谷 君，聞 宇，呂立平，許沖沖
(國網(wǎng)北京電力科學研究院，北京100075)
摘 要： 基于ADPSS仿真系統(tǒng)搭建了繼電保護裝置物理閉環(huán)試驗仿真平臺，依托該平臺針對某廠家變壓器保護裝置，進行了變壓器區(qū)內(nèi)、外故障，轉換性故障，空載合閘等試驗項目，通過分析試驗結果驗證了保護裝置動作邏輯的正確性與實用性。同時，該平臺還可以應用在故障分析、人員培訓等方面，進一步提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行水平。
關鍵詞： ADPSS；變壓器保護；閉環(huán)測試；區(qū)內(nèi)、外故障；勵磁涌流
0 引言
繼電保護裝置作為保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的第一道防線，是否能自動地、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)定運行的重要環(huán)節(jié)。在保護裝置投入電網(wǎng)運行前，對其邏輯功能進行測試及驗證就顯得尤為重要。但在實際系統(tǒng)上做保護試驗極為困難，將對電網(wǎng)造成巨大沖擊。而僅靠電力系統(tǒng)離線計算分析又不能真實反應電力系統(tǒng)的運行情況，因此更多的是在實驗室內(nèi)進行各種試驗，如通過電力系統(tǒng)動態(tài)模擬裝置、數(shù)?；旌戏抡婊蚶^電保護測試儀等裝置等進行試驗。
本文基于ADPSS仿真系統(tǒng)搭建繼電保護裝置物理閉環(huán)試驗仿真平臺，利用仿真系統(tǒng)對測試地區(qū)全網(wǎng)進行電磁暫態(tài)或機電暫態(tài)—電磁暫態(tài)混合仿真建模，真實地反映測試地區(qū)電網(wǎng)一次系統(tǒng)的運行情況。通過配置物理接口，使被測繼電保護裝置的輸入、輸出電氣量與仿真系統(tǒng)有序地對應起來，即完成接入點模型與物理接口裝置、繼電保護設備的通道映射關系，從而保證試驗的真實有效性，可以對即將接入電網(wǎng)的保護裝置進行入網(wǎng)測試，驗證其保護定值及其動作邏輯是否合理，從而提高繼電保護裝置的可靠性，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。
1 技術方案
1.1 仿真系統(tǒng)的選擇
從國內(nèi)應用情況來看，在各種實時數(shù)字仿真系統(tǒng)中，以RTDS和ADPSS這兩種仿真系統(tǒng)應用較多。RTDS系統(tǒng)的仿真規(guī)模與rack的硬件數(shù)量有關，且rack價格昂貴，一個rack價格在30萬美元左右。而就目前的技術，一個rack最多能計算48個電網(wǎng)節(jié)點數(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)基于當前先進的計算機技術，實現(xiàn)了機電暫態(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)搭建繼電保護裝置物理閉環(huán)試驗仿真平臺（以下簡稱平臺）。
1.2 平臺搭建
平臺由五大部分組成，分別為仿真機群、物理接口箱、功率放大器、錄波儀以及被測物理裝置，連接如圖1所示。
物理接口箱1 000 M網(wǎng)口通過RJ-45網(wǎng)線與仿真機群服務器的網(wǎng)卡相連。仿真機群服務器通過網(wǎng)線為物理接口箱提供了通道，實現(xiàn)物理接口箱與仿真機群之間的數(shù)據(jù)交互，使系統(tǒng)中的仿真變量與被測裝置的輸入輸出電氣量有序地對應起來，能夠在實時仿真中保證物理接口輸入輸出通道的實時性和準確性，形成對二次設備閉環(huán)試驗的測試能力。同時，物理接口箱通過接線端子與功率放大器、外部物理裝置及錄波儀等連接，這樣就在機群和外部物理裝置之間建立了信號交互的通道。
2 變壓器保護測試
2.1 試驗系統(tǒng)
根據(jù)《電力系統(tǒng)繼電保護產(chǎn)品動模試驗》的要求，利用該平臺對某型號數(shù)字式變壓器保護裝置進行閉環(huán)試驗，來檢驗其技術性能指標是否符合相關規(guī)程及電網(wǎng)運行的要求。通過在仿真模型中設置各種故障形式，包括區(qū)、內(nèi)外故障、轉換性故障、變壓器涌流等情況，完成仿真裝置動作邏輯正確性的校驗，并可以針對保護裝置出口跳開仿真模型中的斷路器、故障隔離后的系統(tǒng)運行情況進行研究分析。
根據(jù)實際電網(wǎng)參數(shù)在ADPSS系統(tǒng)上建立被測試電網(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。變壓器故障點分別為K1、K2、K3，K4、K5、K6、K7、K8。
