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基于故障多元信息的新型保护系统关键技术与应用
一、立项背景 继电保护是保障电网安全运行的第一道防线。自上世纪80年代微机保护应用以来,历经多次更新换代,我国继电保护技术一直处于世界先进水平,为保障电网安全做出了突出贡献。随着智能电网的发展、超/特高压远距离输电大通道的建设、区域电网的广泛互联和波动性新能源的规模化接入,我国已建成世界上规模最大、结构最复杂的电网。电网的快速发展给继电保护带来了严峻挑战: 1、后备保护方面,由于电网结构复杂,运行方式多变,造成后备保护定值更难整定,保护选择性和灵敏性的矛盾更加突出,保护拒动误动风险并存。国内已发生多起类似“6.18”西安南郊站,因后备保护灵敏性不足拒动,造成变压器烧毁的重大事故;国际上屡屡发生的因潮流转移过负荷,后备保护误动引发的如美加“8.14”、印度“7.30”等大停电事故,也不断地对我国电网敲响警钟。 2、主保护方面,超/特高压电气设备结构复杂、线路距离长,短路电流变化大,造成主保护对变压器匝间短路、线路高阻接地等轻微故障的反应灵敏性下降。“11.22”济南特高压泉城站变压器爆炸正是由于保护对起始发生的轻微故障未能灵敏切除,引起事故扩大,造成了重大人员伤亡和财产损失。 这些问题已成为我国电网安全运行的重大隐患!问题的症结在于传统保护仅利用设备自身的电气量信息,在复杂电网环境下,保护反应的电气量在故障和非故障间差异变小甚至混叠,依靠定值配合无法保证保护可靠正确动作。不改变传统保护工作模式,仅对保护判据进行修正或调整定值,只能在一定程度上单方面地解决保护拒动或误动的问题。 二、发明思路 突破保护仅利用设备自身信息的限制,综合利用站间保护关联逻辑量、站域故障全过程电气量等信息,对后备保护、主保护、系统构成模式进行全面创新,构建“站域集中-站间分布式”新型保护系统。   图1 技术发明总体思路 三、发明方案 技术发明点1:基于站间逻辑量信息一致性特征的后备保护技术 传统后备保护既存在对相邻元件故障反应能力不足,保护拒动的问题,又存在受过负荷和系统振荡影响,保护误动的问题。针对上述问题,该项目发明了保护关联关系在线快速跟踪和可靠性校核方法;创造性地将故障的空间分布特征映射为站间的保护关联逻辑量信息,首创了基于站间逻辑量信息一致性特征的后备保护技术,攻克了保护不误动和不拒动无法兼顾的难题。 发明点1.1:发明了保护关联关系在线快速跟踪和可靠性校核方法,为保护可靠利用站间信息奠定了基础。 快速跟踪和可靠识别电网拓扑的变化,确定保护的关联关系,是保护利用站间信息首先要解决的关键问题。发明了保护关联关系在线快速跟踪和可靠性校核方法,关键技术包括:1)提出了基于虚拟阻抗矩阵的保护关联关系分析方法,创造性地将开关状态虚拟为支路阻抗并构建节点虚拟阻抗矩阵,在线微调矩阵元素即可实现开关状态的快速跟踪,跟踪时间由秒级缩短至毫秒级,为后备保护快速动作提供了可靠保障;2)发明了电气量和开关量信息双重约束的关联关系可靠性校核方法,首次将电气量信息引入保护关联关系识别,通过开关量信息和电气量信息实时匹配校验,实现了保护关联关系的可靠在线校核。 发明点1.2:首创了基于站间逻辑量信息一致性特征的后备保护技术,攻克了保护不误动和不拒动无法兼顾的难题。 电流元件、方向元件、阻抗元件等保护逻辑量信息,蕴涵着故障方向、故障范围等故障直接特征,并且信息交互简单、可靠。根据不同位置保护逻辑量反应故障的差异化特征,发明了基于站间逻辑量信息一致性特征的后备保护技术。关键技术包括:1)首次将电网故障的空间分布特征映射为保护逻辑量信息,按近后备和远后备灵敏性要求设定保护范围,实现了逻辑量信息与故障分布特征的关联和匹配,解决了保护强依赖定值的问题;2)首创了基于站间逻辑量信息一致性特征的后备保护技术(如图2所示)。利用逻辑量对故障反应的交叉重叠特征,根据动作一致性原则,既实现了故障设备的快速准确识别,又从根本上攻克了系统振荡及过负荷造成保护误动的难题。 基于站间逻辑量信息的后备保护技术可实现近后备保护全范围速动,远后备保护延时由1.5s以上缩短至0.5s以内;在原理上保证了对相邻元件故障反应的灵敏性,避免了后备保护拒动导致的重大事故发生;不受系统振荡和过负荷影响,避免了保护误动引发的连锁跳闸和系统性事故发生。   