谷  君，聞  宇，呂立平，許沖沖

　　(國(guó)網(wǎng)北京電力科學(xué)研究院，北京100075)

　　摘  要： 基于ADPSS仿真系統(tǒng)搭建了繼電保護(hù)裝置物理閉環(huán)試驗(yàn)仿真平臺(tái)，依托該平臺(tái)針對(duì)某廠家變壓器保護(hù)裝置，進(jìn)行了變壓器區(qū)內(nèi)、外故障，轉(zhuǎn)換性故障，空載合閘等試驗(yàn)項(xiàng)目，通過(guò)分析試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了保護(hù)裝置動(dòng)作邏輯的正確性與實(shí)用性。同時(shí)，該平臺(tái)還可以應(yīng)用在故障分析、人員培訓(xùn)等方面，進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。

　　關(guān)鍵詞： ADPSS；變壓器保護(hù)；閉環(huán)測(cè)試；區(qū)內(nèi)、外故障；勵(lì)磁涌流

0 引言

　　繼電保護(hù)裝置作為保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的第一道防線，是否能自動(dòng)地、迅速地、有選擇性地將故障從電力系統(tǒng)中切除，是保障電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。在保護(hù)裝置投入電網(wǎng)運(yùn)行前，對(duì)其邏輯功能進(jìn)行測(cè)試及驗(yàn)證就顯得尤為重要。但在實(shí)際系統(tǒng)上做保護(hù)試驗(yàn)極為困難，將對(duì)電網(wǎng)造成巨大沖擊。而僅靠電力系統(tǒng)離線計(jì)算分析又不能真實(shí)反應(yīng)電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況，因此更多的是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行各種試驗(yàn)，如通過(guò)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬裝置、數(shù)?；旌戏抡婊蚶^電保護(hù)測(cè)試儀等裝置等進(jìn)行試驗(yàn)。

　　本文基于ADPSS仿真系統(tǒng)搭建繼電保護(hù)裝置物理閉環(huán)試驗(yàn)仿真平臺(tái)，利用仿真系統(tǒng)對(duì)測(cè)試地區(qū)全網(wǎng)進(jìn)行電磁暫態(tài)或機(jī)電暫態(tài)—電磁暫態(tài)混合仿真建模，真實(shí)地反映測(cè)試地區(qū)電網(wǎng)一次系統(tǒng)的運(yùn)行情況。通過(guò)配置物理接口，使被測(cè)繼電保護(hù)裝置的輸入、輸出電氣量與仿真系統(tǒng)有序地對(duì)應(yīng)起來(lái)，即完成接入點(diǎn)模型與物理接口裝置、繼電保護(hù)設(shè)備的通道映射關(guān)系，從而保證試驗(yàn)的真實(shí)有效性，可以對(duì)即將接入電網(wǎng)的保護(hù)裝置進(jìn)行入網(wǎng)測(cè)試，驗(yàn)證其保護(hù)定值及其動(dòng)作邏輯是否合理，從而提高繼電保護(hù)裝置的可靠性，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 技術(shù)方案

　　1.1 仿真系統(tǒng)的選擇

　　從國(guó)內(nèi)應(yīng)用情況來(lái)看，在各種實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng)中，以RTDS和ADPSS這兩種仿真系統(tǒng)應(yīng)用較多。RTDS系統(tǒng)的仿真規(guī)模與rack的硬件數(shù)量有關(guān)，且rack價(jià)格昂貴，一個(gè)rack價(jià)格在30萬(wàn)美元左右。而就目前的技術(shù)，一個(gè)rack最多能計(jì)算48個(gè)電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)。因此，電網(wǎng)規(guī)模越大，需要配置的rack模塊越多，投資越大。ADPSS系統(tǒng)基于當(dāng)前先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電暫態(tài)和電磁暫態(tài)混合仿真系統(tǒng)，大大突破了以前的仿真規(guī)模。因此，本文選用ADPSS仿真系統(tǒng)搭建繼電保護(hù)裝置物理閉環(huán)試驗(yàn)仿真平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱平臺(tái)）。

