮流转移的影响区域。上述研究的重点偏向于过负荷线路识别,对于后备保护的过负荷误动采用选择性闭锁来解决。若将线路承受转移负荷定义为一种特殊的运行状态,则在此运行状态下后备保护尚缺乏一套详细的整定方案。
针对当前的研究现状,本文提出了一种能够应对潮流转移情况的距离后备保护整定方案。该方案基于广域保护系统,实现流程如图1 所示。首先广域保护系统实时同步信息主站上传至调度中心的WAMS数据,利用电力系统同步相量测量装置(Phasor Measurement Unit,PMU)可测幅值与相角的特点,将测量值快速归算为与保护整定相关的视在阻抗值;然后根据线路视在阻抗的变化幅度确定线路所承受的转移负荷比例,针对线路不同的过负荷状态进行与之对应的后备保护整定值调整,既防止过负荷线路上的后备保护发生误动,又使后备保护保有正确识别短路故障的能力;最后将整定信息与负荷波动情况上传至调度中心,为调度中心进行负荷控制提供辅助决策,并依据调度中心的决策进一步调整后备保护的整定值,直至线路恢复正常的负荷输送状态。所提方法计算规模较小,具有良好的可靠性与灵敏性,同时通过调度中心能够与故障定位、负荷控制等成熟方法友好关联,具有良好的现实意义。
1 利用广域信息进行保护整定归算
从图2 所示的二端口等效模型来计算作为系统条件函数的视在阻抗ZR。设UR和IR是ES和EU的线性函数,则有
其中
是一个复常量矩阵,M中的元素为短路参数,因为它们定义在ES或EU为0 的基础上,如式(3)、式(4)所示。
根据式(1)可以计算出继电器处阻抗为
将式(5)上下同除以EU,然后整理为只含有1项ES/EU的形式:
将式(6)中的复参数进行定义,其中阻抗参数定义为
无量纲参数定义为
将式(7)、式(8)代入式(6)可得
为了将式(9)中的复参数写为幅值与相角的形式,进行如下定义:
根据式(10)可以将式(9)改写为
式(11)中的各个元素均可通过信息主站上传的PMU数据快速得到,为后备保护的在线整定提供了先决条件。
2 距离后备保护的过负荷界限
线路过负荷会导致保护安装处的视在阻抗减小,使视在阻抗落入整定圆中,造成保护误动。为了消除这种误动,考虑将整定圆按照某种比例关系进行收缩,躲开过负荷对保护的影响。整定圆的收缩需要满足以下两个条件:
1) 线路承受过负荷后,保护安装处视在阻抗幅值减小,视在阻抗相角会发生小幅度的变化。当视在阻抗落入整定圆中将会引起保护的误动。整定圆的收缩应确保视在阻抗落在整定圆外。
2) 线路承受的过负荷越多,整定圆需要进行的收缩幅度越大。当整定圆收缩到一定程度时将会出现无法识别短路故障的情况。整定圆的收缩应确保故障阻抗落在整定圆内。
如图3 所示,为正常运行状态时的视在阻抗,对应相角为φ1;为线路承受转移负荷后的视在阻抗,对应相角为φ2;为距离保护Ⅲ段初始整定阻抗,对应相角为θ ;为距离保护Ⅲ段收缩后的整定阻抗,对应相角为θ ;为最大短路阻抗,在后备保护覆盖的范围内短路点距保护安装处最远时求出,对应相角为α 。根据整定圆收缩需要满足的两个条件,当均落在整定圆上时为临界状态。
已知
式中:为初始整定值;可以通过PMU数据得到;可以通过故障计算得到。
首先推导过负荷前后视在阻抗的关系。线路过负荷可以等效为接入一个新增的注入电流源。只考虑幅值关系,线路的过负荷可以近似地用视在阻抗幅值的波动来表示,设P1为正常状态,P2为过负荷状态(承受正常状态n%的过负荷),则满足如下关系:
根据图3 所示则有
式(14)中OB的值为
根据式(14)、式(15)可以求出OD的值为
然后根据临界条件,求解能够识别故障的最小整定圆Zset2。图3 中△OCE为直角三角形,按照角度关系求解OE为
图3 中△ODE为直角三角形,按照角度关系求解OD′的值为
根据临界条件,负荷阻抗ZR2要落在整定圆Zset2外需要满足
考虑到过渡电阻与测量误差的影响,为确保可靠性整定圆保留30%的裕度,则式(20)应改写为
根据式(16)可知,OD为关于n的减函数,因此在式(21)取等号时n有最大值。将n的最大值定义为距离后备保护整定的过负荷界限μ:
距离后备保护整定值的自适应调整应以过负荷程界限μ为标准,在界限上下采取相对应的调整法。
3 潮流转移后距离后备保护的整定方案
根据上文所述,潮流转移后距离后备保护的整定分为过负荷界限内整定和过负荷界限外整定两部分。
3.1 过负荷界限内调整方法
过负荷界限内的整定采用比例收缩的方式,如图4 所示。
取负荷阻抗落在整定圆上的临界状态,整定圆的收缩满足如下比例关系:
OA可由初始整定值求出。
图4 中△OCA为直角三角形,按照角度关系求解OC为
OD根据式(16)可以求出。将OC、OD代入式(23)可得
令
则式(26)可以简写为
式(28)中OA为原整定圆直径,OE为新整定圆直径。为确保整定圆躲开负荷阻抗不发生误动,在临界状态下取10%的裕度,可得调整系数为
根据式(29)可以快速求解收缩后的整定值Zset2为
3.2 过负荷界限外调整方法
过负荷界限内的整定采用橄榄收缩的方式,如图5 所示。
考虑保留最多的整定圆范围,在原整定值Zset1的基础上进行橄榄形收缩,在临界状态下求解橄榄形需要收缩的角度为
根据式(31)计算出的ф 为临界角,应乘以可靠系数k(k>1.2)来确定动作区域,从而确保ZR2落在动作区域外。因此过负荷界限外整定的最终结果为
3.3 整定方案实现流程
距离Ⅲ段作为线路的后备保护其动作时间与距离Ⅰ段相比具有0.5 s的时延,因此为了应对潮流转移带来的负荷波动,距离Ⅲ段整定值的调整过程要求在0.5 s内完成。基于WAMS的保护系统能够实时同步调度中心的PMU数据,根据网络拓扑确定每个继电器的保护范围,进而在0.5 s内快速完成后备保护整定值的调整。调整完成后将保护配置信息上传至调度中心,为调度中心的决策提供辅助信息,实现调度控制中心与就地保护装置相互配合的调整方案。具体流程如图6所示。
4 算例分析
4.1 新英格兰10 机39 节点系统
采用新英格兰10 机39 节点系统对本文所述距离后备保护整定方案进行验证分析,系统的单线图及其支路编号如图7 所示。
4.2 距离后备保护整定值调整过程
设系统在T1 时刻突然切除正常运行中的线路11,然后以线路10 上距离继电器为例进行后备保护的重新整定。
将同步接收的PMU数据实时归算为继电器处的视在阻抗,线路10 靠近母线8 处继电器在T1 时刻前后视在阻抗分别为ZR1=30.515 4+5.629 2i 、ZR2=14.213 8+3.473 8i;由于相邻线路发生开断,判定为潮流转移状态,根据式(13)计算负荷波动为n=112.069 2,可见线路10 承受112.068 2%的转移负荷,超过了距离Ⅲ段的整定裕度,需进行整定值调整。
线路10 上靠近母线8 处继电器作为后备保护覆盖至线路5。设T2 时刻线路5 靠近母线3 处发生单相接地短路,此时该继电器处有最大短路阻抗ZF=13.131 9+6.903 2i;根据式(22)计算过负荷界限为μ=114.389 0;由于n<μ,采取过负荷界限内整定方法,根据式(27)、式(29)求解调整系数为Kz=0.676 0,读取原整定阻抗Zset1=11.634 0+31.963 0i,根据式(30)求出调整后的整定阻抗Zset2=7.867 0+21.612 0i,至此完成整定调整。采用BPA进行仿真计算,线路10 功率波动如图8 所示,整定圆收缩过程如图9 所示,T1 时刻之前视在阻抗落在整定圆Zset1外,T1至T2 时刻之间视在阻抗落在收缩后的整定圆Zset2外,T2 时刻后视在阻抗为故障阻抗,落在整定圆Zset2内。
为验证界限外整定方法,需要在线路11 切除后进一步加大线路10 的过负荷程度。设系统在T3 时刻切除线路14,此时母线7、母线8 所带的负荷均需通过线路10 传输,相关线路上的负荷进一步向线路10 发生转移。线路10 靠近母线8 处继电器在T3时刻后视在阻抗为ZR2=13.2138+3.7738i;由于相邻线路发生开断,判定为潮流转移状态,根据式(13)计算负荷波动为n=125.804 0。
设T4 时刻线路5 靠近母线3 处发生单相接地短路, 此时该继电器处有最大短路阻抗ZF=12.055 6+6.926 1i;根据式(22)计算过负荷界限为μ=123.671 0;由于n>μ,采取过负荷界限外整定方法,根据式(33)求解收缩角度为φ=12.731º;取可靠系数k=1.2,代入式(34)求解整定圆收缩为橄榄形后的临界角为73.449º,至此完成整定调整。采用BPA进行仿真计算,线路10 功率波动如图10 所示,整定圆收缩过程如图11 所示,T1 时刻之前视在阻抗落在整定圆Zset1外,T1 至T3 时刻之间视在阻抗落在收缩后的整定圆Zset2外,T3 至T4 时刻之间视在阻抗落在进一步收缩后的整定圆Zset3外,T4 时刻后视在阻抗为故障阻抗,落在整定圆Zset3内。
