基于RTDS的超高壓線路保護裝置的試驗研究

RTDS(Real Time Digital System)能夠比較真實的反映實際電力系統(tǒng)的故障性征，且較模擬動模試驗系統(tǒng)，有易于控制故障工況、故障可重現(xiàn)等優(yōu)點，使其在高壓線路保護裝置的研制及開發(fā)過程中發(fā)揮著重要的作用。本文介紹高壓線路保護裝置動模測試的模型及要求的同時，著重分析了當前高壓線路保護裝置研究的幾個難點，并就此給出了我們在研制新一代高壓線路保護產(chǎn)品DF3621中的處理策略和方法。大量的RTDS試驗表明：DF3621對于特殊工況、轉(zhuǎn)換性故障等方面表現(xiàn)良好，裝置整體性能可靠，能夠滿足高壓線路對保護的要求。此裝置還有待于現(xiàn)場試運行的進一步考驗。
關(guān)鍵字：RTDS；高壓線路保護；振蕩閉鎖

Test Study of Extra-High-Voltage Line Protection Based On RTDS

Mao Peng¹， Yang Li-fan¹， Du Xiao-gong¹， Li Xiao-bing¹， Suonan Jia-le²

(1 Dongfang Electronic Group, Yantai, 264001; 2 Xi'an Jiaotong University, Xi'an, 710049)

Abstract: RTDS(Real Time Digital System) can really simulate fault states of the practical power system, and has more excellences than analogy dynamic simulation system, such as being easy to control and fault state could reappear etc. Because of its characteristics, RTDS plays an important role in the RD process of extra high voltage(EHV) line protection relay. This paper introduces the test model and requirements of EHV line protection relay, and analyzes several study emphases of line protection device in detail. Scheme and method for these problems in developed new high voltage line protection DF3621 are presented. Lots of RTDS test results show that DF3621 has high reliability and satisfactory performances to special system states and faults such as faults during swing and translating faults etc.. The protection still requires more practical running tests.
Keywords: RTDS, High Voltage Line Protection, Swing Block


0 引言
電力系統(tǒng)數(shù)字仿真具有不受原型系統(tǒng)規(guī)模和結(jié)構(gòu)復雜性的限制，能夠保證被研究、試驗系統(tǒng)的安全性和具有良好的經(jīng)濟性、方便性等許多優(yōu)點，正被越來越多的電力科技工作者所關(guān)注，并且在電力系統(tǒng)規(guī)劃和設計、裝置的研究開發(fā)、運行人員培訓等領域發(fā)揮著重要的作用^[1]。眾所周知，電力系統(tǒng)保護裝置，尤其是高壓/超高壓電網(wǎng)的保護裝置，需要足夠的可靠性，并能適應于電力系統(tǒng)的各種工況，在任何故障類型下具有充分的靈敏度，來快速、準確的切除故障，以確保電網(wǎng)穩(wěn)定、設備安全。但對于要求如此苛刻的裝置，在現(xiàn)場中僅在很短的時間動作外，長期處于不動作狀態(tài)，所以可供參考的實際故障經(jīng)驗非常少，至于實際電網(wǎng)試驗機會則更少。從而導致了高壓電網(wǎng)保護裝置產(chǎn)品一直是一個高技術(shù)含量、高門檻的行業(yè)，其開發(fā)研究中，電力系統(tǒng)實際經(jīng)驗和動模試驗具有重要的地位。相比于傳統(tǒng)的動模試驗，全數(shù)字RTDS動模系統(tǒng)，具有模型構(gòu)建方便、系統(tǒng)模型多、同類故障工況可重復再現(xiàn)等諸多方面的優(yōu)點，給保護裝置的開發(fā)研究提供了極其有利的手段，也從而確保了由此開發(fā)出的裝置性能更加可靠。
本文在介紹基于我公司RTDS動模系統(tǒng)測試新開發(fā)的超高壓線路保護裝置DF3621的基礎上，詳細的闡述了RTDS試驗中幾個特殊工況的測試情況，指出了當前超高壓微機線路保護的幾個研究難點，并給出了我們的處理方案和試驗結(jié)果，以供同行參考。對特殊問題的研究尚需進行，開發(fā)研制的裝置也需進一步現(xiàn)場試運行的考核。