图2 基于站间逻辑量信息一致性特征的后备保护技术 技术发明点2:基于故障模型参数异变特征的主保护技术 现有电气设备主保护仅反应故障外在表现特征,在变压器匝间短路及线路高阻接地等轻微故障情况下,外部故障与内部故障特征差异不明显,易造成保护拒动。为解决上述问题,该项目基于故障的物理本质特征,揭示了故障导致电气设备模型参数变化的机理,利用故障全过程电气量信息,构建了可灵敏反应设备参数变化的故障模型,发明了基于故障模型参数异变特征的主保护技术,显著提升了对轻微故障的反应能力。 发明点2.1:首创了可反应变电站电气设备参数变化的故障模型,从物理本质上消除了非故障因素对主保护灵敏性的影响。 突破主保护仅反应故障外在表现特征的局限,利用设备故障全过程全相电气量信息,建立了对故障高灵敏而对非故障不敏感的模型。关键技术包括:1)发明了基于线路压降-阻抗联合分布的故障网络模型,建立了线路阻抗、过渡电阻及分布电容压降之间的幅值、相位关联关系,创建了仅保留线路阻抗压降分布情况的故障网络模型(如图3所示);2)发明了基于电压磁链方程的变压器故障模型,建立了变压器高、中、低压各侧绕组电压与主磁链、漏磁链的等值平衡关系,消除主磁链的非线性成分,建立了仅反应漏磁链变化的变压器故障模型(如图4所示),从原理上摆脱了分布电容电流、负荷电流、励磁涌流等非故障因素的影响。 发明点2.2:发明了基于故障模型参数异变特征的主保护技术,实现了保护对轻微故障反应能力的大幅提升。 利用站域故障全过程电气量信息,反应故障前后模型参数的变化情况以及三相不一致程度,发明了基于故障模型参数异变特征的主保护技术。关键技术包括:1) 发明了基于阻抗压降变化特征的线路主保护技术,构建了线路压降-阻抗参数关联矩阵,通过实时追踪矩阵中各元素的变化量以及元素间的差异,准确识别故障线路及故障位置(如图5所示);2) 计及CT误差、变压器有载调压对保护的影响,实时计算各相等效漏感参数的突变量及不一致程度,发明了基于等效漏感参数变化特征的变压器主保护技术(如图6所示),显著提升了保护对变压器轻微匝间短路识别的灵敏性。 基于故障全过程电气量信息的主保护技术可以做到变压器匝间短路识别死区由5%降至2%,500kV线路接地故障过渡电阻反应能力由300Ω提升至1000Ω,故障定位误差由5%下降至1.3%。实现了对电气设备轻微故障的灵敏切除,可有效避免事故扩大造成的重大人员伤亡和财产损失。 技术发明点3:站域集中-站间分布式新型保护系统 构建基于故障全过程逻辑量、电气量信息的新型保护系统是对百年历史继电保护模式的重大变革,除满足复杂电网对继电保护的要求外,还需要考虑工程实现的可行性、应用场景的适用性和运行维护的便利性等重大工程应用问题。该项目首创了站域集中-站间分布式的新型保护系统构成模式,实现了与传统保护的有机衔接,可灵活组态适用各种电网应用场景;发明了基于时间序列特征和电气量物理约束的数据校核技术、基于保护关联关系的数据自适应替代技术,为新型保护系统信息交互提供了可靠保障。 发明点3.1:首创了站域集中-站间分布式的新型保护系统构成模式,奠定了新型保护系统在不同电压等级电网推广应用的基础。 该项目创建了“站域集中-站间分布式”的新型保护系统(如图7所示),实现了发明点1和2技术的工程推广应用。关键技术包括:1)发明了以间隔为基本单元的站域集中-站间分布式保护构成模式。间隔单元做到“即插即用”,扩展性强,可灵活组态适用各种电网应用场景;站域主机实现对站内信息的融合与优化利用;相邻站域主机虚拟为变电站间隔单元,实现站间分布对等交互信息。该模式通信链路清晰简捷,易于工程实现;2)发明了新型保护系统与传统保护的集成与自适应转化技术。新型保护系统在传统保护基础上集成故障全过程信息进化形成,在故障信息缺失的极端情况下仍具备传统保护功能。新型保护系统可充分传承传统保护成熟的运维经验,实现了与传统保护之间的有机衔接。   发明点3.2:发明了基于时间序列特征和电气量物理约束的数据校核技术、基于保护关联关系的数据自适应替代技术,保证了新型保护系统的可靠性。 基于新型保护系统构成模式,发明了站域、站间信息交互可靠性保障技术,实现了异常数据的实时校核与缺失数据的自适应替代。