基于RTDS的6kV廠用保護測控裝置的測試技術(shù)

陳寶菲

摘 要：全數(shù)字實時仿真裝置（RTDS）基于現(xiàn)代計算機技術(shù)和信息技術(shù)的計算精度和模型的合理性亦已通過多年的國內(nèi)外運行驗證，是目前世界上技術(shù)最成熟、應用最廣泛的實時仿真系統(tǒng)。本文首先介紹了RTDS在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中的應用，隨后針對某發(fā)電廠6kV廠用電系統(tǒng)搭建相應的測試環(huán)境并闡明相關(guān)參數(shù)。最后論述了測試項目和方法并得出結(jié)論。希望通過本文的研究能夠為幫助工程人員更好地理解和使用RTDS系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：RTDS;廠用保護測控裝置; 測試技術(shù); 6kV

1引言

發(fā)電廠用高壓電動機在廠用電系統(tǒng)中占有重要的地位，由于工作環(huán)境、保護不完善等原因，運行中容易出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)、短路、斷相、長期過負載使絕緣受損等故障。動模試驗作為電力系統(tǒng)模擬領(lǐng)域重要的技術(shù)手段，具有技術(shù)成熟、仿真結(jié)果可靠等技術(shù)特點，在產(chǎn)品開發(fā)、故障特性研究、事故分析等試驗研究方面發(fā)揮了重要的作用。本文以某發(fā)電廠6kV廠用電系統(tǒng)為藍本搭建RTDS仿真試驗模型，研究并驗證廠用保護測控裝置的測試方法以及試驗驗證結(jié)果。

1.1、RTDS在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中的應用

1.1.1安穩(wěn)裝置的閉環(huán)測試

電網(wǎng)安全自動裝置在保證電力系統(tǒng)安全可靠運行方面發(fā)揮了重要的作用，其設(shè)計功能必須通過試驗加以考核、驗證，大規(guī)模的RTDS仿真系統(tǒng)是對安穩(wěn)裝置進行閉環(huán)試驗的有力工具。

1.1.2.數(shù)字化變電站測試

對變電站控制、保護系統(tǒng)進行全面的集成、配置、測試后，一旦具備現(xiàn)場運行條件，只需要現(xiàn)場簡單的安裝、調(diào)試，就能夠投入運行，從而簡化了測試流程，提高了工作效率。

1.1.3繼電保護裝置的閉環(huán)測試

測試內(nèi)容包括電壓/電流波形分析、互感器飽和特性分析和復雜的故障操作模擬等，RTDS精確而豐富的元件模型使得繼電保護的閉環(huán)測試與實際的電力系統(tǒng)運行狀態(tài)非常接近。

1.1.4控制系統(tǒng)的閉環(huán)測試

與繼電保護測試系統(tǒng)相似，電力系統(tǒng)仿真過程中的各種模擬量、數(shù)字量可直接輸出到控制器，控制器輸出的模擬量、數(shù)字量也可直接輸出到RTDS。它可廣泛應用與AVR、PSS、HVI、sVc、STAT-COM、APF、TESC、UPFC等控制裝置的閉環(huán)測試中。

1.1.5電力系統(tǒng)動態(tài)行為的模擬和分析研究

RTDS可以進行大規(guī)模電力系統(tǒng)動態(tài)行為的模擬和分析，研究暫態(tài)過程中各種穩(wěn)定性問題及交直流互聯(lián)系統(tǒng)的相互影響等。RTDS仿真系統(tǒng)代表的系統(tǒng)特性包含4kHz頻率范圍。在這個頻率范圍內(nèi)，RTDS仿真系統(tǒng)是精確分析電力系統(tǒng)現(xiàn)象的理想工具。

