繼電保護中傅里葉算法的應用

  1.前言

  在微機保護裝置中,首先要對反映被保護設備的電氣量(電壓、電流)進行采集,然后對這些采集的數據進行數字濾波,再對這些經過數字濾波的數字信號進行數學運算、邏輯運算,并進行分析判斷,最終輸出跳閘命令、信號命令或計算結果,以實現各種繼電保護功能。目前,實現模擬量計算幅值的算法有很多,而傅立葉算法在微機保護中作為計算信號幅值的算法被廣泛采用,不但可以求出各次諧波分量的幅值和相角,而且具有一定的濾波作用,可有效濾除恒定直流分量和各正次諧波分量。

  2.傅里葉算法原理

  那么,到底什么是傅里葉變換算法?傅里葉變換(Fourier transform)是一種線性的積分變換。因其基本思想首先由法國學者傅里葉系統提出,所以以其名字來命名以示紀念。

  傅里葉變換一般分為連續傅里葉變換和離散傅里葉變換,電力系統中電氣量(電壓、電流)在進入微機保護裝置后,軟件通過AD對模擬量進行固定采樣頻率的等間隔采樣,會得到一組周期性的離散信號,我們以此信號來計算出相應幅值和相角。因此,這里應用的是離散傅里葉變換,其變換公式如下:

  傅氏算法的基本思路來自傅里葉級數,一個周期函數滿足狄里赫利條件,就可以將這個周期函數分解為一個級數,即一個周期性函數可以分解為直流分量、基波分量及各次諧波的無窮級數,如下表示:

  據傅氏級數的原理,可以求出 、 分別如下:

  上述公式中 表示基波角頻率; 和 分別是各次諧波的正弦和余弦的幅值,其中比較特殊的有: 表示直流分量, 表示基波分量正、余弦項的幅值。根據上述公式計算各次諧波時,是通過對余弦各值進行周期性的累加,所以就消除了直流分量 的影響。

  已知獲得的各次諧波的正弦和余弦的幅值 和 ,即可得到諧波有效的幅值及應用相角θn。

  3.軟件實現

  軟件通過AD對模擬量進行固定采樣頻率的等間隔采樣,設每周波采樣點為N,即w1=2π/N,采樣次數為k。 和 可變換為:

  這里我們來計算信號的基波分量,首先求出基波分量(n=1)的實部和虛部 。以我公司最新繼電保護裝置為例,采用32位高性能SoC嵌入式微機處理器,大容量的RAM和Flash Memory,高精度AD,每周波采樣點數N=128,則每周波采樣值分別是i0、i1、i2……i127,同時其對應的基波正弦和余弦系數如下表所示。

  基波正弦和余弦系數(N=128)

  根據上述公式,進行基波正、余弦的系數累計相加,于是可得:

  由此即可進一步計算出相應的幅值和相位。

基礎軟件開發部 羊陽

許昌智能順利通過QES三體系監督審核

  2019年12月28日,中聯認證中心(北京)有限公司派出以魏彥君為組長的審核組,在許昌智能繼電器股份有限公司(以下簡稱公司)開展為期三天的質量、環境、職業健康管理三體系審核。

  公司各部門按照審核計劃要求提前準備好各項資料,積極全面配合專家組審核。專家審核組依據GB/T19001-2016/ISO9001:2015、GB/T24001-2016/ISO14001:2015、GB/T28001-2011/OHSAS18001:2007審核標準,通過文件記錄抽查、現場查看及與各部門溝通的方式,分別對工控事業部、安全質量部、商務中心、技術中心、保護自動化事業部及物資管理部等部門的體系運行情況進行監督審查;對與客戶的有關過程、相關方、內外部環境、風險識別、應對風險的措施及實施情況等多方面進行審核。

魏老師現場審核

陳老師現場審核

  12月30日,監督審核末次會議順利召開。會上,審核小組對此次審核的情況進行總結,審核組一致認為:公司管理體系在認證范圍內作為一個整體持續具備符合性、有效性和適宜性,公司管理體系運行有效,同意繼續保持公司三體系認證注冊資格。

