电力系统安全运行监控.docx
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电力系统安全运行监控
电力系统安全运行监控与事故预警
内容提要
1、安全运行监控与事故预警的必要性
2、利用监控系统降低电力系统的事故率
3、电力安全监控系统
1、安全运行监控与事故预警的必要性
目前，电力自动化系统中与安全相关的内容集中在：
继电保护、LFC等安全自动装置
故障录波等安全分析装置
电气设备在线监测装置
报警信息（异常、故障）处理
上述内容主要是关于电力系统异常、故障的，且侧重于电气元件
目前电力系统安全监控存在的缺陷
•安全监控基础理论之一的可靠性理论无法解释美加大停电中出现的小概率事件
•自动化系统向运行人员提供海量数据
•缺乏安全决策和事故辅助决策
•没有考虑紧急状况下“人”的缺陷对安全决策的影响
•安全科学的理论体系尚未完全形成，缺乏安全监控的理论指导。
、安全科学（续）
•事故学理论的基本出发点是事故，以事故为研究的对象和认识的目标，在认识论上主要是经验论和事后型的安全哲学。
安全科学（续）
事故模型论（因果连锁模型即多米诺骨牌模型、综合模型、轨迹交叉模型、人为失误模型、生物节律模型、事故突变模型）
事故致因理论（事故频发倾向论、能量意外释放论、能量转移论、两类危险源论）
2、安全科学（续）
基于事故学理论，电力系统多年来广泛采用了事故的定性分析方法，即对事故进行详细的调查分析、进行事故规律研究、采用事后型管理模式、执行三不放过原则、注重事故致因研究、强化事后整改对策。
隐患控制理论（重大危险源、重大隐患控制、无隐患管理）。
•在电力系统中，安全检查表、危险点分析、故障类型和影响分析、鱼刺图分析、事件树分析、事故树分析等定性预先型安全性分析方法首先得到应用
•现代安全科学以安全系统作为研究对象，建立了人－物－能量－信息的安全系统要素体系，提出系统自组织的思路，确立了系统本质安全的目标
•现代安全科学从安全系统的动态特性出发，研究人、社会、环境、技术、经济等因素构成的安全大协调系统，更加强调安全系统的人－物－能量－信息四要素，即人的安全素质、设备和环境的安全可靠、生产过程中能量的安全作用、充分可靠的安全信息流。
•现代安全科学尚未形成理论体系
1、在[0,t]内，电力系统发生事故的期望次数等价于同期累计事故率函数值。
2、事故间隔样本⇒事故间隔期的概率分布密度函数⇒事故期望次数⇒预测
⇒若事故间隔期的概率分布密度函数不变，根据年事故次数样本，可以预测电力系统未来某一段时期内的事故期望次数。
利用监控系统降低电力系统的事故率
变电站安全监控系统的特征
•集成和处理设备、环境、人和管理四个方面的知识流
•对各个不同的岗位产生有效的实时安全知识流
•可以进行变电站的事故安全预警与决策
构建变电站安全监控系统的平台
•应该可以方便地实现变电站安全监控系统的典型特征
•实时在线应用的智能管理系统INTEMOR可以满足要求，其特点是：
集成了符号推理、数值计算、不同的知识库系统、实时控制、Internet、通信技术，它有能力处理相互冲突的信息，并且用户很容易更改知识库。
INTEMOR系统处理上述实时知识流，采用正向推理判断事故，采用反向推理寻找事故原因，系统不仅提供了正常运行的状态监视，而且在事故早期给操作人员提供了采取快速恰当行动的措施，解释事故发生的原因和后果，同时提供专家建议和在各种手册/规则中的相关依据
变电站综合自动化基本概念
相关基本概念
•变电站自动化
•变电站综合自动化
•无人值班
•无人值守
•SCADA
•调度自动化系统
•EMS
•EEMS
•RTU
•四遥
•遥视
•事件顺序记录
•事故追忆
•故障录波
•VQC
•小电流接地选线
1、变电站自动化
计算机技术＋变电站系统或设备）||