进一步验证该整定方法与调度中心负荷控制的相互配合。在T1 时刻线路11 切除后,线路10承受大量的转移负荷,调度中心通过紧急控制措施来减小线路10 的过负荷程度。设系统在T5 时刻切除线路13,此时母线7 所带的负荷与系统分离,减小了线路10 的负荷输送要求,因此线路10 上的负荷向相邻线路发生了转移,线路10 上负荷减小。线路10 靠近母线8 处继电器在T5 时刻后视在阻抗为ZR2=18.042 2+3.418 6i;由于相邻线路发生开断,判定为潮流转移状态,根据式(13)计算负荷波动为n=68.980 2。
设T6 时刻线路5 靠近母线3 处发生单相接地短路, 此时该继电器处有最大短路阻抗ZF=11.414 7+11.012 3i;根据式(22)计算过负荷界限为μ=164.647 0;由于n<μ,采取过负荷界限内整定方法,根据式(27)、式(29)求解调整系数为Kz=0.921 0,读取原整定阻抗Zset1=11.634 0+31.963 0i,根据式(30) 求出调整后的整定阻抗Zset2=10.713 0+29.432 0i,至此完成整定调整。采用BPA进行仿真计算,线路10 功率波动如图12 所示,整定圆收缩过程如图13 所示,T1 时刻之前视在阻抗落在整定圆Zset1外,T1 至T5 时刻之间视在阻抗落在收缩后的整定圆Zset2外,T5 至T6 时刻之间视在阻抗落在放大后的整定圆Zset3外,T6 时刻后视在阻抗为故障阻抗,落在整定圆Zset3内。
从图9、图11、图13 中可以看到在线路负荷发生变化时该整定调整方法的收缩过程。T1 时刻后视在阻抗落在了Zset1内,整定圆收缩为Zset2后消除了误动,如图9 所示;T3 时刻后,视在阻抗落在了Zset2上,整定圆收缩为橄榄形Zset3后消除了误动,如图11 所示;T5 时刻后,故障阻抗落在了小圆外,整定圆放大为Zset3后恢复了识别故障的能力,如图13 所示。经过整定调整,确保了距离保护Ⅲ段不会发生误动,同时保有正确识别短路故障的能力。
5 结论
本文利用WAMS可测幅值与相角的特点,通过PMU的测量值快速计算线路的视在阻抗值,建立了线路视在阻抗的变化幅度与距离后备保护整定的对应关系,针对线路不同的过负荷状态进行与之对应的后备保护整定值调整,既防止过负荷线路上的后备保护发生误动,又使后备保护保有正确识别短路故障的能力。
在后备保护整定调整的过程中,将整定信息与负荷波动情况实时上传至调度中心,为调度中心进行负荷控制提供辅助决策,并依据调度中心的决策进一步调整后备保护的整定值,直至线路恢复正常的负荷输送状态。所提方法通过调度中心能够与故障定位、负荷控制等成熟方法友好关联,具有良好的现实意义。仿真结果验证了该方案的有效性。
摘要：电网中发生潮流转移现象后,受影响的输电线路会承受大量的转移负荷,进入过负荷运行状态。距离保护后备段的整定要求躲开线路正常运行时的最小负荷阻抗,因此潮流转移带来的线路过负荷将会对距离保护后备段带来显著影响。针对这一情况,提出了一种能够应对潮流转移情况的距离后备保护整定方案。该方案基于广域保护系统,利用WAMS可测幅值与相角的特点快速计算线路的视在阻抗值。然后根据线路视在阻抗的变化幅度确定线路所承受的转移负荷比例,针对线路不同的过负荷状态进行与之对应的后备保护整定值调整,既防止过负荷线路上的后备保护发生误动,又使后备保护保有正确识别短路故障的能力。最后将整定信息与负荷波动情况上传至调度中心,为调度中心进行负荷控制提供辅助决策,并依据调度中心的决策进一步调整后备保护的整定值,直至线路恢复正常的负荷输送状态。以新英格兰10机39节点系统为样例,采用BPA仿真验证了该方案的有效性。
广域后备保护故障识别方案 篇8
继电保护系统是保障电网安全运行的第一道防线[1,2,3]。电网结构复杂、运行方式多变给传统后备保护的整定和配合带来了很多不便, 导致后备保护动作时限不断延长, 不利于故障的快速切除。随着广域测量系统 (WAMS) 、计算机技术和通信技术的不断发展, 基于广域信息的后备保护研究得到了广泛的关注[4,5,6,7,8,9], 大量学者提出了多种广域信息下的后备保护理论[10,11,12,13,14]。基于广域测量信息的广域后备保护有利于解决复杂电网中现有后备保护配合关系难以整定、动作时间长的难题, 与基于本地量的传统主保护协同工作、相得益彰, 从系统全局的高度实现电网保护, 保证系统安全可靠运行。
本文基于广域信息提出了一种集中式系统结构的后备保护算法。该算法在系统故障情况下能够灵敏启动, 快速划分故障区域, 准确识别出线路及母线的简单、复合故障, 算法原理简单可靠, 制定的策略在断路器拒动、信息丢失的情况下具有很好的准确性和适应性。
1 集中式广域保护系统结构
本文采用集中式系统结构, 在通信满足要求的前提下, 能做到全局最优控制, 体现广域保护的优势。
以广域信息的采集、传送、分析和使用为主线, 系统主要分为广域保护中心、广域通信网、广域保护子站3个部分, 如图1所示。主站系统位于区域调度中心, 负责与各个子站通信, 获取测量点的广域数据, 在线监测和分析电网运行状态, 制定广域保护与控制决策, 并将决策命令下发到子站执行, 同时与SCADA系统及其他系统进行数据信息交互。子站系统设置于各变电站及发电厂中, 主要负责数据的采集和命令的执行。
主站与子站以同步数字体系SDH (Synchronous Digital Hierarchy) 光纤双环网为媒介进行通信, 采用IP Over SDH的组网技术, 主站采用1 000 M以太网, 子站采用100 M以太网。子站相量测量单元 (PMU) 装置采集的数据经集中处理后经交换机、路由器、SDH设备接入SDH传输网 (电力调度数据网) 。主站的决策命令通过SDH传输网下达到子站, 经过通信控制机、协议转换机将命令下达到位于间隔层的测控单元, 完成相应的跳闸或闭锁命令。为了保证信息的实时性, 子站内部、子站与主站之间均可采用IEC61850通信规约。
2 广域保护故障识别方案
2.1 保护启动
2.1.1 三序电压式启动元件
WAMS将采集的数据上传至保护中心, 存入数据库。保护中心读取全网母线电压实时数据进行遍历搜索, 当有母线任一序电压满足启动判据时, 启动故障定位算法, 并将此母线归入启动母线集中。启动判据为:
其中, Ui (1) 、Ui (2) 、Ui (0) 分别为母线i的正、负、零序电压幅值;UN为母线的额定相电压;ki (1) 、ki (2) 、ki (0) 分别为母线i的正、负、零序电压比例系数;kset (1) 、kset (2) 、kset (0) 分别为母线i的正、负、零序电压启动门槛值, 启动门槛值可以根据网络的结构和大小进行整定。
2.1.2 负序电流式启动元件
在电网发生经过渡电阻短路故障时, 三序电压启动判据可能均不满足要求。相间短路故障时, 零序电流接近为0, 而负序分量存在于不对称故障的全过程, 且不受对地分布电容电流和双回线零序互感的影响, 故障特征明显, 灵敏度高。因此, 增加一个负序电流辅助启动判据:
其中, Ix (2) 为线路x一侧的负序电流幅值;IN为线路x的额定相电流;fx (2) 为线路x的负序电流比例系数;fset (2) 为线路x的负序电流启动门槛值。根据文献[15]可知, 当线路MN末端N侧发生经过渡电阻接地故障时, 流过M侧负序电流最小, 根据线路耐过渡电阻能力、网路结构及参数, 可求得该负序电流。综合各线路负序电流值, 将最小负序电流乘以灵敏度系数0.8后即为负序电流启动门槛值的整定值。实际应用中根据网络结构和大小进行整定。
2.2 故障区域的划分
当母线发生故障时, 故障母线电压变化最大, 其次是相邻母线电压。当线路发生故障时, 故障线路两侧母线以及相邻母线电压变化较大。考虑复故障情况, 将启动母线集中的母线按照序电压比例系数进行排序 (正序按比例系数从小到大的顺序排序, 负序和零序按比例系数从大到小的顺序排序) , 将排序结果的前6条母线划入故障区域。由于发生不同故障时, 各序电压对各种故障的灵敏度不同, 排序结果也不同, 因此将各序电压系数排序分别得到的前6条母线构成一个并集, 将这个并集里的母线以及相连的线路构成故障区域。
当发生经过渡电阻短路故障时, 由于过渡电阻的存在, 满足负序电流启动判据的线路不会太多, 启动线路集不会太大, 可将启动线路集中的所有线路及其连接的母线共同构成故障区域。