末次會議

  常務副總代表公司管理者對審核專家組的辛勤工作表示感謝,并表示:每年一度的三體系監督審核不僅是對公司三體系的實際運行情況進行一次全面考核,更是對提升公司的管理水平、增強核心競爭力提供了助力。公司會繼續加強內部管控,將三體系落實到企業管理中去。

  同時常務副總要求:針對本次監督審查中開具的不合格和其他問題清單,公司各部門要認真落實專家組提出的整改意見和要求,進一步加強體系文件的學習和理解,嚴格按照體系文件的規定開展各項工作,確保公司質量、環境、職業健康管理體系持續有效運行,促進公司的管理水平和產品質量全面提升。

科技部 劉允培

不斷進取——許昌智能依托云平臺助力變電站運維

我公司智能變電站運維系統始于2016年2月,歷經三年多的發展,目前依托云平臺服務對運維系統重新構架,實現了云平臺智能變電站系統運維,實現用戶變電站的在線上云、綜合托管、一鍵式運維等工作。

1、針對項目的定制

如下圖所示,針對鄭州鐵路項目要求,基于云平臺的基礎構架,定制化開發的鄭州鐵路鄭洛、鄭開線路的鐵路運維平臺。該運維平臺實現了鐵路沿線全部站點數據的可視化、設備托管的自動化、異常報警的監視、站點運行情況的報送等。

圖1:鄭州鐵路監控系統

圖2:鄭州鐵路監控系統

  2、實現項目的托管

用戶可根據需求搭建自己的運維服務平臺,也可將變電站項目交付我公司進行托管。我公司協助第三方用戶進行管理,實現用戶數據的上云服務,保證用戶數據的安全性,并為用戶提供相應的專業數據分析服務、運行狀態的監控、報警通知、報表生成等服務。并且用戶可根據需求定制化開發其需要的其他功能,如小程序、APP、短信報警通知等。

圖3:許昌智能運維云平臺

圖4:許昌智能運維云平臺

  3、專業的團隊

我公司擁有專業的運維系統研發團隊,已從事智能化變電站行業、能源管理行業研究多年,積累了雄厚的項目技術經驗。未來依托云平臺,公司定能為客戶提供更加專業、精準、貼心的服務。

系統研發部 張長煒

速度與激情——許昌智能2019冬季長跑運動會順利舉行

  12月21日,許昌智能黨委、團委、工會在公司新廠區內聯合組織許昌智能2019冬季長跑運動會,公司各部門員工積極報名參加。未參賽的員工自發組成后勤保障小組、啦啦隊,為參賽選手保駕護航、加油助威。

  比賽前,裁判員首先給參賽選手講解比賽的注意事項。隨著一聲號令,比賽于10點30分正式開始。整個賽場頓時沸騰起來,加油助威聲此起彼伏,為寒冷的冬天帶來一股暖意。比賽全長5.2公里,參賽選手們滿面春風、熱情似火,展現出努力拼搏、永不服輸的精神。在一陣陣加油助威聲下,每位參賽選手都堅持完成了比賽。工會領導為取得優異成績的選手頒發了豐厚的獎品,對他們不服輸、不放棄的精神予以肯定、贊揚。

  許昌智能一直以來都高度重視員工的身心發展,組織各類活動豐富員工的業余生活。此次冬季長跑運動會增進了各事業部、各部門之間交流,營造了健康向上、文明和諧、團結奮進的工作氛圍,增強了員工的競爭意識,展現了許昌智能員工朝氣蓬勃、積極向上的精神風貌,為公司2020年打造“精品工程年”拉開序幕。