（通信和网络技术＋变电站系统或设备）||
（其它各种新技术＋变电站系统或设备）
＝变电站自动化
变电站自动化是基于微机的变电站二次系统或设备
2、变电站综合自动化
•变电站综合自动化系统是将变电站的二次设备（包括控制、信号、测量、保护、自动装置、远动等）利用计算机技术、现代通信技术，通过功能组合和优化设计，对变电站执行自动监视、测量、控制和调整的一种综合性的自动化系统
•特点：
功能综合化；设备、操作、监视微机化；结构分层分布化；通信网络化光纤化；运行管理智能化
5、SCADA
•SupervisoryControlAndDataAcquisition
•就是通常意义下的“监控系统”
•实现数据采集、信息显示、监视控制、告警处理、事件顺序记录、数据计算、事故追忆等功能
变电站自动化与无人值班、无人值守的关系
•变电站无人值班是一种管理模式，而变电站自动化则是指变电站自动装置和系统，综合自动化不过是其中一种新型的自动化系统而已
•变电站自动化是无人值班变电站可靠的技术支撑和物质基础，两者的目标都是为了提高供电可靠性和电力工业效益
•不存在固定的依赖和前提关系
6、调度自动化系统
•调度自动化系统借助远动系统收集各个发电厂和变电所得信息，如开关状态、线路潮流等，经过调度分析与决策，对电力系统实施控制和调整，控制和调整命令经过远动系统下送执行
•职能：
控制整个电力系统的运行方式，使电力系统在正常状态下能满足安全、优质和经济地向用户供电的要求；在缺电状态下做好负荷管理；在异常和事故状态下迅速恢复正常供电
9、RTU
•在发电厂、变电所内按远动规约完成远动数据采集、处理、发送、接收以及输出执行等功能的设备称为远动终端（RemoteTerminalUnit，即RTU）
10、四遥
•遥测，又称远程测量（Telemetering），是指运用远程通信技术传送被测参量的测量值
•遥信，又称远程信号（Telesignal、Teleindication），是对状态信息的远程监视
•遥控，又称远程切换（Teleswitching），是指对具有两个确定状态的运行设备所进行的远程操作
•遥调，又称远程整定（Teleadjusting），是指对具有不少于两个设定值的运行设备进行远程操作
11、遥视
•利用音频技术、视频技术或其它安防技术实现对变电站运行环境的监控
12、事件顺序记录
•SOE、SER
•按照时间顺序记录事故、故障和异常的发生情况
•对远动主站而言，事件顺序记录特指保护跳闸及其相关信息
•由于对时的原因，事件顺序记录在站内应用较好，但站间的应用效果很差
13、事故追忆
•记录断路器事故跳闸前后一段时间内模拟量的有效值变化过程
•有的系统可以每周波记录一次有效值；有的系统等间隔记录一次有效值
•由于CT饱和特性的限制，事故追忆仅仅具有参考价值
14、故障录波
•记录断路器事故跳闸前后一段时间内电压、电流、频率等模拟量的故障波形（动态）
•有相关的国家标准
15、VQC
•电压无功控制
•实现变电站或局部电网的补偿设备自动投切或调整，以及变压器分接头的自动调整
16、小电流接地选线
•在小电流接地系统中，如果发生单相接地故障，可以自动判断是哪回线路发生了单相接地
电力自动化基本理论
常用基本原理
•1、分层原理
•2、分布式系统
•3、PCM
•4、采样定理及其应用
•5、有效信息流
•6、滑动监控窗口
•7、冗余容错技术
一、分层原理
•层：
按纵向划分的结构上相对独立、功能上也相对独立的部分
•一个复杂系统按纵向可以划分成很多层：
分层原理
要求：
•各层结构上相对独立、功能上也相对独立
•层与层之间的接口应该尽可能简单、接口信息量应该尽可能小
•下层为上层提供服务
•上层在下层的基础上实现更高级的功能
层与模块：
•模块是同一层中（横向）结构和功能相对独立的部分