故障区域的划分方法能够准确涵盖故障元件, 避免对全网所有元件进行故障判别, 加快故障定位速度。
2.3 故障判别算法
负序分量存在于不对称故障的全过程, 且不易受系统振荡、双回线零序互感、线路分布电容电流的影响, 故障特征明显。正序分量在故障过程中始终存在, 且正序分量在故障前后有过渡时间短、暂态响应速度快、故障过程输出近似恒定的优良特性。故本文将基于正、负序分量的广域纵联方向保护算法[16]及广域电流差动保护算法[17]相结合, 根据各判据的特点, 从实用化角度考虑, 提出了一种利用广域信息的综合故障定位法。
2.3.1 母线短路故障判别
当母线i发生故障时, 与其相连的所有线路的负序方向元件全部为反向, 故判定该母线故障。
根据比较相位式方向元件动作判据, 负序方向元件的输出值定义为:
其中, U2为母线i的负序电压相量;I2为线路x位于母线i侧的负序电流相量;Dx (2) 为线路x位于母线i侧的负序方向元件的输出值。
综合方向元件输出值, 定义母线动作系数为:
其中, m为母线i连接的线路数;Fi (2) 为母线i的负序动作系数。当Fi (2) =1时, 判定母线i发生了短路故障。
当母线发生三相对称故障时, 故障点不存在负序分量, 此时可利用正序电流差动原理来识别故障母线。当母线未发生故障时, 流向母线的正序电流满足基尔霍夫电流定律, 正序电流相量之和接近0;当母线发生故障时, 母线连接的所有线路的正序电流均流向母线, 正序电流相量之和大于相连的任意一条线路电流, 由此可判定为母线发生故障, 因此母线正序电流差动判据为:
其中, Ix (1) 为线路x位于母线i侧的正序电流相量;考虑测量误差及一定裕度, 可靠系数K′取0.9。
综上所述, 当满足判据Fi (2) =1或判据式 (5) 时, 判定该母线发生了短路故障。
2.3.2 线路短路故障判别
判别线路故障时, 采用正、负序纵联电流相位差动保护原理, 可靠区分线路内、外部故障。规定电流正方向由母线指向线路, 线路两侧电流互感器均采用正极性接法, 其一次回路的极性端均置于靠近母线的一侧。
序电流相位差动保护原理的判据为:
其中, θi (1) 、θk (1) 分别为线路两侧的正序电流相角;θi (2) 、θk (2) 分别为线路两侧的负序电流相角;θset (1) 、θset (2) 分别为正、负序动作角。根据相差纵联保护闭锁角整定原则, 考虑电流互感器相角误差为7°、保护装置相角误差为15°及裕度角15°因素影响, 闭锁角最小为37°, θset (1) 、θset (2) 的整定值最大可取143°。动作角的整定应考虑线路灵敏角等因素的影响, 可根据电网实际情况进行整定。
当某线路满足判据式 (6) 或式 (7) 时, 判定该线路发生了短路故障。
2.4 信息丢失情况下故障识别策略
系统投入运行前期应先进行采集系统及通信设备的检测, 保证所有设备都处于正确工作状态。若系统投入运行期间由于子站信息采集系统异常或者数据在传输过程中发生信息丢失, 则按照以下特定措施进行处理。
(1) 一点信息丢失, 即某子站监测的一条线路电流信息丢失。
a.若信息丢失子站启动元件未动作, 该子站未被划入故障区域, 则该点信息丢失不影响故障的判别, 不进行处理。
b.若该子站被划入故障区域, 则将信息丢失线路及该站母线确定为疑似故障线路和疑似故障母线。先对故障区域的其他线路和母线进行故障判别, 若故障区域内的其他线路和母线未检测出故障, 则先切除疑似故障线路, 切除后再次收集电网数据进行保护启动判别, 若保护仍启动, 则切除疑似故障母线。
故障识别流程图如图2所示。
(2) 一个站信息丢失, 即一个站的母线电压、线路电流信息均丢失。
a.若与该站相邻的母线均不在故障区域内, 则该站未被划入故障区域, 该站信息丢失不影响故障的判别, 不进行处理。
b.若该站母线被划入故障区域, 则将该站母线及其相连的所有线路确定为疑似故障母线和疑似故障线路。先对故障区域内其他母线和线路进行故障判别, 若未检测出故障, 则确定故障发生在疑似故障区, 转步骤c。
c.利用疑似故障线路对侧站距离保护I段信息, 依次判断各线路是否发生故障, 若各线路距离保护I段均未动作, 则采用轮切策略:利用疑似故障线路对侧站电流信息, 切除电流量最大线路 (跳本线路两端断路器) ;根据再次收集的电网信息, 判断故障是否消失, 若故障仍存在, 切除剩余线路中的电流量最大线路 (跳本线路两端断路器, 同时合上条线路两端断路器) , 依次进行, 直至故障消失。故障线路电流较大, 则故障可一次或经较少次动作后切除。若轮切结束后故障仍存在, 则判为母线故障, 切除与该母线相连的所有线路。由于母线故障概率远低于线路故障概率, 在整个站信息全部丢失的极端恶劣情况下, 为防止停电范围扩大, 该策略是可行的。
故障识别流程图如图3所示。
2.5 广域后备保护策略
广域保护中心的故障识别方案流程如图4所示。对WAMS采集并上传存入保护中心的数据进行启动判别, 以搜索电网是否发生故障;若启动元件动作, 则划分故障区域;如发生信息丢失, 则按信息丢失流程处理;若无信息丢失, 则对故障区域内的各母线和线路进行故障判别, 定位故障元件, 且向子站发送跳闸命令切除故障元件;子站收到跳闸命令后, 跳开相应的断路器, 并将断路器动作后的状态信息上传至保护中心;若发生母线故障且断路器拒动情况, 则向该拒动断路器所在线路的对侧断路器发送跳闸命令;若发生线路故障且断路器拒动, 则向拒动断路器所在侧母线相连的所有断路器发送跳闸命令, 以确保故障元件的隔离。
3 仿真验证
3.1 仿真算例
在自主研发的河北南网广域保护智能应用系统平台, 利用河北南网系统实际参数及运行断面对提出的广域保护故障识别方案进行仿真验证。测试计算机配置:CPU为Core2 (2.53 G) ;内存为2 G;硬盘容量为320 G。
图5为河北南网系统局部接线图。
根据河北南网的实际网络情况, 各参数的整定情况为:kset (1) =0.7, kset (2) =0.12, kset (0) =0.05;fset (2) =0.04;θset (1) =100°, θset (2) =100°。
3.2 仿真分析
在景双县距离景县站80%线路长度处设置ABC三相短路故障。从仿真结果报告中提取出所得仿真结果信息如表1所示。从表中可以看出, 识别结果与故障设置一致, 说明了故障识别算法的正确性。
跳闸情况如图6所示, 跳闸断路器为景县站231开关和双楼站242开关, 故障被切除。
此次广域后备保护算法及跳闸策略的出口程序总耗时5.721 ms, 算法时间很短, 能满足后备保护的要求。
本文对经过渡电阻、断路器拒动、信息丢失情况下, 线路、母线发生的各种故障进行了仿真测试, 测试情况如表2所示。由表2可见, 各次故障均能正确识别并隔离。其中, 220 k V电压等级的耐过渡电阻能力可达300Ω, 500 k V电压等级的耐过渡电阻可达500Ω, 满足故障识别的要求。
复合故障仿真测试情况如表3所示。从表3中可知, 双回线复合故障、不同电压等级的线路或母线复合故障、经过渡电阻复合故障均可检测出来。
各次仿真结果报告与仿真设置一致, 且断路器正确动作跳开故障元件, 说明提出的广域后备保护策略能够准确、有效地识别出故障并快速隔离。
注:4.776+4.811表示程序运行2次, 第一次时间为4.776 ms, 第二次时间为4.811 ms;其他类似。
注:α为故障点距线路始端的距离和线路长度的比值。
4 结论
本文基于广域信息提出了一种集中式结构的广域后备保护故障识别方案, 在河北南网广域保护智能应用系统平台上开发了广域后备保护与控制系统软件, 基于河北南网系统实际参数和运行断面对该方案的合理性和有效性进行了验证。对经过渡电阻、断路器拒动、信息丢失情况下, 线路、母线发生的各种故障分别进行了仿真测试, 结果表明该方案能快速、正确识别各种故障。河北南网共43个子站已配有PMU装置, 通过在调度中心实时动态监测系统主站端设置厂站端传送数据包来模拟WAMS的PMU数据到主站端的通信时延, 包括传感器 (电流/电压互感器) 、同步采样、相量计算和数据封装、子站通信模块、通信链路、主站通信前置机等每一环节产生的时延, 对43个站点分别测试5次, 其往返最大时延为19.1 ms。可以看到河北南网单程通信总延时小于20 ms, 故从数据的上传、保护中心策略的制定, 到命令下达至子站总耗时不超过50 ms, 远小于传统后备保护的动作延时。