財務部 吳健楠

許昌智能順利通過兩化融合管理體系貫標認證

  近日,許昌智能順利通過國家工業和信息化部《信息化和工業化融合管理體系要求》(GB/T23001-2017)體系認證,獲得由國家工信部頒發的“兩化融合管理體系貫標評定證書”,標志著公司在推進信息化和工業化深度融合方面取得顯著成效。

  2018年11月,公司正式啟動了兩化融合管理體系。公司嚴格按照《信息化和工業化融合要求》及《信息化與工業化融合管理體系評定管理辦法》要求,成立以公司CEO為組長,以常務副總為管理者代表,以各部門責任人為成員的兩化融合管理體系貫標工作組,主導兩化融合管理體系的導入與貫標落實工作。經過九個月的時間,公司完成了“產供銷財一體化管理能力”打造,經過一系列管理評審、專家評審、專家委員會復核和公示等環節,最終通過管理體系認定。

  公司自成立以來,高度重視信息化建設工作,同時結合自身的業務特點,在生產設計、經營管理、決策部署等各個層面,充分利用現代化的信息技術和信息設備,來提高企業的信息化管理和精細化管理水平。今后,公司將以此次兩化融合管理體系認證為契機,持續提升產供銷財一體化管理能力,加快企業兩化融合進程,不斷獲取企業轉型升級和快速發展所需的可持續競爭力,為公司的二次創業發展提供支撐。

綜合管理部 韓少星

過流加速保護解析

  首先搞清楚“加速”名詞之由來。加速是一個形象的說法,也就是當故障發生時(可能是永久性,也可能是瞬時性),都應使得繼電保護加速動作、斷路器加速跳閘、故障加速切除。
  
  在架空線路里,時常會出現倒桿、斷線、絕緣子損壞或擊穿等情形,由此引起線路的永久性故障(即真實性故障)。而更多時候,由于鳥落、樹枝影響、雷電閃絡、刮風短時碰線的影響,架空線路會出現瞬時故障(或“假性故障”),其發生比例大致為60%~90%,若線路因此而真實跳閘,顯然不值得。于是,自動重合閘就順勢誕生了。加速是通過一個加速繼電器來完成的,即跳開一些瑣碎環節,直接讓斷路器瞬時跳閘。若在定時限動作之前,就進行斷路器的加速動作、瞬時跳閘,則為“前加速”,反之為“后加速”。PMF710L過流加速保護動作邏輯如下圖:

  所謂前加速,顧名思義,一旦線路發生任何故障,“加速保護”即發揮作用,立刻讓繼電保護去加速電流保護,造成斷路器無選擇性的、無條件的瞬時跳閘,即刻切除故障,然后重合閘進行一次重合:若為瞬時故障則重合成功,線路繼續運行;而一旦為真性故障(即永久性故障),則保護帶時限的、有選擇性的動作,從而切除該永久故障。

  由此可見,前加速可以快速地切除假性故障(即瞬時性故障),使其不至于發展為真性故障,這樣就提高了重合閘的成功率。但是斷路器的工作條件惡劣,動作次數多,而且對于永久性故障,故障切除時間可能很長。

  在35kV以下的系統,非選擇性跳閘一般影響不太大,所以此時的發電廠或重要變電所的直配線路上,需要使用自動重合閘的前加速,以便快速切除故障,保證母線電壓。

  所謂后加速,顧名思義,當線路一旦發生任何故障(不論真假),“加速保護”暫時不發揮作用,而是保護帶時限的、有選擇性的動作,從而切除故障,然后重合閘進行一次重合:若為瞬時故障,則重合成功,線路繼續運行;而一旦為真性故障(即永久性故障),則“加速保護”立馬發揮作用,瞬時切除故障。
  
  由此看見,后加速第一次可以選擇性地(一般帶有延時)切除故障,不會擴大停電范圍,尤其能保證永久性故障可以選擇性地得以切除。其缺點是第一次切除故障(不論真假)時,可能帶有一定延時。