2.2 試驗項目
根據(jù)保護定值單對被測變壓器保護裝置進行設置，依據(jù)《電力系統(tǒng)繼電保護產(chǎn)品動模試驗》，對變壓器區(qū)內(nèi)、外故障、發(fā)展性故障、轉換性故障、空載合閘等項目進行實測。
（1）金屬性單相接地（K1點）
在K1點設置A相金屬性接地故障，對變壓器而言為區(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三相電壓、電流、高壓側斷路器三相的狀態(tài)及保護裝置動作信號，可以看出發(fā)生變壓器區(qū)內(nèi)單相接地故障后，保護裝置迅速動作。
?。?）金屬性兩相短路接地（K1點）
在K1點設置A、B兩相金屬性接地故障，對變壓器而言為區(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，保護裝置迅速動作。
?。?）金屬性單相接地（K4點）
在K4點設置A相金屬性接地故障，對變壓器而言為區(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，保護裝置不動作。
?。?）區(qū)外轉區(qū)內(nèi)故障
K5點B相接地故障經(jīng)20 ms轉為K2點A、B相短路接地故障，對變壓器而言為區(qū)外轉區(qū)內(nèi)故障，故障錄波圖如圖7所示，可以看出在轉換為區(qū)內(nèi)故障后，保護裝置迅速動作。
?。?）經(jīng)過渡電阻短路
在K1點設置A相經(jīng)過渡電阻接地故障，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)過渡電阻的情況下，保護裝置正確動作。
（6）變壓器合閘于故障
變壓器在空載狀態(tài)下，在K1處設置A相接地故障，手合高壓側開關，故障錄波圖如圖9所示，可以看出此時保護裝置正確動作。
?。?）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，此時又發(fā)生變壓器高壓側區(qū)外A相接地故障，錄波圖如圖10所示，可以看出此時保護裝置不動作。
?。?）區(qū)外連續(xù)故障
模擬區(qū)外K4點連續(xù)發(fā)生3次A相接地故障。故障持續(xù)時間為200 ms，間隔1 000 ms，故障錄波圖如圖11所示，可以看出此時保護裝置不動作。
（9）變壓器過激磁
升高變壓器高壓側電源電壓至1.3倍額定電壓，造成變壓器過激磁，故障錄波圖如圖12所示，保護不應動作。
?。?0）變壓器空載合閘
當變壓器空載合閘時，由于鐵心中的磁通不能突變，將產(chǎn)生數(shù)值較大的勵磁涌流，其峰值可達額定電流的6~8倍[1]，引起較大的差流，容易引起差動保護誤動，通常采用二次諧波制動[2]、間斷角原理[3]、波形對稱[4]等方法防止保護裝置誤動。該型號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。
本次空投實驗采用二次諧波制動判據(jù)，二次諧波制動比例選為15%，模擬變壓器空載情況下，由變壓器高壓側空載合閘，合閘角度隨機。故障錄波圖如圖13所示，空投時產(chǎn)生很大的勵磁涌流，利用付氏變換分析其二次諧波含量，遠遠大于15%，保護裝置正確閉鎖。
2.3 試驗總結
依托ADPSS繼電保護裝置物理閉環(huán)試驗仿真平臺共開展變壓器保護裝置試驗100余次，限于篇幅這里只給列出了10類典型試驗項目，總結保護裝置的動作情況，如表1所示，可以得出結論：該變壓器保護裝置的動作邏輯正確，定值設計符合實際電網(wǎng)運行需要。
3 結論
基于ADPSS仿真系統(tǒng)的繼電保護裝置物理閉環(huán)試驗仿真平臺通過建模仿真、物理接口箱、功率放大器、接入實際保護裝置，可實現(xiàn)變壓器保護等實際物理裝置的功能校驗。依托該平臺，還可以對某個特定變電站進行故障分析和故障回放；對從事二次檢修的工作人員進行更為全面的培訓,提高其故障分析及排除故障的能力，從而對整個系統(tǒng)有更全面的理解；同時能提高變電站運行人員的水平，進一步防范運行中的二次事故的發(fā)生。
參考文獻
[1] 許建安.電力系統(tǒng)繼電保護[J].北京：中國水利水電出版社，2004.
[2] 王維儉.電氣主設備繼電保護原理與應用（第二版）[M].北京：中國電力出版社，2002.
[3] 王祖光.間斷角原理的變壓器差動保護[J].電力系統(tǒng)自動化，1979，3(1)：18-30．
[4] 孫志杰，陳云侖.波形對稱原理的變壓器差動保護[J].電力系統(tǒng)自動化，1996，20(4)：42-46.