广域保护方案可靠性评估 篇9
关键词：广域保护,Markov状态空间,可靠性,失效概率
0 引言
电力系统因其电气量关联而呈现出的整体性,决定了继电保护在本质上应着眼全局,充分利用 “点”、“线”信息的同时,还要通过一定的“面”信息深入挖掘电网运行特征,以确定合理、可靠的保护策略。随着广域测量系统(WAMS)、先进通信技术、电子式互感器等的迅速发展和应用,保护系统可利用的信息资源、技术资源发生了根本性变化[1,2],继电保护原理及其实现手段不断改进和创新,如广域保护系统[3,4,5,6],但其实际应用受到原理方案本身及重要支撑技术(如通信系统)可靠性的限制。
对于广域通信系统等重要支撑技术的可靠性评估,已有专门文献从广域保护通信系统、WAMS等方面进行了分析[7,8,9,10,11];而对于保护原理方案可靠性的评估则较少见到,该方面主要涉及评估具体判据和保护逻辑等对正确执行广域保护功能的影响。
本文基于原理性失效概率模型[12,13]和Markov方法对典型广域保护原理方案的可靠性进行分析评估,为广域保护的优化设计提供参考。继电保护原理性失效概率主要用于定量反映保护特性、保护定值等与特定故障或系统运行方式匹配程度的随机性,体现过渡电阻、潮流转移、系统振荡等因素对继电保护原理的影响。
1 Markov状态空间基本理论
Markov状态空间法在根据系统功能、结构或失效模式等进行合理状态划分的基础上,利用各状态之间的转移概率或转移率求取系统处于各状态的稳态概率、动态概率及其他可靠性指标。本文的评估对象为原理方案,旨在为其设计优化提供参考,故采用以转移概率而非转移率为基本参数的齐次离散Markov链分析稳态可靠性。设X为状态变量,将tn-1时刻视为现在,tn为紧接着现在的未来时刻,Xn-1和Xn分别为两个时刻对应的系统状态,将现在的状态记为i,未来时刻的状态记为j,则离散Markov链可写为:
P(Xn=jXn-1=i)=pij (1)
式中:条件概率pij为从状态i到状态j的转移概率。
如果在一次转移中转移概率与n(时刻)无关而等于常数,设为K,即若
P(Xn=jXn-1=i)=P(Xk=jXk-1=i)=K (2)
则称此Markov链是时间齐次的[14]。
若状态数为s时,转移概率的矩阵形式可写为:
令pi(0)=P(X0=i)表示系统在0时刻处于状态i(i=1,2,…,s)的概率,则经过m个时间间隔之后系统处于状态j的概率可表示为:
如将系统的初始状态概率用概率向量P(0)表示,则式(4)用矩阵形式写为:
P(m)=P(0)Pm (5)
式中:Pm为转移矩阵的m次自乘;P(m)为m步后的状态概率行向量。当状态空间的状态数有限且转移的步数很大时(m→∞),随着m的增大,过程的状态概率p
此时pj(m)的分布可认为是稳定的。
2 广域保护典型元件及其可靠性
本文评估的区域电网广域保护方案流程如图1所示。
系统采用集中式结构,设置1个主站和若干子站。子站启动判据动作后主动将该站的电压、电流信息上传至主站,启动主站的故障定位算法;主站首先根据收集的序电压信息确定疑似故障区域,然后根据负序方向元件和纵联正序电流相差元件依次按照母线和线路进行故障定位,并经多边形特性相间阻抗元件和零、负序电流选相元件选相后向子站发送跳闸命令;子站接受跳闸命令,并将断路器动作信息上传至主站,当主站检测到有断路器拒动时,再次向该断路器发送跳闸命令,并通过电流检测等辅助判据启动断路器失灵保护,尽力确保故障元件的快速、可靠切除。
2.1 保护启动模块不动作概率
本方案中启动元件采用的判据如式(7)所示:
式中:ki(1),ki(2),ki(0)分别为各序电压系数;Ui(1),Ui(2)和Ui(0)分别为母线i的正、负、零序电压有效值;UN为母线额定电压;kset(1),kset(2)和kset(0)分别为母线i的正、负、零序电压启动门槛值。
当任意一序电压满足判据时,主动将该站启动序的序电压、序电压比例系数以及电流信息上传至保护主站控制中心。为加快保护系统的决策速度,保护主站只收集启动判据动作的子站的信息进行后续故障判别。
继电保护原理性失效概率反映的是保护特性、定值等与被保护对象特定故障或运行方式的匹配程度,因此可给出各种情况对应的概率值。考虑到特定故障或运行方式下,当保护特征量与所研究的保护判据特性区匹配程度极差或极好时,再求取准确的概率数值意义不大,故考虑在一定范围以外时,原理性失效概率退化为一个常数,以合理降低计算复杂度并提高该范围内不同情况的分辨率。继电保护运行过程中,往往要求其判据满足一定的灵敏系数,本文记其为Ksen,并结合保护特性及定值等确定上述范围。以正序电压启动判据为例,首先建立其不启动概率模型,当实测正序电压与母线额定电压幅值比等于kset(1)(取0.85)时,判据不动作概率为Pmid(可取为0.5);当实测正序电压不小于额定电压UN时,判据不动作的概率为Pmax(可取为1);当实测正序电压不大于kset(1)UN/Ksen时(Ksen可取1.2),判据不动作的概率为Pmin(可取为0)。
考虑到特定故障或系统运行状况与启动元件不动作的概率应尽可能地一一对应并最大程度地满足不同情境对应不同概率,本文结合启动判据特征,把这种随机性统一到一个分段线性函数上进行对比分析,使得启动元件不动作的概率与元件中序电压测量值的相关关系呈分段线性变化,在满足上述要求的同时,降低了计算复杂度。判据不动作概率随电压值呈分段线性分布如图2所示。
由图2可得正序电压启动判据的不动作概率如式(8)所示,其中km(1)为实测正序电压标幺值,ke(1)为额定电压标幺值。
式中:β=kset(1)/Ksen。
同理可进行负序电压启动判据、零序电压启动判据的分析。根据保护启动逻辑,3个电压启动判据中任一判据动作即启动保护,考虑到判据之间联合分布难以确定,故在3个判据独立互斥假设下,启动模块不动作的概率可表示为:
式中:P(km(2),Ksen)和P(km(0),Ksen)分别为负序电压启动判据和零序电压启动判据的不动作概率,分析思路与正序类似。较之考虑判据相关性,此时计算出的概率值偏大,具有一定的保守性。
2.2 故障定位模块不动作概率
故障区域确定以后,对故障区域内的母线和线路分别进行故障判别。负序方向元件能够可靠地反映不对称故障,并且具有不受故障距离及过渡电阻等因素影响的特性,因此引入负序方向元件,在广域保护定位模块中完成方向判别功能。
当系统发生三相对称短路时,负序分量不会稳定地存在,负序方向元件可能无法启动,但此时正序分量特征明显,故发生对称性故障时采用纵联正序电流相差元件。
以负序方向元件为例建立其不动作概率模型。负序方向元件的输出定义为:
式中:Dx(2)为与故障区域中母线i相连的某条线路x安装在该母线侧的负序方向元件的输出值,为1时表示正方向,为-1时表示反方向;
当满足
以式(10)中正方向判据为例分析其不动作概率,其不动作概率分布如附录A图A1所示。
由于其以Y轴对称,故只给出右半边不动作概率,如式(11)所示。
式中:φ为评估过程中可设置的不动作裕度角,当实测的负序电流和电压相量相位差φm∈[φ,π/2)时不启动概率为Pmin(可取为0);当φm∈[-π/2,0)时不启动概率为Pmax(可取为1);当φm∈[0,φ)时不启动概率从1到0线性变化。
综上,在各判据相互独立假设下,负序方向元件不动作概率Pf.n为:
Pf.n=PI2.nPU2.n+P(φm,φ)L+P(φm,φ)R (12)
式中:P(φm,φ)L为左半边不动作概率。
当线路发生三相对称短路故障时,采用纵联正序电流相差保护,相差保护的动作判据为:
|θi(1)-θj(1)|<θset(1) (13)
式中:θi(1)和θj(1)为线路i和j两侧的正序电流相角;θset(1)为动作角,可取110°。记相差保护不动作概率为Pθ.n,分析过程与负序方向元件类似。
最后,在各判据相互独立假设下求得故障定位模块不动作概率Pd.n为:
Pd.n=max(Pf.n,Pθ.n) (14)
2.3 故障选相模块失效概率
广域保护方案采用零、负序电流分区选相原理,并辅助相间阻抗元件选相。将相间多边形特性阻抗元件转化为实部和虚部分别进行分析,类似式(7)—式(9)的分析过程,将其不动作概率记为Pz.n。
零、负序电流选相元件不动作概率的分析过程与方向元件类似,记其为Pl.n。由于二者中任一个能正确选相即可,故选相模块不动作概率Px.n为:
Px.n=Pz.nPl.n (15)
其他模块的分析思路类似,不再赘述。
3 广域保护原理方案整体可靠性评估
第2节对构成广域保护原理方案的各重要元件或模块的不动作概率进行了分析,以下重点分析由各模块构成的方案整体可靠性。