  在35kV以上的系統,選擇性的要求更為嚴格,因此多采用自動重合閘的后加速功能;而且為了做到選擇性,串聯線路上的每處斷路器都要投入重合閘保護(而前加速只是在最上端處安裝一套即可)?!昂蠹铀佟本褪牵ó敒橛谰眯怨收蠒r)斷路器動作于重合閘時,其保護是加速的、不帶延時的、瞬時的。

  通俗點可以這么理解:電力系統里選擇性和可靠性都很重要;可靠性,多針對本地區、本部門、本單位的供電而言,而選擇性的“眼界”要廣泛一些,多針對全部觀念,不可因為本地區、本單位的故障而影響全局,必須選擇性地“拿掉”故障回路而保證全局的其他大多數。因此,二者有時就是一對矛盾:有時為了選擇性,就得犧牲可靠性;而為了可靠性,經常就顧不上選擇性了(如低壓系統里的消防回路)。前加速首先是講可靠性,后加速是首先講選擇性,電壓級別越高,其用戶面越大,則選擇性則更為重要一些(不可因為局部故障而影響全局),故更高壓的多為后加速。

市場支持中心 李富亮

PMF720D保護裝置電動機啟動時過流I段保護異常釋疑

  PMF720保護裝置操作回路與普通斷路器典型接線圖如圖1所示,當有故障量超出對應整定定值時保護跳閘繼電器出口動作,即BTJB閉合;隨后,當故障量消失或小于整定定值時,BTJB斷開。由圖1易知,當BTJB閉合時,KL—XB2—303—BTJB—TBJ—306—TQ—KN構成完整回路,跳閘保持繼電器TBJ開始工作;由TBJ電氣參數易知,TBJ絕對動作(TBJB閉合)的條件需滿足BTJB閉合時間大于15ms,跳閘保持繼電器TBJ電氣參數見表1。當TBJB閉合后,KL—301—TBJB—TBJ—306—TQ—KN構成完整回路,斷路器跳閘線圈持續工作,直至斷路器跳開切斷回路。

圖1 PMF720操作回路典設圖

表1 跳閘保持繼電器部分參數

  某現場電動機合閘啟動時,PMF720D微機電動機保護測控裝置報過流I段保護動作,且斷路器有時能跳開有時不能跳開。
  分析如下:
  檢查裝置設置參數,發現電動機啟動壓板未投入;過流I段保護整定定值為22.06A。
  某次保護裝置報過流I段保護動作、斷路器未跳開的故障錄波如圖2所示,由圖可知電動機合閘啟動后A相電流開始增加,大于整定定值(22.06A)且持續一段時間后減少到小于整定定值。A相電流大于整定定值時,跳閘出口動作,即BTJB閉合;A相電流小于整定定值時,跳閘出口返回,即BTJB斷開;由圖2可知保護跳閘繼電器BTJB閉合時間為5ms,其閉合期間跳閘保持繼電器TBJ開始工作。

圖2 過流I段保護故障波形a

  某次保護裝置報過流I段保護動作、斷路器跳開的故障錄波如圖3所示,其過程與圖2相同;但圖3保護跳閘繼電器BTJB閉合的時間為7.5ms。
  前文可知TBJ絕對動作的條件需滿足BTJB閉合時間大于15ms,當BTJB閉合時間不足15ms時,TBJ工作后,TBJB是否閉合隨著BTJB閉合時間的不同而不同。
  斷路器跳開需跳閘線圈工作一定的時間,因各廠家參數而異,但通常都會大于20ms。由圖2可知,BTJB閉合后,TBJB未閉合,回路KL—XB2—303—BTJB—TBJ—306—TQ—KN存在5ms,即斷路器線圈只能工作5ms,不滿足斷路器跳閘條件。由圖3可知,BTJB閉合后,TBJB閉合,回路KL—301—TBJB—TBJ—306—TQ—KN一直存在,直至斷路器跳開。