1.1.6對電力系統(tǒng)運行人員和學生的培訓

RTDS具有友好的用戶界面，在仿真過程中可以實現(xiàn)動態(tài)交互和控制，為電力系統(tǒng)運行人員提供了一種新的培訓方法和工具。RTDS仿真系統(tǒng)是一個理想的演示和教育工具，用來詳細說明仿真技術(shù)、電力系統(tǒng)動態(tài)特性及其運行狀態(tài)。RTDS仿真系統(tǒng)幫助學生將學習理論與電力系統(tǒng)的實際運行聯(lián)系起來。

2測試環(huán)境搭建

RTDS是基于電磁暫態(tài)的全數(shù)字實時仿真系統(tǒng)，其元件模型和仿真精度已獲得國內(nèi)外較高的認可度，廣泛應用于電力系統(tǒng)仿真分析、設(shè)備試驗驗證等領(lǐng)域。由RTDS實時數(shù)字仿真系統(tǒng)模擬一個實時的電力系統(tǒng)，將被試設(shè)備所需的模擬量和開關(guān)量，通過RTDS的I/O接口以小信號方式輸出，該信號通過功率放大器放大后送入被測裝置和波形記錄裝置。

3試驗模型及參數(shù)

發(fā)電廠廠用6kV系統(tǒng)，RTDS試驗模型，部分模型元件參數(shù)見表1所示。S為無窮大系統(tǒng)，G為發(fā)電機，B1為主變壓器，B2、B3為高壓廠用變壓器，W1為被保護電動機，B4為低壓廠用變壓器。

4 試驗項目及方法

4.1電動機起動時間過長

模擬電動機的起動時間超時，檢查長起動保護的動作行為。

4.2電動機斷相故障

模擬電動機某相發(fā)生斷相故障，檢查負序電流保護的動作行為。

4.3電動機過負荷保護

模擬電動機過負荷故障，檢查過負荷保護的動作行為。

4.4電動機堵轉(zhuǎn)保護

模擬電動機在運行時突然堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速突降至0和堵轉(zhuǎn)后轉(zhuǎn)速逐漸下降至0的情況。

4.5電動機低電壓保護

模擬母線在未發(fā)生PT斷線且斷路器處于合閘位置的情況下，母線電壓低于電動機低電壓保護定值，以及斷路器位置或PT斷線是否能閉鎖低壓保護。

4.6區(qū)內(nèi)短路故障

模擬電動機W1在啟動過程中和正常運行時K2點的單相接地、兩相短路、兩相短路接地、三相短路、三相短路接地的故障情況。

4.7區(qū)外短路故障

模擬電動機W1運行時，區(qū)外6kV母線上K1點的單相接地、兩相短路、兩相短路接地、三相短路、三相短路接地的故障情況。

5結(jié)論

通過RTDS仿真驗證，發(fā)現(xiàn)如下問題：

（1）個別裝置的起動時間過長保護是實時計算本次啟動的允許時間，所以其真正的動作時間并非定值時間，而是根據(jù)實際啟動電流大小計算出來的時間。

（2）區(qū)外發(fā)生兩相短路時，當短路時間較長超過了負序電流保護動作的時間，部分裝置的負序過流保護因沒有負序方向閉鎖功能而動作。此種情況在上下級元件保護定值整定時須注意。

（3）區(qū)外K1點發(fā)生瞬時三相短路后轉(zhuǎn)換為區(qū)內(nèi)相間故障時，部分裝置識別為電動機處于自起動階段，并自動采用起動中速斷定值，造成保護拒動。

（4）部分裝置無自起動判據(jù)，依靠定值來躲過自起動過程，所以在定值整定時須注意其過流II定值和電流速斷低定值應躲過被保護電動機最大自起動電流。

本文結(jié)合某發(fā)電廠6kV廠用電系統(tǒng)搭建RTDS仿真環(huán)境，通過模擬電動機各種類型的故障，對電動機綜保裝置進行仿真驗證。試驗結(jié)果對深入了解廠用設(shè)備保護裝置特性，規(guī)范基、改建工程中廠用設(shè)備保護裝置的選型工作具有重要的意義。

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