3.1 基于Markov方法的广域保护方案状态划分
将保护方案划为保护启动模块、故障定位模块、故障选相模块、跳令传送模块、断路器拒动分析模块和失灵保护模块,并依此划分出Markov状态转移图,如图3所示。
根据第2节得到的各模块不动作概率,即状态转移概率,形成状态转移概率矩阵如式(16)所示。
式中:Pij(i,j=0,1,…,6)表示状态i转移到状态j的概率。
3.2 各状态概率求解
实际上,影响原理方案可靠性的主要因素除了第2节所述的判据自身可靠性外,还主要包括原理方案所需数据的可靠性(主要涉及上传数据的误码率),以及程序编码可靠性。因此,各状态间转移概率实质上可认为由3个部分组成:
Pij=Pij′+Pij″+Pij (17)
式中:i,j=0,1,…,n;Pij′,Pij″和Pij分别为判据不启动概率、数据误码率和软件编码错误概率。数据误码率和软件编码错误概率可通过统计数据求得或采用典型参数。
各状态的稳态概率可依式(18)求解:
式中:Pi(i=0,1,…,n)为各个状态的稳定状态概率,因状态转移概率矩阵P不满秩,故求解过程还需结合条件
4 算例分析
以图1和图3所示原理方案为例,基于Visual C++编写原理性失效概率计算程序和Markov状态空间求解程序。数据误码率和软件编码错误概率参考相关文献分别取10-10和10-5。然后结合相关模拟量和式(8)、式(9)求得转移概率P01,根据式(14)和式(15)分别求得转移概率P02和P03。状态转移概率P04,P05,P06可根据统计数据赋值,本文暂只考虑由于数据误码率和软件编码错误导致该3个模块不启动的情况,故P04=P05=P06=10-10+10-5≈10-5。由于各保护功能模块之间的独立性,不考虑诸如状态1到状态2之间的进一步转移,即其对应转移概率均为0。
对于原理判据,系统总是按照一定的间隔定时地进行计算分析(可采用连续多次判断等容错措施),本次判断失效情况下,下次中断/计算周期中会利用新的采样信息重新进行类似计算分析,故各状态的修复概率Pi0(i=1,2,…,6)取为1。
最后得到状态转移概率矩阵如式(19)所示,根据式(18)求得各状态的稳态概率如表1所示。
由表1可知,在给定的一次系统场景、保护判据和相应定值情况下,对待评估广域保护原理方案可靠性影响程度由大到小的模块依次是:故障定位模块、故障选相模块、保护启动模块、断路器拒动判别模块/跳令发送模块/失灵保护启动模块。故从原理角度而言,此时故障定位和故障选相模块在设计、优化中尤其应予重视。
5 结语
本文提出了一种基于保护原理性失效概率模型和Markov状态空间法的广域保护原理方案可靠性评估方法。方法在对广域保护原理方案进行模块划分的基础上,考虑判据本身、数据传输及程序编制因素,对各判据及原理方案整体可靠性进行评估。算例表明所提方法能为设计和优化广域保护方案,寻找广域保护原理方案的薄弱环节,对比分析不同保护方案提供参考依据。当然,还需加强积累部分基础数据以进一步提升方法的应用效果。
附录见本刊网络版(http://aeps.sgepri.sgcc.com.cn/aeps/ch/index.aspx)。
柔性直流输电系统控制保护方案 篇10
柔性直流输电是一种新型直流输电技术,可以快速独立地控制与交流系统交换的有功和无功功率,控制公共连接点的交流电压,潮流反转方便灵活,可以自换相,具有提高交流系统电压稳定性、功角稳定性、降低损耗、事故后快速恢复等功能。直流控制保护系统是柔性直流输电工程的核心,对保证其性能和安全至关重要。
ABB公司最早将柔性直流输电技术应用到商业工程[1]。2010年底,Siemens公司的首个柔性直流输电工程在美国投入运行[2]。中国首个柔性直流输电工程———上海南汇柔性直流输电示范工程(简称南汇工程)于2011年5月在上海南汇风电厂挂网运行[3,4]。目前,柔性直流输电系统控制保护的工程经验比较少,对控制保护的系统方案进行研究对工程应用具有指导意义。
国内外对传统直流输电系统控制保护的研究较为深入[5,6,7,8]。柔性直流输电系统控制保护与传统直流输电系统控制保护存在较大的不同,在性能和快速性上具有更高的要求。传统直流输电系统的控制速度要求在毫秒级,柔性直流输电系统的要求要高一个数量级,且控制保护功能更复杂。国内外对柔性直流输电系统控制保护策略的研究非常活跃,已有文献在柔性直流输电系统的控制器算法、参数设计、电容电压平衡控制、调制策略、环流抑制策略等方面都进行了研究[9,10,11,12,13,14,15,16]。文献[4]描述了南汇工程控制及保护系统的组成、软件配置和运行方式的实现,但是对于柔性直流输电系统的控制保护功能未进行系统描述,也未对功能划分等进行分析。相关文献对柔性直流输电系统控制保护的系统性论述较少。
本文在论述柔性直流输电系统的基本控制策略、上层控制功能和保护策略的基础上,进一步提出了适合于柔性直流输电系统的控制保护功能配置方案和控制保护与换流阀设备的接口方案,可以很好地满足柔性直流输电系统控制保护快速性、高性能的要求。本文方案结构清晰、功能划分合理,已在南汇工程中得到了成功应用,取得了很好的效果。
1 柔性直流输电系统基本控制策略
无论是基于两电平、三电平拓扑结构还是基于模块化多电平拓扑结构的柔性直流输电系统,其基本控制策略都可采用基于直接电流控制的矢量控制方法。关键是适应柔性直流输电系统控制保护快速性、高性能的要求,具有快速的电流响应特性和良好的内在限流能力。本文所设计的矢量控制方法由外环控制策略和内环电流控制策略组成。外环控制产生参考电流指令,内环电流控制产生期望的参考电压。两者的功能要求如下。
1.1 内环电流控制
内环电流控制产生换流器输出的三相电压参考值,并以此作为调制信号控制换流器的输出交流电压和交流电流。考虑到交流电流依赖于换相电抗器上的电压降,内环电流控制本质上是调节换相电抗器上的电压降。
内环电流控制可采取适合工程实现的无差拍控制方式,其控制原理如图1所示,包括交流母线电压的前馈、决定换相电抗器上压降的电流指令的前馈和交流电流的反馈控制。使用交流电流反馈控制的必要性在于电抗器的值不一定准确,并且交流侧母
线电压测量也不可能100%精确。
对于基于模块化多电平技术的换流器,需要对换流阀同一相各个子模块电容电压的均衡和换流阀环流进行控制[17]。子模块电容电压的平衡控制根据桥臂电流的方向来选择子模块导通或者关断的状态。当需要减小子模块电容电压时,子模块的导通状态应当选择在桥臂电流放电期间使电容放电;当需要增大直流电容电压时,子模块的导通状态应当选择在桥臂电流充电期间使电容充电;从而实现子模块的电压平衡。换流阀环流控制是用来抑制多电平换流器相间流动的具有负序二倍频特性的环流。环流产生的主要机理为各相子模块电压和不平衡,因此换流阀环流控制的关键是要实现各相子模块电压和平衡。
1.2 外环控制
外环控制计算换流器内环电流控制需要的交流电流指令值,主要包括直流电压参考值调节、有功功率参考值调节、有功功率控制、直流电压控制、交流电压控制、无功功率控制、电流指令计算及限幅等功能模块。
直流电压参考值调节的目的是优化直流输电系统运行工况,使换流器的损耗最小,该控制功能需与变压器分接头调节相配合。
有功功率参考值通常由运行人员手动设置,以维持直流输电系统传输的有功功率恒定。当频率控制功能投入时,有功功率参考值将根据系统频率的偏差控制进行调节,在这种情况下,频率控制将可以保持风电场的频率恒定。在交流系统发生故障时有功功率参考调节应自动进行调节来保持直流侧的电压在可控范围内,避免出现危及设备安全的情况。
有功功率控制是直流输电系统的主要控制模式,在这种运行模式下,控制系统通常根据有功功率参考值控制换流器与交流系统交换的有功功率。在有功功率控制下,为了保持直流输电系统输送功率恒定,控制系统通过对电流的相应调整来补偿电压的波动。
直流电压控制产生的电流指令控制流过换流器的有功功率的大小,保持直流侧电压为设定值,在柔性直流输电系统中,通常选取一个换流站进行直流电压控制。
交流电压控制产生换流器的无功功率指令,并由两个换流站独立进行控制,该参考值可以由运行人员输入。利用交流电压控制可以实现换流变压器网侧交流电压的控制。恒定交流电压控制可以有效抑制网侧交流电压的波动。如果由于换流器容量的限制,而不能维持系统节点电压不变,通常可采用斜率控制。
无功功率控制可以使直流输电系统产生的无功功率维持在期望的参考值,该参考值可以由运行人员输入。无功功率控制作为稳态运行调节功能。无功功率控制速度设计得比交流电压控制速度要慢,交流电压控制比无功功率控制具有更高的优先级,在交流系统电压扰动时,交流电压控制将暂时取代无功功率控制以保证交流电压恒定。