　　1.2 平臺(tái)搭建

　　平臺(tái)由五大部分組成，分別為仿真機(jī)群、物理接口箱、功率放大器、錄波儀以及被測(cè)物理裝置，連接如圖1所示。

　　物理接口箱1 000 M網(wǎng)口通過(guò)RJ-45網(wǎng)線與仿真機(jī)群服務(wù)器的網(wǎng)卡相連。仿真機(jī)群服務(wù)器通過(guò)網(wǎng)線為物理接口箱提供了通道，實(shí)現(xiàn)物理接口箱與仿真機(jī)群之間的數(shù)據(jù)交互，使系統(tǒng)中的仿真變量與被測(cè)裝置的輸入輸出電氣量有序地對(duì)應(yīng)起來(lái)，能夠在實(shí)時(shí)仿真中保證物理接口輸入輸出通道的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，形成對(duì)二次設(shè)備閉環(huán)試驗(yàn)的測(cè)試能力。同時(shí)，物理接口箱通過(guò)接線端子與功率放大器、外部物理裝置及錄波儀等連接，這樣就在機(jī)群和外部物理裝置之間建立了信號(hào)交互的通道。

2 變壓器保護(hù)測(cè)試

　　2.1 試驗(yàn)系統(tǒng)

　　根據(jù)《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)產(chǎn)品動(dòng)模試驗(yàn)》的要求，利用該平臺(tái)對(duì)某型號(hào)數(shù)字式變壓器保護(hù)裝置進(jìn)行閉環(huán)試驗(yàn)，來(lái)檢驗(yàn)其技術(shù)性能指標(biāo)是否符合相關(guān)規(guī)程及電網(wǎng)運(yùn)行的要求。通過(guò)在仿真模型中設(shè)置各種故障形式，包括區(qū)、內(nèi)外故障、轉(zhuǎn)換性故障、變壓器涌流等情況，完成仿真裝置動(dòng)作邏輯正確性的校驗(yàn)，并可以針對(duì)保護(hù)裝置出口跳開(kāi)仿真模型中的斷路器、故障隔離后的系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行研究分析。

　　根據(jù)實(shí)際電網(wǎng)參數(shù)在ADPSS系統(tǒng)上建立被測(cè)試電網(wǎng)中某變電站220 kV三繞組變壓器模擬系統(tǒng)，該變壓器為YYD接線，額定容量200 MVA，有載調(diào)壓，額定電壓220±8×1.25% /115/10.5，如圖2、圖3所示。變壓器故障點(diǎn)分別為K1、K2、K3，K4、K5、K6、K7、K8。

　　2.2 試驗(yàn)項(xiàng)目

　　根據(jù)保護(hù)定值單對(duì)被測(cè)變壓器保護(hù)裝置進(jìn)行設(shè)置，依據(jù)《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)產(chǎn)品動(dòng)模試驗(yàn)》，對(duì)變壓器區(qū)內(nèi)、外故障、發(fā)展性故障、轉(zhuǎn)換性故障、空載合閘等項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)測(cè)。

　?。?）金屬性單相接地（K1點(diǎn)）

　　在K1點(diǎn)設(shè)置A相金屬性接地故障，對(duì)變壓器而言為區(qū)內(nèi)故障，故障錄波圖如圖4所示，圖中所示分別為高壓側(cè)三相電壓、電流、高壓側(cè)斷路器三相的狀態(tài)及保護(hù)裝置動(dòng)作信號(hào)，可以看出發(fā)生變壓器區(qū)內(nèi)單相接地故障后，保護(hù)裝置迅速動(dòng)作。

　　（2）金屬性兩相短路接地（K1點(diǎn)）

　　在K1點(diǎn)設(shè)置A、B兩相金屬性接地故障，對(duì)變壓器而言為區(qū)內(nèi)故障，故障錄波圖如圖5所示，可以看出發(fā)生變壓器區(qū)內(nèi)兩相接地故障后，保護(hù)裝置迅速動(dòng)作。

　?。?）金屬性單相接地（K4點(diǎn)）

　　在K4點(diǎn)設(shè)置A相金屬性接地故障，對(duì)變壓器而言為區(qū)外故障，故障錄波圖如圖6所示，可以看出發(fā)生變壓器區(qū)外單接地故障后，保護(hù)裝置不動(dòng)作。

　?。?）區(qū)外轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)故障

　　K5點(diǎn)B相接地故障經(jīng)20 ms轉(zhuǎn)為K2點(diǎn)A、B相短路接地故障，對(duì)變壓器而言為區(qū)外轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)故障，故障錄波圖如圖7所示，可以看出在轉(zhuǎn)換為區(qū)內(nèi)故障后，保護(hù)裝置迅速動(dòng)作。

