图中我们看到了大量的现场工作电动机。
现在我们来看看电力监控中的时间传递过程:
时间传递的第一步:
从网络拓扑图中我们看到了GPS装置,它获取了标准时间,然后通过RS232接口把标准时间传递给监控主机。这就是时间传递的第一步。
时间传递的第一步的延迟效应不大,在1毫秒以内,因此可以认为时间偏差与标准时间基本一致。
时间传递的第二步:
从网络拓扑图中我们看到,监控主机、监控从机、网络打印机、通信管理机等装置构成了以太网上的各个站点。监控主机通过以太网把标准时间传递给其它装置,这就构成了时间传递的第二步。
时间传递的第二步的传递依靠的是以太网,由监控主机发起对时广播信号让所有的子站对时。
值得注意的是:从监控中心到配电室有一段距离,往往采用光纤传递信息,需要配套以太网光纤收发器,由此给时间传递带来一定的延迟。又因为通信管理机的通信信息处理特别繁忙,当收到广播命令后,需要调用对时中断处理程序,这样又造成一定的时间延迟。因此,通信管理机的时间标签可能会与监控主机的时间标签延后若干毫秒。
时间传递的第三步:
时间传递的第三步由通信管理机通过符合RS485规约的现场总线系统以对时广播命令的形式让所有子站对时。子站收到对时广播命令后,这些继保装置、电力仪表、断路器电子脱扣器、电动机微机保护装置中的单片机立即更新自己的基准时间。
与通信管理机类似,它们也是通过对时中断程序来处理的,会再次造成一定的时间延迟。
最后,这些继保装置、电力仪表、断路器电子脱扣器、电动机微机保护装置等等现场电器设备所保存的基准时间就与GPS的准确时间会有较大的延迟了,严重时会接近10毫秒。
现场电器设备的基准时间被延迟后的结果:
我们知道,当线路中发生短路时,短路电流的最大值出现在短路后10毫秒时,线路中的断路器会在数十毫秒的时间范围内切断短路电流;当线路发生过载时,系统会根据过载的情况延迟一段时间后切断过载电流,这叫做反时限保护:电流越大,反时限保护的跳闸时间就越短。
有时,当短路电流不大时,系统也会起动反时限保护。
当现场电器设备保护动作后,它会把动作信息加上时间标签后上传给电力监控系统。可是上传信息的时间标签不准确,这样一来,就可能会给电力监控系统的故障判断、处理和记录带来一定影响。
一个实例:
在百度上搜一张三相交流电流波形图,如下:
现在我们来设想在低压配电系统中出现了短路故障,电力监控系统采集到的中压侧电流曲线如下:
注意看,其中B相电流和C相电流重叠,而A相电流与B相正好反相,它们相差180度电角度。知道为什么?这说明低压侧的A相出现了单相接地故障。
再看时间。A相的单相接地故障从时刻零开始,到12.7毫秒时为止,之后系统恢复正常。
再来计算电流的大小。从图上看,A相电流的最大值是300A。将300A除以1.414,得到A相电流的有效值为212A。
我们已经知道电力变压器初级电压是10kV,低压侧电压是400V,变比为10000/400=25倍。因此,A相低压侧单相接地故障电流是:25X212=5300A。这个值未达到断路器短路保护的门限,因此断路器未跳闸。
之后,又出现了如下电流记录:
从图上看,低压侧开始是A相出现单相接地故障,随后演化为三相短路,直到断路器切断电路。
事故发生了,现在我们要查记录,发现低压侧记录的故障时间比中压侧记录的故障电流时间要落后5秒。由于期间未见到有其它的短路故障,因此我们认为这两个故障的时间标签虽然不一致,但反应的是同一个故障。
如果期间又发生了多起其它故障,我们想通过时间标签来区分中压记录和低压记录是否是同一个事件,显然要难很多。因此,电力监控一般采用中压系统的故障记录来作为主记录,而低压的故障记录作为参考记录。以此避免出现两难的局面。
这个实例说明,时间标签对于分析故障是多么重要。
电力监控与过程控制
对于工厂企业来说,一般有四套监控系统。其一是电力监控SCADA,它管理和监视的对象是电能供应和配电网及控制设备的稳定运行;其二是过程控制DCS,它负责企业生产过程的工艺流程,及生产过程的自动控制;其三是消防系统FCS,其四是采购、销售、生产调度等系统。
过程控制也有自己的时间系统,也来自GPS。当发生故障后,DCS同样也会记录某台生产机械发生故障的时间,但DCS的时间标签未必会和SCADA一致。当查询故障原因时,若只是一起事故,SCADA和DCS能够将两者的时间标签统一起来。但如果同时发生了许多故障,则问题就很大了,这给故障的分析,乃至于如何消除故障带来许多不确定因素。
可见,准确时间的采集和传递是多么重要的一件事。
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