电流指令由功率指令根据如下公式计算得到:
式中:P和Q分别为换流器输出的有功和无功功率。
电流指令限幅是对换流器输出电流的基波幅值进行限制。如果电流指令的幅值比限制值低,经限幅后的输出将和相应的输入相等,即在电流控制中执行的电流指令等于交流电压控制、直流电压控制和有功功率控制所产生结果。如果电流指令的幅值比限制值高,经限幅后的输出将被限制。如图2所示,对于输入电流指令idqref,如果换流器控制有功功率,则输出矢量B;如果换流器控制直流侧电压,则输出矢量A[4]。图中:Imax为电流指令限幅值。
柔性直流输电系统作为一个完整的功率传输系统,换流站间有功功率的控制必须协调,以保障有功功率的平衡。这个协调功能可以不依赖于站间通信。换流站间有功功率的平衡是通过选择一端换流站控制直流侧电压,其他换流器控制有功功率来实现的。定直流电压控制可以使各换流站间有功功率传输自动平衡。当换流站与直流线路断开作为静止同步补偿装置(STATCOM)运行时,该换流站必须采用直流电压控制。
换流站无功功率的控制由各个换流站完全独立地完成,无功功率指令的期望值可以由交流侧电压产生,也可以手动设置。由于换流器额定容量的限制,每个换流站有功和无功功率的独立控制输出必须被限制在一个确定运行范围内。
柔性直流输电系统的连接变压器分接头控制用于维持换流器的调制度在允许最小调制度限值和最大调制度限值之间,以保证换流器合适的运行工况。
2 柔性直流输电系统上层控制功能
针对不同的应用场合,如无源网络、风电场接入、孤岛供电等,除了保证柔性直流输电系统稳定运行的基本控制策略外,还应设计多种为满足交直流输电系统动态性能要求的上层控制功能,充分体现柔性直流输电系统高速性和灵活性的控制特点。
2.1 频率控制
当柔性直流输电系统的换流站单独与风电场相连时,由于风速变化的随机性,换流器不能采用定有功功率控制,否则在风速变化时会引起频率的波动,影响系统的稳定性,此时需要采用定频率控制。
柔性直流输电系统的换流站处于频率控制方式时,可以单独连接风电场作为功率控制站,采用无源频率控制。南汇工程中的无源频率控制框图见附录A图A1,实现了快速跟踪风电功率变化和维持风电侧系统频率恒定。
当风电场侧换流站运行在频率控制方式时,电网侧换流站应运行在直流电压控制方式,使柔性直流输电系统可根据风电场输送功率的大小快速调节有功功率。
2.2 交直流线路并联控制策略
交直流线路并列运行方式下,柔性直流输电系统可以采用定有功功率控制,有功功率指令值可以由运行人员设置,其余功率由交流线路输送。
有功功率控制也可以控制两个站之间并联交流线路传输的功率。例如,当风电场产生的有功功率变化时,通过改变直流功率可以维持交流线路传输的功率为恒定值(或在指定范围内),以达到优化潮流的目的。
通过交直流线路并联控制策略可以充分利用交流线路的传输容量,并且不用担心因风电场功率的瞬时上升造成过负荷的问题。
2.3 交流故障情况下的控制策略
交流故障情况下,因故障电流较大,交流电压畸变,从而导致风电机组脱网。为了保证风电穿越,必须限制故障电流。
柔性直流输电系统在交流故障情况下抑制故障电流的控制方法主要有如下两种。
1)通过对外环控制产生的指令值进行100 Hz滤波处理,消除2次谐波后,作为内环电流控制的参考值与交流电流通过正序变换得到的id和iq进行比较,通过内环电流控制即可消除输出交流电流的负序分量。
2)采用负序电压控制抑制故障电流,针对交流系统故障电压不平衡的情况,采用对称分量法建立正序与负序控制分量,基于故障时负序电压叠加的方法,消除网侧发生故障时阀侧电流中的负序成分,从而抑制故障电流。
在交流系统出现对称或者非对称故障下,通过采用合适的控制策略,利用换流器快速响应能力,可提高柔性直流输电系统的故障穿越能力。
南汇工程中采用了上述第2种方法,工程试验结果说明,该方法对于抑制故障电流和维持柔性直流输电系统持续运行具有较好的作用[18]。
2.4 多端柔性直流输电系统协调控制策略
目前,世界上还没有多端柔性直流输电的实际工程投入运行,对于其协调控制策略的研究还处于理论研究和试验阶段。
多端柔性直流输电系统可以通过协调控制策略实现系统的平衡运行,且可在实现故障端退出运行后,维持健全换流站继续运行,充分发挥多端柔性直流输电系统的优势。
多端柔性直流输电系统协调控制的关键是对直流侧电压的控制[19],目前的控制策略主要有以下几种:单点直流电压协调控制策略;基于直流电压偏差控制的多点直流电压协调控制策略;基于直流电压斜率特性的多点直流电压控制策略。
为了避免单点直流电压控制下,定直流电压换流站故障闭锁造成整个多端柔性直流输电系统停运,多端柔性直流输电系统可采用多点直流电压控制,即至少两个换流站具备控制直流电压的功能,从而提高系统的稳定性与可靠性。
多端柔性直流输电系统的协调控制策略应根据具体工程的特点进行选择,应保证有通信和无通信情况下多端柔性直流输电系统都能正常运行。
3 直流保护策略
柔性直流输电系统的保护需要考虑到一次系统的运行方式及其可能出现的故障,划分的区域如图3所示。
1)连接变压器保护区(1):主要对连接变压器进行保护。
2)站内交流连接母线区(2):主要对连接变压器与换流器之间的交流母线进行保护。
3)换流器区(3):包括阀和子模块保护区(4)(包括阀、子模块保护和直流保护)。换流器区(3)主要对换流器、换流器与交流母线的部分连接线路以及桥臂电抗器进行保护。
4)直流线路区(5):对于汇流站包括直流母线区(6)。直流线路区(5)主要对直流输电线路以及直流输电线路上串联的直流电抗器等设备进行保护。
其中,区(1)由换流变压器保护实现,区(2)(3)(5)(6)在直流保护中实现,区(4)在阀保护中实现。
阀、子模块保护主要为单个子模块和单个阀臂的故障提供保护,通常由换流阀厂家配套。直流保护包括站内交流连接母线保护、换流阀保护、直流线路保护和直流母线保护,通常为直流控制保护厂家配套。直流保护清除故障的操作主要包括报警、暂时性闭锁、永久性闭锁、交流断路器跳闸、极隔离。
采用全控型器件———绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的柔性直流输电系统,对于直流控制和保护的响应速度的要求比传统直流输电系统至少提高一个数量级,特别是暂时性闭锁的引入使得控制和保护的联系更加紧密,从而让控制和保护之间的通信要求变得非常高。为了满足控制和保护之间的通信要求,降低其实现的复杂度和可靠性,柔性直流输电系统宜采用控制和保护整体设计的方式,将直流保护和直流控制集成在同一个平台上实现。
某两端柔性直流输电工程直流双极短路故障时,阀电流的仿真波形见附录A图A2。可知:阀电流在2~3kA范围内的上升速率约为2A/μs,数百微秒延时造成的电流上升将可能造成IGBT换流阀设备的永久性损害,是不可接受的。
4 控制保护系统分层及功能配置方案
柔性直流输电系统控制保护是一个复杂的多输入、多输出系统,为了满足柔性直流输电系统控制保护快速性、高性能的要求,提高其运行的可靠性,限制任一控制环节故障造成的影响,目前世界上已投运的柔性直流输电工程均按照分层设计原则将控制保护系统划分为3层:运行人员控制层、控制保护层、输入/输出(I/O)层。控制保护系统分层拓扑图如图4所示。
1)运行人员控制层
运行人员控制层是指换流站运行人员进行操作和系统监视的数据采集与监控(SCADA)系统,其主要功能是接收运行人员或远方调度/集控中心对运行监视和操作的指令,完成全站事件记录、报警和对时,以及直流控制系统参数(有功指令、无功指令等)的调整。
2)控制保护层
控制保护层是整个直流控制保护系统的核心,包括交流站控系统(包括站用电控制和辅助系统接口)、直流控制保护系统、连接变压器保护等。其中,直流控制保护系统的主要功能是根据运行人员下发的功率和电压等指令,以及从I/O层采集的电流、电压等实时数据,通过高速运算,产生电压源换流器(VSC)换流阀控制所需的调制信号,并实现直流输电系统的保护功能。直流控制和直流保护宜采用整体设计,其优点是可以保证保护的快速性和性能。
直流控制保护层从功能实现上可以分成系统级控制保护和换流器级控制保护两部分。
系统级控制保护主要实现运行方式、控制模式转换,从运行人员控制层接收功率(频率)、电压等运行指令并产生电流指令,进行直流输电系统启停等顺序控制操作以及换流站间协调控制,类似于传统直流输电极控制系统中的功率控制、顺序控制。