　?。?）經(jīng)過(guò)渡電阻短路

　　在K1點(diǎn)設(shè)置A相經(jīng)過(guò)渡電阻接地故障，電阻=100 Ω，故障錄波圖如圖8所示，可以看出在區(qū)內(nèi)故障且經(jīng)過(guò)渡電阻的情況下，保護(hù)裝置正確動(dòng)作。

　　（6）變壓器合閘于故障

　　變壓器在空載狀態(tài)下，在K1處設(shè)置A相接地故障，手合高壓側(cè)開(kāi)關(guān)，故障錄波圖如圖9所示，可以看出此時(shí)保護(hù)裝置正確動(dòng)作。

　?。?）調(diào)節(jié)變壓器分接頭

　　模擬改變變壓器分接頭造成差動(dòng)回路電流不平衡，變壓器分接頭調(diào)節(jié)范圍為±12.5%，將其調(diào)至5檔，此時(shí)又發(fā)生變壓器高壓側(cè)區(qū)外A相接地故障，錄波圖如圖10所示，可以看出此時(shí)保護(hù)裝置不動(dòng)作。

　?。?）區(qū)外連續(xù)故障

　　模擬區(qū)外K4點(diǎn)連續(xù)發(fā)生3次A相接地故障。故障持續(xù)時(shí)間為200 ms，間隔1 000 ms，故障錄波圖如圖11所示，可以看出此時(shí)保護(hù)裝置不動(dòng)作。

　?。?）變壓器過(guò)激磁

　　升高變壓器高壓側(cè)電源電壓至1.3倍額定電壓，造成變壓器過(guò)激磁，故障錄波圖如圖12所示，保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作。

　　（10）變壓器空載合閘

　　當(dāng)變壓器空載合閘時(shí)，由于鐵心中的磁通不能突變，將產(chǎn)生數(shù)值較大的勵(lì)磁涌流，其峰值可達(dá)額定電流的6~8倍[1]，引起較大的差流，容易引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，通常采用二次諧波制動(dòng)[2]、間斷角原理[3]、波形對(duì)稱[4]等方法防止保護(hù)裝置誤動(dòng)。該型號(hào)裝置采用諧波或波形畸變的方法閉鎖涌流，且兩種方法可選。

　　本次空投實(shí)驗(yàn)采用二次諧波制動(dòng)判據(jù)，二次諧波制動(dòng)比例選為15%，模擬變壓器空載情況下，由變壓器高壓側(cè)空載合閘，合閘角度隨機(jī)。故障錄波圖如圖13所示，空投時(shí)產(chǎn)生很大的勵(lì)磁涌流，利用付氏變換分析其二次諧波含量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于15%，保護(hù)裝置正確閉鎖。

　　2.3 試驗(yàn)總結(jié)

　　依托ADPSS繼電保護(hù)裝置物理閉環(huán)試驗(yàn)仿真平臺(tái)共開(kāi)展變壓器保護(hù)裝置試驗(yàn)100余次，限于篇幅這里只給列出了10類典型試驗(yàn)項(xiàng)目，總結(jié)保護(hù)裝置的動(dòng)作情況，如表1所示，可以得出結(jié)論：該變壓器保護(hù)裝置的動(dòng)作邏輯正確，定值設(shè)計(jì)符合實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行需要。

3 結(jié)論

　　基于ADPSS仿真系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置物理閉環(huán)試驗(yàn)仿真平臺(tái)通過(guò)建模仿真、物理接口箱、功率放大器、接入實(shí)際保護(hù)裝置，可實(shí)現(xiàn)變壓器保護(hù)等實(shí)際物理裝置的功能校驗(yàn)。依托該平臺(tái)，還可以對(duì)某個(gè)特定變電站進(jìn)行故障分析和故障回放；對(duì)從事二次檢修的工作人員進(jìn)行更為全面的培訓(xùn),提高其故障分析及排除故障的能力，從而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有更全面的理解；同時(shí)能提高變電站運(yùn)行人員的水平，進(jìn)一步防范運(yùn)行中的二次事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

　　[1] 許建安.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)[J].北京：中國(guó)水利水電出版社，2004.

　　[2] 王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用（第二版）[M].北京：中國(guó)電力出版社，2002.

　　[3] 王祖光.間斷角原理的變壓器差動(dòng)保護(hù)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1979，3(1)：18-30．

　　[4] 孫志杰，陳云侖.波形對(duì)稱原理的變壓器差動(dòng)保護(hù)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1996，20(4)：42-46.