关键技术包括:1)发明了基于时间序列特征和电气量物理约束的数据校核技术,在线修正异常采样数据,解决了电气量在采样或传输中出现畸变而影响保护动作性能的难题;2)发明了基于保护关联关系的数据自适应替代技术,在间隔单元CT断线、PT断线等信息源丢失情况下,通过数据互补重构实现缺失数据的自适应替代,保证了保护功能的完整性,有效提升了保护的可靠 四、创新性成果 该项目攻克了传统保护不误动、不拒动无法兼顾的难题,取得了以下关键技术突破: 1、基于站间逻辑量信息一致性特征的后备保护技术,保护最长动作时间缩短至500ms以内,彻底解决了远后备保护拒动,以及受系统振荡和过负荷影响误动的问题; 2、基于故障模型参数异变特征的主保护技术,显著提升了保护对轻微故障的反应能力; 3、站域集中-站间分布式新型保护系统,实现了保护技术在不同电网场景下的广泛应用。
华北电力大学 2021-05-10
关于组织开展吉林省新型研发机构申报工作的通知
为贯彻落实《吉林省加快新型研发机构发展实施办法》(吉政发〔2018〕31号)和《吉林省新型研发机构认定管理办法》(吉科发政〔2019〕356号),加快建设高水平新型研发机构,现就吉林省新型研发机构申报工作有关事项通知如下。
吉林省科技厅 2023-07-07
新型甜米酒生产关键技术研究与产业化
已有样品/n新型甜米酒生产关键技术研究与产业化。  成果简介:该成果明确了甜米酒中小分子糖类组成、有机酸组成、氨基酸组成,分析了甜米酒的滋味特征和气味特征,分离并鉴定了传统孝感酒曲中的优势发酵菌株米根霉和根霉。采用杂粮和糯米复配开发了富含花青素的杂粮甜米酒及其清汁饮料、甜米酒果冻系列产品以及即食酒醪糟羹产品,实现了孝感米酒产品的延伸。该项成果为甜米酒优质原料品种筛选和安全高效、专业、标准化生产。  应用前景:该成果科可用于优质糯稻无公害生产和糯米深加工。年产甜米酒液态产品0.5万吨/年,甜米酒固体产
华中农业大学 2021-01-12
新型起重机及基于物联网的安全监控系统研发
本监控系统通过对起重机重量传感器、幅度传感器、高度传感器及角度传感器等输出数据进行分析处理,实现对塔机工作时起重量、起重力矩、小车幅度、吊钩高度以及回转角度的实时监控,能自动、可靠的保证塔机的工作始终处在该塔机起重性能曲线所限的范围内,一旦探测到可能超载或超力矩时将先预警,直至报警,尽可能的避免因操作者的疏忽或判断失误而造成的安全事故,极大的保证了塔机的安全使用,同时该系统能够实时记录塔机作业中的危险工况,为事故分析处理提供可靠的依据。
南京工业大学 2021-04-13
新型无磷水处理剂聚环氧磺羧酸 (PECS)
水是生命是源泉,是人类生存和发展的条件之一。我国是一个贫水国家,水的供需矛盾就成为我国工农业生产发展的制约因素之一,保护水资源、合理使用水资源和节约水资源成为我国水法的主要目的,也是关系到我国经济可持续发展的关键之一。在我国2000年工业用水占总用水量的18.6%,而在工业用水中80%是循环冷却水,因此节约工业循环冷却水是合理利用水资源的关键之一。各国逐渐认识到提高工业循环冷却水的浓缩倍数是降低工业用水量和污染排放的最好途径,要解决有关问题就是开发和使用水处理药剂,也就是水质稳定剂。我国七十年代后期开始较大规模研究和使用水质稳定剂,逐步在石化、化工、冶金、电力等工业得到了广泛的使用。 我国水处理技术起步较晚,虽然经过“八五”、“九五”攻关在水处理药剂,在水处理剂开发方面达到了较高水平,但是目前在阻垢分散剂方面较好的品种主要有有机膦酸、聚丙烯酸及含膦酸基、磺酸基的二元、多元共聚物等,这些含膦酸基的水处理剂在使用和排放中会产生正磷酸盐影响水体,随着环保和节水意识的加强,“绿色阻垢剂”的概念已经被提出,并成为21世纪水处理剂的发展方向,但是真正“绿色阻垢剂”还在开发之中。因此,在水处理药剂的低磷化、无磷化、环保化方面,在水处理药剂生产的连续化、自动化、标准化方面,水处理药剂生产过程中的监测和控制技术方面相对滞后,影响了我国水处理技术的整体水平,与国际水平存在一定差距,难以适应工业生产和保护水资源日益提高的要求。