换流器级控制保护是直流控制保护层的核心,主要实现有功功率控制、无功功率控制、交流电压控制、直流电压控制、电流闭环控制、锁相以及调制波的生成,同时实现换流阀快速保护功能,类似于传统直流输电极控制系统中的换流器控制保护。
3)I/O层
I/O层与交直流一次系统、换流站辅助系统、站用电设备、阀冷控制保护的接口,主要由分布式I/O单元以及有关测控装置构成,包括直流场接口、交流场接口、直流测量及阀控设备等。柔性直流输电系统控制保护功能配置如图5所示。
柔性直流输电系统中,阀控设备由于和换流阀联系较紧密,一般应由换流阀设备厂商随换流阀设备一并设计供货。
系统级控制保护和换流器级控制保护应采用整体设计,共用平台,以减小控制延时,提高控制精度,且更好地满足系统暂态性能要求。这不仅有利于保持系统控制保护行为的一致性,且有利于运行维护和技术管理。
南汇工程中,按照此接口方案划分不同供货商界面,其可行性得到工程实践证明。
5 控制保护层间的接口方案
换流器级控制保护功能复杂,接口及信号交换繁多,主要包括如下信号。
1)与SCADA系统交互的信号:换流器级控制保护需要向SCADA系统传送主机状态、设备故障信息、操作控制命令、运行状态和运行参数等。
2)I/O层采集的交互信号:换流器级控制保护需要通过分布式I/O系统,实现与交直流场、测量单元等设备的接口,接收交流电压、直流电压、交流电流、桥臂电流、直流电流等测量信号和现场开关量信号。
3)与系统级控制保护交互的信号(内部交换):换流器级控制保护与系统级控制保护耦合紧密、交互信号繁多,包括各种运行模式、运行指令值、电压和电流切换信号、解闭锁指令及状态、交直流站控信号、交直流模拟量以及各种保护动作信号等。多端柔性直流输电系统的系统级控制保护与换流器级控制保护还增加了站间协调信号。
4)与保护系统交互的信号(内部交换):换流器级控制保护需要向保护系统传送状态及保护跳闸信号和事件。
5)与阀控设备交互的信号:换流器级控制保护与阀控设备交互信号较少,主要包括电压参考信号或电压调制波、系统切换、跳闸信号。
阀控设备与控制保护层交互数据较少,通常也是各直流输电工程控制保护与换流阀的接口点。南汇工程中的控制保护系统和阀控设备之间的信号示意图(以单系统为例)如图6所示。图中:Uref为参考电压信号;Deblock为解锁信号;Thy_on为晶闸管动作信号;Active为系统值班信号;VBC_TRIP为紧急跳闸信号;VBC_CHANGE为切换请求信号;VBC_OK为VBC自检正常;∑Uc为桥臂电容电压和。
南汇工程中,控制保护系统与阀控设备通过IEC 60044-8协议接口,由于通信信号量小,通信延时能够得到有效控制,系统性能得到保障,而且接口符合标准,经验成熟,调试便捷。
南汇工程的应用实践表明,本文接口方案可以很好地体现柔性直流输电系统控制保护快速、灵活的优点,现场试验功率阶跃波形(见附录A图A3)表明,其实现了有功和无功功率的快速解耦控制,具有较好的响应特性。
系统级控制保护与换流器级控制保护联系密切,同一主机内的系统级控制保护与换流器级控制保护间的协调配合以及数据交互快速便利;控制保护系统与阀控设备的接口可采用标准协议接口,由于通信信号量小,通信延时能够得到有效控制,系统性能得到保障,应作为控制保护系统和不同阀厂家之间的接口点。
6 结语
本文提出了适合于柔性直流输电系统的控制保护功能配置方案及控制保护与换流阀设备的接口方案,很好地满足了柔性直流输电系统控制保护快速性、高性能的要求,已在南汇工程中得到成功应用。
控制保护系统和阀控设备之间的接口信号较少,因此,是适用于控制保护和不同阀厂家之间的接口点。
系统级控制保护与换流器级控制保护紧密关联,无论从保证系统性能的技术角度考虑,还是从借鉴成熟的工程经验的应用角度考虑,应将换流器级控制保护与系统级控制保护系统整体设计,以减小控制延时,提高控制精度,且更好地满足系统暂态性能要求。
采用IGBT的柔性直流输电系统,对于直流控制和保护的响应速度的要求比常规直流输电系统至少提高一个数量级,为了满足控制保护快速性和高性能的要求,降低实现的复杂度和可靠性,在柔性直流输电系统中宜采用控制和保护整体设计的方式,将直流保护和直流控制集成在同一个平台上实现。
保护方案 篇11
[关键词]庄浪县博物馆；古代铜镜；文物保护
[中图分类号]K875.2 [文献标识码]A [文章编号]1005-3115（2016）8-0023-02
庄浪县博物馆收藏历代铜镜数量可观，大小各异，纹饰繁缛，这些珍贵的铜镜文物是经庄浪各地墓葬发掘和个人捐赠，以及博物馆文保人员上门征集等途径所收藏的。通过对历代铜镜的研究，可以了解庄浪的历史和文化风俗，以及铜镜在历代发展中的兴衰。因此，馆藏的铜镜具有一定的研究价值。古代铜镜在历代的继承和发展中，由最初的索面镜发展成纹饰镜，之后又逐渐演变为人物故事镜等一系列变化，使原本简单的铜镜具有更多的用途。
一、古代铜镜的用途
文献资料中记载：“以铜为镜，可以正衣冠。”由此可知，铜镜是古代人照容貌、正衣冠的必备工具。东周时期，随着礼崩乐坏，一些礼器的制作要耗费大量财富，而又没有实际意义，取而代之的是铜镜在现实生活中具有实用价值，同时是生活中必不可少的工具，因此铜镜从此作为生活用品登上了历史发展的舞台。这是铜镜最原始最根本的用途。
铜镜上面的纹饰，充分展现了艺术价值，如兽纹镜、龙纹镜、饕餮纹镜、莲弧纹镜、花鸟镜、人物故事镜、错金银镜、镶玉石镜等，这些纹饰繁缛、画面逼真、形象生动、栩栩如生的艺术表现手法，意在把实用而又朴素的素面镜装饰得精致优雅、实用且美观。各种纹饰与画面具有一定的时代气息，是历史画面的再现，也是今人研究历史文化的珍贵史料。尤其是这些铜镜上的画面，是历代劳动人民的智慧结晶，具有一定的艺术价值。
铜镜的明器用途。铜镜与人们的生活息息相关，在“事死如事生”和“诸养生之具无不从者”的思想影响下，铜镜作为明器的事实广泛存在。具体来看，在庄浪各村落的墓葬出土的铜镜也是如此，并非是专门的随葬品，而是在日常生活中使用的铜镜。尤其在庄浪阳川和韩店出土的几枚铜镜，能够说明这一现象。通过多年墓葬发掘资料记载可知，在庄浪的汉代墓中，有出土铜镜的记载。由此可知，铜镜在汉代已经成为人们日常生活中的必需品。同时也可以了解到，汉代时铜镜的制造业非常发达，铜镜成为一种商品，在市场上广泛流通。这些出土的铜镜铭文内容丰富，纹饰繁缛，造型美观。
铜镜的镇鬼降妖用途。在庄浪馆藏的铜镜中，有的纹饰为龙虎纹，这在民间是有说法的，寓意为“左龙右虎辟不祥”；有的纹饰为朱雀玄武，其寓意为“朱雀玄武顺阴阳”，朱雀玄武乃为神物，能镇鬼降妖、驱除疾病、保佑平安。铜镜的这一功能在馆藏的汉代铜镜中尤为突出，之后也有继承和发展，如龙纹镜就是很好的例证，铜镜的这一功能也是历代铜镜的用途之一。
二、铜镜现状调查分析
众所周知，铜镜是古人的生活用具，且纹饰繁缛、形状多样、大小各异，具有悠久的历史。庄浪县博物馆所珍藏的铜镜年代久远，涵盖战国至明清。其中被文物专家定为一级的有3枚，定为三级的有11枚。通过对这些馆藏铜镜的现状调查，由于年代久远，发现一些铜镜出现了铜锈，还有一些出土的铜镜残片出现了不同程度的腐蚀，同时部分铜镜有轻微的磕痕。要深刻而全面地了解庄浪馆藏的历代铜镜，首要任务是对其进行现状调查分析。经过调查分析，现将庄浪馆藏历代有级别铜镜列表统计如下：
通过以上统计列表，我们做如下分析：
首先，对铜镜进行分类。通过全面调查整理，庄浪馆藏有级别铜镜大体可以分为五类，分别为花鸟纹饰镜、龙纹镜、方圆规矩镜、人物故事镜、文字镜。其中有花鸟纹饰镜4枚，龙纹镜3枚，方圆规矩镜3枚，人物故事镜2枚，还有金代双鱼纹镜和乳纹镜各1枚。庄浪馆藏历代级别铜镜14枚。
其次，对铜镜的时代进行分类。铜镜年代主要是自战国至明清。战国铜镜1枚，汉代铜镜4枚，三国魏铜镜1枚，唐代铜镜1枚，宋代铜镜3枚，金代铜镜2枚，明、清铜镜各1枚。其中铜镜直径最大达18.7厘米，直径最小的只有7.2厘米，历代铜镜重量不等，最重可达492克，最小重量只有90克，每个时代的铜镜特征鲜明，时代气息明显。
再次，对铜镜保护情况进行调查。庄浪馆藏历代铜镜，保护环境良好，温湿度适中，但由于铜镜年代久远，部分铜镜出土前在地下埋藏时间长，表面出现了铜锈。另外，馆藏铜镜残片较多，腐蚀程度不同，需要进行科学合理的保护，这些铜镜残片需要专家进行修复，方可长久保存。
