基于RTDS的超高壓線(xiàn)路保護裝置的試驗研究

RTDS(Real Time Digital System)能夠比較真實(shí)的反映實(shí)際電力系統的故障性征，且較模擬動(dòng)模試驗系統，有易于控制故障工況、故障可重現等優(yōu)點(diǎn)，使其在高壓線(xiàn)路保護裝置的研制及開(kāi)發(fā)過(guò)程中發(fā)揮著(zhù)重要的作用。本文介紹高壓線(xiàn)路保護裝置動(dòng)模測試的模型及要求的同時(shí)，著(zhù)重分析了當前高壓線(xiàn)路保護裝置研究的幾個(gè)難點(diǎn)，并就此給出了我們在研制新一代高壓線(xiàn)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、轉換性故障等方面表現良好，裝置整體性能可靠，能夠滿(mǎn)足高壓線(xiàn)路對保護的要求。此裝置還有待于現場(chǎng)試運行的進(jìn)一步考驗。
關(guān)鍵字：RTDS；高壓線(xiàn)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
電力系統數字仿真具有不受原型系統規模和結構復雜性的限制，能夠保證被研究、試驗系統的安全性和具有良好的經(jīng)濟性、方便性等許多優(yōu)點(diǎn)，正被越來(lái)越多的電力科技工作者所關(guān)注，并且在電力系統規劃和設計、裝置的研究開(kāi)發(fā)、運行人員培訓等領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)重要的作用^[1]。眾所周知，電力系統保護裝置，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的各種工況，在任何故障類(lèi)型下具有充分的靈敏度，來(lái)快速、準確的切除故障，以確保電網(wǎng)穩定、設備安全。但對于要求如此苛刻的裝置，在現場(chǎng)中僅在很短的時(shí)間動(dòng)作外，長(cháng)期處于不動(dòng)作狀態(tài)，所以可供參考的實(shí)際故障經(jīng)驗非常少，至于實(shí)際電網(wǎng)試驗機會(huì )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(gè)高技術(shù)含量、高門(mén)檻的行業(yè)，其開(kāi)發(fā)研究中，電力系統實(shí)際經(jīng)驗和動(dòng)模試驗具有重要的地位。相比于傳統的動(dòng)模試驗，全數字RTDS動(dòng)模系統，具有模型構建方便、系統模型多、同類(lèi)故障工況可重復再現等諸多方面的優(yōu)點(diǎn)，給保護裝置的開(kāi)發(fā)研究提供了極其有利的手段，也從而確保了由此開(kāi)發(fā)出的裝置性能更加可靠。
本文在介紹基于我公司RTDS動(dòng)模系統測試新開(kāi)發(fā)的超高壓線(xiàn)路保護裝置DF3621的基礎上，詳細的闡述了RTDS試驗中幾個(gè)特殊工況的測試情況，指出了當前超高壓微機線(xiàn)路保護的幾個(gè)研究難點(diǎn)，并給出了我們的處理方案和試驗結果，以供同行參考。對特殊問(wèn)題的研究尚需進(jìn)行，開(kāi)發(fā)研制的裝置也需進(jìn)一步現場(chǎng)試運行的考核。

1 RTDS動(dòng)模試驗系統
1.1 RTDS試驗模型^[2]
RTDS是由加拿大Maniloba直流研究中心(HVDC)開(kāi)發(fā)的專(zhuān)門(mén)用于實(shí)時(shí)研究電力系統的數字動(dòng)模系統，該系統中的電力系統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，其仿真結果與現場(chǎng)實(shí)際系統的真實(shí)情況是一致的。該系統已在全球多個(gè)國家和地區推廣使用，我國目前也有多個(gè)單位引進(jìn)了規模不等的RTDS系統。
RTDS的基本組成部分為組(RACK)，多個(gè)RACK之間通過(guò)總線(xiàn)相聯(lián)，RACK的數量決定了可仿真系統的規模。將RTDS實(shí)時(shí)模擬電量和開(kāi)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的開(kāi)關(guān)量板，即可實(shí)現保護裝置的閉環(huán)實(shí)時(shí)仿真試驗。
使用RTDS進(jìn)行繼電保護產(chǎn)品試驗的關(guān)鍵在于試驗模型系統的建立。參照電力科學(xué)院的試驗模型系統，結合本裝置的開(kāi)發(fā)定位：應用于220KV及以上電壓等級的單回線(xiàn)路，構建了以下幾種線(xiàn)路模型。為更加接近現場(chǎng)實(shí)際，使測試結果具有說(shuō)服力，所有線(xiàn)路模型均采用分布參數模型，電壓等級為500kv。
(1) 單電源空載長(cháng)線(xiàn)模型(I)
無(wú)窮大電源帶400km單回架空線(xiàn)路，無(wú)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(xiàn)長(cháng)線(xiàn)模型(II)
仿真系統模型入圖1所示。被測保護裝置P₁和P₂分別安裝在NL1線(xiàn)路的N側和L側，保護所需的線(xiàn)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(xiàn)路電流信號由1250A/1A的電流互感器提供。 N系統為一地區等值系統，短路容量分別為3000MVA，L廠(chǎng)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(dòng)機負荷占65％，電阻負荷占35％。每條輸電線(xiàn)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(xiàn)路主要參數:z₁=z₂=0.0193+j0.2793Ω/km,z₀=0.1788+j0.8412Ω/km,c₁=0.013μF/km, c₀=0.0092μF/km.

(3) 短線(xiàn)環(huán)網(wǎng)模型(III)
短線(xiàn)環(huán)網(wǎng)系統模型如圖2所示。線(xiàn)路主要參數與模型II中的線(xiàn)路參數相同。被測試保護裝置分別安裝在NL線(xiàn)路的L側和N側。 M廠(chǎng)、N廠(chǎng)及L系統經(jīng)500kV短距離輸電線(xiàn)路相互連接。M廠(chǎng)裝有等值容量為1050MW的發(fā)電機M1一臺，N廠(chǎng)裝有等值容量為1050MW的發(fā)電機M2一臺。N廠(chǎng)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(dòng)機負荷占65％左右，電阻性負荷占35％左右。L系統為一地區等值系統，有大、小兩種運行方式，其對應的短路容量為3000MVA及20000MVA。