•每一层可以划分成多个模块
•模块划分原则：
各模块结构上相对独立、功能上也相对独立；模块间的接口应该尽可能简单、接口信息量应该尽可能小
•电力系统为什么要采用分层监视与控制？
复杂大系统
有功功率和无功功率动态平衡
PG≡PLD+∆P⇒f
QG≡QLD+∆Q⇒υ
⇒不可能在同一地点对电力系统进行监视控制，也不可能在同一时间对整个电力系统的自动化同时建设
电力系统分层调度
典型的分层变电站自动化系统
硬件分散性
•H1：
只有一个控制单元的单个CPU
•H2：
有多个ALU的单个CPU，只有一个控制单元
•H3：
分开的专用功能单元，比如带一个浮点协处理器的CPU
•H4：
带多个CPU的多处理机，但只有一个单独的I/O系统和一个全局存贮器
•H5：
带多个CPU的多计算机，多个I/O系统和多个本地存贮器
控制分散性
•C1：
单个固定控制点。
（可能有多个CPU）
•C2：
单个动态控制点。
控制器在多个CPU间切换
•C3：
固定的主/从结构
•C4：
动态的主/从结构
•C5：
使用同一控制器副本的多个同类控制点
•C6：
使用不同控制器的多个异类控制点
数据分散性
•D1：
集中式数据
•D2：
含有单一集中式目录并且没有本地目录的分布式文件
•D3：
每个站点都有复制数据
•D4：
有一个主结构的分区数据库，主结构保存所有文件的一个完全副本
•D5：
有一个主结构的分区数据库，主结构仅保存一个完整的目录
•D6：
无主结构文件或目录的分区数据库
集中、分布、分散？
•通俗地讲，如果一个自动化系统的部件局限在一个地方，它就是集中的；如果其部件在不同的地方，它就是分散的；当一个分散式系统不存在或仅存在有限的协作时，它是网络的；当一个分散式系统存在紧密协作时，它是分布的
分布式系统的属性
•任意数目的进程
•任意数目的自治处理单元
•通过消息传递的通信
•进程协作
•通信延迟
•资源故障独立
•故障化解
•四、采样定理
采样定理应用之一：
确定监视周期
•监控终端监视的量：
稳态量、暂态量。
稳态量的变化缓慢，暂态量变化迅速
•监视周期：
若在监控系统的输出设备上观察到的等间隔采样值序列能够在给定的误差范围内确定被监视量，则该采样值序列的最大时间间隔称为被监视量的监视周期
•实时性：
监视周期的要求
采样定理应用之二：
时分多路复用
“话路”的基本概念
•PCM的概念是法国工程师AlecReeres于1937年提出，它由采样、量化和编码三个步骤组成。
•模拟话音经防混叠的低通滤波器限带（300-3400Hz），然后以8kHz频率将其采样、量化和编码成二进制数码。
对于电话通道，规定其采用值编码为8位，共有256个量化级。
这样每个数字话路的标准速率为64kbit/s
“话路”的基本概念
•尽管现在通过压缩编码，可以使在可接收的信噪比的前提下一路电话信号的通信速率降低到16kbit/s、8kbit/s，但是人们仍然习惯上将64kbit/s称为一个话路带宽，简称一个“话路”。
•n个64kbit/s的话路可以合并成一个更大带宽的信道，称为n×64kbit/s信道
E1的基本概念
•采用与欧洲标准相同的PCM30/32路的帧结构（称为E1基群）
•帧长度Ts＝1/8kHz=125μs。
一帧分为32个时隙，其中30个时隙供30个用户（即30个话路）使用，即TS1-TS15和TS17-TS32为用户时隙。
TS0是帧同步时隙，TS16是信令时隙
•E1遵守G.703（ITU-T的分层数字接口标准之一），参见《电力遥视系统的理论与实践》
•PCM30/32系统位速率为
RBP＝fs×N×n=8000×8×32=2048kbit/s
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