此外，尚方博局镜为国家一级文物，1980年出土于永宁乡苏家河湾。青铜质，圆形，直径18厘米。此镜图案繁缛、构图精细，镜内框排列交错等分十二乳钉纹，铸以篆书子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥十二地支铭文。铜镜的内部分四方八等分，青龙、白虎、朱雀、玄武等神兽瑞鸟各居其中。在双线环带内铸有“尚方作竟（镜）真大好，上有仙人知不老，渴饮玉泉饥食枣，浮游天下邀四海，寿如金石之国保，大富昌享牛羊兮”42字铭文。“尚方作竟”说明制镜之地在尚方，汉代是我国铜镜发展的重要时期，古代铜镜以汉代数量最多。汉代铜镜不仅在数量上多于战国，而且在制作形式上和艺术表现手法上也有很大的发展。汉代人在思想上追求永生不死，灵魂不灭，期望羽化升仙。这种思想在铜镜上也有反映，这方尚方博局镜就是很好的例证。
三、铜镜保护方案
铜镜文物是一种不可再生的文化资源，一旦破坏就很难恢复原貌，并且修复不当会使破坏更加严重。历代铜镜是历史的见证与史料记载的载体，对研究古代人们的生活现状与历史文化具有十分重要的意义，尤其对庄浪县历史的研究起到了重大作用。因此应严格贯彻“保护为主，抢救第一，加强管理，合理利用”的文物保护方针，对其进行科学合理的保护。
一是改善馆藏环境。铜镜保护需要恒温恒湿，空气湿度不宜太大，湿度太大会使铜镜出现铜锈。这就要求博物馆需要引进先进科技，对博物馆局部环境进行调整，保持恒温恒湿。铜镜的质地并非人们想象中那么坚硬，长时间遭受腐蚀，会失去铜镜的欣赏价值和艺术价值。因此，保持博物馆恒温恒湿是保护铜镜的有效途径。
二是在专业人员的指导下对铜镜进行修复。庄浪馆藏铜镜修复应从三个环节入手：第一，专业人员制定保护程序，保护好完整的铜镜，避免其出现破坏的现象篇二，对正遭受环境破坏的铜镜，立刻采取科学有效的保护措施，防止人为和自然环境对其继续破坏；第三，对于已残损的铜镜和有磕痕的铜镜，应用铜镜修复技术对其进行修复，使残损铜镜恢复其价值。
三是对博物馆陈列展览的铜镜进行保护，设置无缝隙玻璃柜，使铜镜与外界隔离，外界的灰尘和空气中的水汽就不会腐蚀铜镜。外界环境中的二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫等都是对铜镜腐蚀性极强的有害气体，这是铜镜陈列展览时遭受腐蚀的主要原因。因此，设计无缝隙玻璃展柜是保护铜镜免遭破坏的必要措施。
配网防雷技术保护方案研究 篇12
配网系统是向客户供电的重要末端环节, 直接决定了局部区域的供电可靠性水平。据本地区域10k V配网故障数据统计, 在每年配网停电故障中, 约70%是雷害造成。佛山市高明区近年年均雷暴日约140天, 远高于国家年平均40天雷暴日的多雷区标准, 属于重雷区。在社会对供电可靠性要求更高的形势下, 针对“逢强雷暴皆可能跳闸停电”的配网防雷保护提出整套技术改进方案, 十分有必要。
二、雷击配网原因分析
雷击有两种形式, 一种是直击雷, 一种是感应雷。
雷电流一般高达数十千安, 在雷电直接击在配电设施时, 局部过电压数值 (>500k V) 将远远超过配电线路和设备的绝缘水平, 配网线路和设备的绝缘将不可避免地被永久击穿。由于配电线路离地面不高 (≤15米) , 带电线路与地绝缘, 邻近的构建物、树木等物体均有一定的集雷效应, 直接击中配电线路的雷电概率相当少。
感应雷过电压, 包括放电前形成的静电感应过电压, 和放电瞬间产生的电磁感应过电压, 叠加时幅值可达400~500k V, 已超过配电线路绝缘子和设备的雷电冲击耐压, 极容易发生线路绝缘子闪络或配网设备绝缘击穿, 是配网防雷的关键。
按雷电成因分析, 配电线路易受雷击的区域包括:穿越高压输电线路或邻近通信铁塔、跨越大片水体等地方。据高明区数据统计, 在雷击导致永久故障中, 位于上述区域的配网故障点分别占了54%、37%。
三、配网雷害故障分析
受运行成本限制, 配网设备的耐雷水平整体较低。高明区10k V线路耐张串采用两片XP-7耐张绝缘子, 直线杆塔瓷横担使用SQ-210或SC-210型, 雷电全波冲击耐压均≥200k V;变压器或开关的雷电冲击耐受电压一般≥60k V;YJV22交联电缆的雷电冲击耐受电压≥95k V。
(一) 感应雷过电压估算。
根据理论分析与实测结果, 当雷击点距离线路附近时 (≥65米) , 线路上产生的感应过电压最大值可按下式计算:
I为雷电流峰值 (k A) , hd为导线平均高度 (m) , S为雷击点与线路的距离 (m)
从雷电定位系统数据可知道, 近3年高明区雷电流小于100k A的比例为98.8%, 超过100k A的概率极少, 可取100k A作为雷电流极限值。
按雷电流100k A落雷点距离线路65米, 导线高度15米计算, 线路感应过电压
按10k V线路耐雷水平 (200k V) 、雷电流100k A反向估算落雷点的最近安全距离
按10k V线路耐雷水平 (200k V) 、落雷点65米反向估算最大安全雷电流值
从雷电系统数据统计, 近年高明区雷电流大于34.7k A的比例为27.2%。
从上述估算, 感应雷对配网线路的危害很大, 大电流的雷电感应过电压与直击雷的危害相仿。由于10k V线路相间距离较少, 感应雷过电压同时作用于三相线路, 对地闪络时大部分表现为三相对地闪络, 引起线路跳闸。
(二) 雷害故障分析。
根据本地区运行经验, 在线路投入重合闸保护功能下, 雷击跳闸的重合成功率一般达到85%。在重合不成功和单相接地的停电故障中, 无法准确定位故障点但试送电成功的比例约占36%, 判断为多点雷击或相间冲击闪络转为稳定工频电弧;避雷器爆裂约占23%, 耐张瓷瓶爆裂约占18%, 线路断线约占18%, 其他原因约占5%。
保设备一直是配网防雷保护的重点, 设计标准是在设备两端安装无间隙金属氧化物避雷器。从运行数据可看出, 配网主要设备, 如变压器、柱上开关等, 防雷保护较成功, 极少发生雷击烧毁情况。
然而, 线路上的雷害故障较突出, 反映了线路防雷的不足。在重合闸不成功的故障中, 约36%属相间持续闪络或隐蔽性临界缺陷。氧化锌避雷器因内部受潮或阀片老化, 在高电压强电流冲击下, 内部热崩溃击穿或爆裂, 极易引发单相接地或两相短路故障造成次生停电事故。瓷质绝缘瓶雷击后表面闪络或内部击穿, 形成接地放电通路。小线径导线在通过大电流时热稳定性不足发热断线。特别是雷击引发的单相接地停电事件, 故障点通常十分隐蔽, 故障定位时间较长, 延误了快速复电, 降低了供电可靠性。
四、配网防雷保护的改善措施
从上述分析, 目前配网防雷的现状是:注重电力设备, 忽视供电线路;注重设备安全, 忽视供电稳定;注重一次防范, 忽视次生事故。以问题为导向, 配网防雷保护方向应进行适当调整, 以适应高供电可靠性要求。因此, 设计标准须相应进行完善。
(一) 防范直击雷。
架设避雷针或避雷线是最有效措施, 但相对配网投资额度, 成本太高, 只适合特别重要的线段。在路径选择上, 尽量避开输电线路、大片水体、通讯铁塔等易落雷地方。
(二) 设备防雷。
在主要设备两端, 设置无间隙式的金属氧化物避雷器雷。降低接地电阻, 接地线与设备外壳相连接地。
(三) 线路防雷, 以防感应雷为主。
本地区近年大量试用了两类过电压保护器作为线路防雷的常规保护, 每相隔约100米杆塔安装一套, 放电计数记录显示动作较多, 已安装的线路极少发生雷害停电故障。过电压保护器是在避雷器 (固定式或跌落式) 的基础上串联一个放电间隙。在非雷击时, 由于放电间隙存在, 避雷器不再长时间承受工频电压或过电压, 对避雷器起保护作用。在雷电过电压时, 由于放电间隙比线路绝缘低而瞬间击穿建弧, 氧化锌避雷器同时动作, 随着泄流后电压降低, 避雷器恢复工频高阻切断电弧电流, 起到泄漏雷电流和隔绝工频电压的“泄雷器”作用, 使线路不再发生闪络。按照近海地区的10k V线路典型设计方案, 把过电压保护器作为线路防雷常规设计后, 约增加投资6%。
(四) 防次生事故。
无间隙固定式避雷器、瓷瓶、小线径导线是雷击次生事故的多发设施。多雷地区, 避雷器应采用跌落型的防爆式避雷器, 防范避雷器本体爆裂引发的单相接地或相间短路故障。耐张绝缘子采用钢化玻璃瓶, 其零值自爆功能可以及时发现雷击缺陷。避免使用LGJ-35线径的架空线, 应采用LGJ-70以上的导线, 控制导线档距和弧垂, 且电气连接点应采用可靠的AMP线夹或双线夹模式, 提高线路的热、动稳定能力, 减少断线故障。
结语
配网线路防雷问题是一个经济技术问题。我们既不希望线路因雷击频繁跳闸, 也要考虑防雷设施的投资成本。各地应根据本地的线路运行水平和雷暴活动强弱, 有选择性地进行防雷设计改造。
摘要：本文笔者结合多年的配电网实际运行工作经验, 针对目前我国配网雷击故障方面问题进行了分析, 并研究试用了新型雷电过电压保护装置, 因此, 对配网防雷薄弱环节提出了技术改进方案, 以提高配电网防雷保护效果和供电可靠性。
关键词：配网,防雷,保护措施
参考文献