1 RTDS動模試驗系統(tǒng)
1.1 RTDS試驗模型^[2]
RTDS是由加拿大Maniloba直流研究中心(HVDC)開發(fā)的專門用于實時研究電力系統(tǒng)的數(shù)字動模系統(tǒng)，該系統(tǒng)中的電力系統(tǒng)元件模型和仿真算法建立在已獲得行業(yè)認可，且已廣泛應用的EMTP和EMTDC基礎上的，其仿真結(jié)果與現(xiàn)場實際系統(tǒng)的真實情況是一致的。該系統(tǒng)已在全球多個國家和地區(qū)推廣使用，我國目前也有多個單位引進了規(guī)模不等的RTDS系統(tǒng)。
RTDS的基本組成部分為組(RACK)，多個RACK之間通過總線相聯(lián)，RACK的數(shù)量決定了可仿真系統(tǒng)的規(guī)模。將RTDS實時模擬電量和開關(guān)量輸入被測試保護裝置，再將裝置的輸出信號引入仿真系統(tǒng)的開關(guān)量板，即可實現(xiàn)保護裝置的閉環(huán)實時仿真試驗。
使用RTDS進行繼電保護產(chǎn)品試驗的關(guān)鍵在于試驗模型系統(tǒng)的建立。參照電力科學院的試驗模型系統(tǒng)，結(jié)合本裝置的開發(fā)定位：應用于220KV及以上電壓等級的單回線路，構(gòu)建了以下幾種線路模型。為更加接近現(xiàn)場實際，使測試結(jié)果具有說服力，所有線路模型均采用分布參數(shù)模型，電壓等級為500kv。
(1) 單電源空載長線模型(I)
無窮大電源帶400km單回架空線路，無窮大電源短路容量為3000MVA。主要用于測試距離保護的暫態(tài)超越性能。
(2) 雙電源雙回線長線模型(II)
仿真系統(tǒng)模型入圖1所示。被測保護裝置P₁和P₂分別安裝在NL1線路的N側(cè)和L側(cè)，保護所需的線路電壓信號由500kV/0.1kV的電容式電壓互感器提供，保護所需的線路電流信號由1250A/1A的電流互感器提供。 N系統(tǒng)為一地區(qū)等值系統(tǒng)，短路容量分別為3000MVA，L廠裝有等值容量為2100MW的發(fā)電機M1一臺，變壓器B1容量為2500MVA，所帶負荷最大容量為1000MW，其中電動機負荷占65％，電阻負荷占35％。每條輸電線路的兩端都裝有容量為150Mvar的并聯(lián)電抗器。正常情況下潮流P=1000MW,Q=480Mvar。輸電線路主要參數(shù):z₁=z₂=0.0193+j0.2793Ω/km,z₀=0.1788+j0.8412Ω/km,c₁=0.013μF/km, c₀=0.0092μF/km.

(3) 短線環(huán)網(wǎng)模型(III)
短線環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)模型如圖2所示。線路主要參數(shù)與模型II中的線路參數(shù)相同。被測試保護裝置分別安裝在NL線路的L側(cè)和N側(cè)。 M廠、N廠及L系統(tǒng)經(jīng)500kV短距離輸電線路相互連接。M廠裝有等值容量為1050MW的發(fā)電機M1一臺，N廠裝有等值容量為1050MW的發(fā)電機M2一臺。N廠還接有負荷變壓器FB，負荷變壓器的容量為1200MVA，所帶負荷最大容量為1000MW，其中電動機負荷占65％左右，電阻性負荷占35％左右。L系統(tǒng)為一地區(qū)等值系統(tǒng)，有大、小兩種運行方式，其對應的短路容量為3000MVA及20000MVA。