圖3 過流I段保護故障波形b

  對于電動機保護,由于電動機每次啟動時均會有不同的尖峰電流,若尖峰電流過大則會造成啟動失敗,建議投入電動機啟動壓板,在啟動階段暫時將過流定值自動提高,避過尖峰電流,確保啟動成功;對于非電動機保護,若現場工況復雜,有可能出現類似的故障電流,建議軟件調整保護跳閘繼電器出口動作延時展寬,則可確保無論故障電流時間長短,均能使斷路器跳閘。

基礎硬件開發部 汪戰魁

努力拼搏鑄精品——農業路快速通道BRT無軌電車工程鄭州東站圓滿交付

  2019年12月初,許昌智能繼電器股份有限公司生產的2套模塊化箱式變電站在鄭州東站成功完成組裝調試,標志著農業路快速通道BRT無軌電車項目鄭州東站核心供電工程順利完工。

  農業路快速通道BRT無軌電車供電工程,屬于軌道交通的范疇。該工程路線西起雄鷹路,東至鄭州東站,全長20公里,全線架設供電接觸網的路段為高架路段,約13公里,其他路段車輛采取脫網電池驅動行駛,建成后將采用雙源無軌電車。

  該項目所使用的許昌智能箱式變電站,采用了具有自主知識產權的“KED系列牽引供電直流成套開關設備”,該設備直接為接觸網及無軌電車提供直流電源,是無軌電車系統最為核心的供電設備。這也是“KED系列牽引供電直流成套開關設備”繼鄭州地鐵之后,在鄭州市公共交通領域取得的又一項成績。

  2019年距離鄭州公交電車開通已經40年。2010年鄭州最后一班104電車在紫金山橋下停運,從此電車成為一代鄭州人的獨家記憶。如今“大辮子”電車的回歸,符合國家節能減排的方針政策,既可以低碳出行,又帶有滿滿的老鄭州的回憶,成為鄭州一道獨特的風景線。

  本次直流箱式變電站的供貨,歷經多次溝通交流、現場考察,許昌智能的專業化水平得到鄭州市交委和公交總公司的肯定和認可。產品順利供貨投運,未來將默默的為“大辮子電車”提供源源不斷的、可靠的電力保障。許昌智能,品質先行,農業路快速通道BRT無軌電車供電工程是許昌智能打造精品項目的又一次展現,許昌智能將竭盡所能為市民出行保駕護航!

總控計劃 魏作府

激情與夢想同行——許昌智能與北京冬奧同在

  2022年冬奧會延慶賽區外圍綜合管廊工程是為保障冬奧會延慶賽區造雪用水、生活用水、再生水排放、電力、電信、有線電視轉播等市政能源需求的重要市政基礎設施,被稱作賽區的“生命線”,后續將為冬奧會四個主要基地和場館提供有效安全運行保障。

  2019年12月2日,北京冬奧會延慶賽區綜合管廊配套電力工程正式送電投運,許昌智能繼電器股份有限公司(以下簡稱許昌智能)作為該工程1#支洞、3#支洞、4#支洞、基坑中心配電室、綜合監控中心的高低壓電力設備供應商,以優質的電力產品保證了電力的配變輸送。該項目使用了許昌智能自主設計生產制造的KYN28A-12型高壓開關柜、MNS型低壓開關柜、XJZN-S-HXGN-12(V、C)氣體絕緣環網柜、PMF720系列微機綜合保護測控裝置、PMF632B多功能儀表等一二次產品。產品在現場運行可靠,保證了冬奧會綜合管廊工程的用電需求。

  北京冬奧會的舉辦推動了歷史悠久的中華文明同世界各國文明交流互鑒,寄托著奧林匹克運動的圣潔理想,同時寄托著一個古老民族偉大復興的夢想。許昌智能作為北京冬奧會延慶賽區“生命線”的電力設備供應商,能為冬奧會的舉辦推進助力,是許昌智能的驕傲。許昌智能預祝2022年冬奧會圓滿成功,祝偉大的祖國繁榮昌盛!

質控部 謝尊青