本专题以我们自主开发的新型无磷水处理剂聚环氧磺羧酸 (PECS)的工业化生产为目标,产品无磷,含有羧酸基、磺酸基和聚醚等多种官能团,产品的阻垢、分散性能优良,所研究建立一套1000T/a的示范工程装置及相应的软件包,可操作性强,对水处理药剂的生产有示范作用,能够提供成套生产技术对国内外进行技术转让。本专题的成功开发,可大大缩短在水处理剂的研究开发、生产方面我国与国外先进水平的差距,极大地提高我国水处理技术的技术水平和技术含量,为保护水资源、节约水资源方面作出一定的贡献。因此本专题具有较大的经济效益和社会效益。4. 设备或产品的应用范围新型无磷水处理剂聚环氧磺羧酸 (PECS)是一新型的水处理药剂,该化合物分子中同时含有磺酸基、羧酸基和醚键等官能团,这些官能团是目前一般水处理剂的活性官能团,该化合物将这些官能团集于一体,利用它们之间的协同作用,使得它具有更好的阻垢、分散性能;同时该产品的无磷和氮,对保护环境有利;并且本产品原材料简单易得,生产成本少,价格低,易被客户接受,容易推广。因此,本产品是一新型的水处理剂,是目前使用的有机膦酸、磺酸等水处理剂的更新换代产品,可在在石化、化工、冶金、电力等行业的工业循环冷却水处理中广泛使用,具有非常好的推广应用前景。
南京工业大学 2021-04-13
新型环境友好杀菌剂聚过氧丙烯酸 (PPAA)
1. 产品的技术指标、参数(a) 产品外观: 淡黄色透明液体
南京工业大学 2021-04-14
高毒性、低阈值VOCs新型光电催化氧化净化技术
所属领域:新能源与节能环保成果介绍:针对化工行业高毒性、低阈值VOCs,研发新型光电催化氧化技术,大大提高VOCs的去除效率,减少污染物的排放。
南京工业大学 2021-04-14
基于虚拟激励法的新型复杂桥梁结构抗震性能研究
该成果建立了新型复杂桥梁结构的虚拟激励法理论,应用该理论针 对三维钢结构拱桥、自锚式悬索桥等复杂桥型进行研究,提出了适合于软土地区的地震动场、自功率谱及相干函数等模型,进行了抗震性能研究,发明了具有很强抗震性能的钢管混凝土腹杆组合箱梁,对于类似桥梁的抗震设计具有重要的参考价值;对拱桥的横向支撑钢管混凝土N型相贯节点进行了理论分析和试验研究,得出往复荷载作用下不同加强形式破坏特征一致的结论,可为大跨径组合桥梁的设计与
天津城建大学 2021-01-12
解析氨酰tRNA合成酶新型剪接异构体结构
分析报道了人类AARS家族成员之一,Tyrosyl-tRNA合成酶 (TyrRS)中的两个新型剪接异构体。这两个剪接异构体分别去除了第2-4个和第2-3个外显子,导致其蛋白产物丧失了原始TyrRS中的催化核心和二聚体相互作用界面部分。但是,随后的生化分析表明,这两个剪接异构体仍能够形成两个具有不同构象的稳定结构。进一步的研究发现,其中一个剪接异构体由于剪接位点而形成了一个全新的Coiled-coil区域,用来形成一个新的二聚体相互作用界面;与此相反,另一个剪接异构体,由于其剪接位点导致的抑制效果,从而趋向形成单体。与大多数TyrRS在各组织细胞中均匀分布不同,这两种新的剪接异构体显示出明显的组织偏好性,其中分别在淋巴细胞中和肺中富集表达,表明它们可能由于聚合状态的差异而具有不同的生物学特性。      该研究结果阐释了人类TyrRS具有复杂的结构可塑性,在不同组织中具有不同的结构重组功能,这为今后研究AARS剪接异构体全新的生物学功能和潜在的疾病医疗效用提供了重要的参考价值。目前,aTyr制药(美国NASDAQ上市公司)正在利用相关研究成果进行转化医学研究,开发新型药物。
南方科技大学 2021-04-13
新型纤维板、密度板防水剂生产技术
Ø 以木质纤维、合成树脂、防水剂为主要原料制成的纤维板,其内部结合点之间仍具有多孔隙,一经吸湿、吸水之后就会引起纤维板的变形、膨胀和强度减弱,就会影响其应用范围和使用寿命,所以纤维板生产过程中必须添加疏水性的物质(即防水剂)进行防水技术处理。纤维板生产中通常采用的防水剂主要是石蜡,用固体石蜡作为防水剂,属于一种阻隔纤维之间孔隙的物理现象,这种现象能改善纤维板的防水性能,但不利于纤维与纤维之间的结合牢度;由于石蜡的导电性、抗张强度、结合力等性能较低,加入到纤维或木片中其吸附作用较弱,因而在纤
北京理工大学 2021-01-12
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