摘要：RTDS(Real Time Digital System)能夠比較真實(shí)的反映實(shí)際電力系統(tǒng)的故障性征，且較模擬動(dòng)模試驗(yàn)系統(tǒng)，有易于控制故障工況、故障可重現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，使其在高壓線路保護(hù)裝置的研制及開(kāi)發(fā)過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。本文介紹高壓線路保護(hù)裝置動(dòng)模測(cè)試的模型及要求的同時(shí)，著重分析了當(dāng)前高壓線路保護(hù)裝置研究的幾個(gè)難點(diǎn)，并就此給出了我們?cè)谘兄菩乱淮邏壕�路保護(hù)產(chǎn)品DF3621中的處理策略和方法。大量的RTDS試驗(yàn)表明：DF3621對(duì)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(duì)保護(hù)的要求。此裝置還有待于現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行的進(jìn)一步考驗(yàn)。
關(guān)鍵字：RTDS，高壓線路保護(hù)，振蕩閉鎖
1 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(fù)雜性的限制，能夠保證被研究、試驗(yàn)系統(tǒng)的安全性和具有良好的經(jīng)濟(jì)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(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)、裝置的研究開(kāi)發(fā)、運(yùn)行人員培訓(xùn)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用[1]。眾所周知，電力系統(tǒng)保護(hù)裝置，尤其是高壓/超高壓電網(wǎng)的保護(hù)裝置，需要足夠的可靠性，并能適應(yīng)于電力系統(tǒng)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(zhǔn)確的切除故障，以確保電網(wǎng)穩(wěn)定、設(shè)備安全。但對(duì)于要求如此苛刻的裝置，在現(xiàn)場(chǎng)中僅在很短的時(shí)間動(dòng)作外，長(zhǎng)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(yàn)非常少，至于實(shí)際電網(wǎng)試驗(yàn)機(jī)會(huì)則更少。從而導(dǎo)致了高壓電網(wǎng)保護(hù)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(tǒng)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和動(dòng)模試驗(yàn)具有重要的地位。相比于傳統(tǒng)的動(dòng)模試驗(yàn)，全數(shù)字RTDS動(dòng)模系統(tǒng)，具有模型構(gòu)建方便、系統(tǒng)模型多、同類(lèi)故障工況可重復(fù)再現(xiàn)等諸多方面的優(yōu)點(diǎn)，給保護(hù)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。
2 RTDS動(dòng)模試驗(yàn)系統(tǒng)
2.1 RTDS試驗(yàn)?zāi)Ｐ蚚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(tǒng)的數(shù)字動(dòng)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(rèn)可，且已廣泛應(yīng)用的EMTP和EMTDC基礎(chǔ)上的，其仿真結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際系統(tǒng)的真實(shí)情況是一致的。該系統(tǒng)已在全球多個(gè)國(guó)家和地區(qū)推廣使用，我國(guó)目前也有多個(gè)單位引進(jìn)了規(guī)模不等的RTDS系統(tǒng)。
使用RTDS進(jìn)行繼電保護(hù)產(chǎn)品試驗(yàn)的關(guān)鍵在于試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)的建立。參照電力科學(xué)院的試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)，結(jié)合本裝置的開(kāi)發(fā)定位：應(yīng)用于220KV及以上電壓等級(jí)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(chǎng)實(shí)際，使測(cè)試結(jié)果具有說(shuō)服力，所有線路模型均采用分布參數(shù)模型，電壓等級(jí)為500kv。
·單電源空載長(zhǎng)線模型(I)
無(wú)窮大電源帶400km單回架空線路，無(wú)窮大電源短路容量為3000MVA。主要用于測(cè)試距離保護(hù)的暫態(tài)超越性能。
·雙電源雙回線長(zhǎng)線模型(II)
仿真系統(tǒng)模型入圖1所示。被測(cè)保護(hù)裝置P1和P2分別安裝在NL1線路的N側(cè)和L側(cè)，保護(hù)所需的線路電壓信號(hào)由500kV/0.1kV的電容式電壓互感器提供，保護(hù)所需的線路電流信號(hào)由1250A/1A的電流互感器提供。
我們開(kāi)發(fā)的線路保護(hù)裝置DF3621定位于高壓/超高壓電力系統(tǒng)，基本配置：以縱聯(lián)距離保護(hù)為主，三段式距離保護(hù)、階段式零序保護(hù)和反時(shí)限零序保護(hù)為后備保護(hù)，以及完善的輔助功能的成套保護(hù)裝置。裝置采用先進(jìn)、可靠的軟件平臺(tái)，硬件平臺(tái)采用32位CPU+DSP模式，為保護(hù)整體性能提供了可靠基礎(chǔ);保護(hù)原理完備、先進(jìn)，在吸收目前國(guó)內(nèi)同類(lèi)保護(hù)產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，增加了自適應(yīng)、模式識(shí)別等一些成熟的研究成果，從而使此裝置在滿足目前保護(hù)裝置基本要求的前提下，對(duì)特殊工況時(shí)的故障也具有另人滿意的結(jié)果。
此次RTDS試驗(yàn)屬于研制階段的手段，所以試驗(yàn)項(xiàng)目在完全包括電力科學(xué)院所有檢測(cè)項(xiàng)目，以及部分網(wǎng)局相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，我們又增加了一些試驗(yàn)內(nèi)容：復(fù)故障、特高阻(大于300 )接地故障、振蕩中經(jīng)過(guò)渡電阻接地故障、CT嚴(yán)重飽和工況等。DF3621的基本測(cè)試結(jié)果如表1所示。
表1 RTDS試驗(yàn)結(jié)果
Tab.1 RTDS Test Results
其他項(xiàng)目如：PT斷線、CT斷線及飽和、手合空載線及故障線路等也作了充分的測(cè)試。經(jīng)過(guò)上千次的試驗(yàn)表明：DF3621高壓線路保護(hù)裝置各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足要求，性能穩(wěn)定可靠，對(duì)于特殊工況下的故障反應(yīng)也得到了比較滿意的結(jié)果。
3 高壓線路保護(hù)裝置的幾個(gè)難點(diǎn)[3~6]
我國(guó)的微機(jī)保護(hù)產(chǎn)品從投入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際到現(xiàn)在已有十幾年的歷史了，在完成其之前集成保護(hù)所有功能的基礎(chǔ)上，就保護(hù)功能而言真正性能提高的幅度不大，也可以說(shuō)就保護(hù)原理而言未能充分發(fā)揮微機(jī)的優(yōu)勢(shì)。尤其是目前隨著軟、硬技術(shù)的飛速發(fā)展，一些研究成熟的高級(jí)算法、智能化分析方法等完全可以引入的保護(hù)中。當(dāng)然保護(hù)裝置的開(kāi)發(fā)以可靠為首，我們也正是本著這一原則，就目前保護(hù)裝置解決不太理想的地方進(jìn)行了試驗(yàn)性嘗試。也希望同時(shí)引起同行對(duì)此類(lèi)問(wèn)題的關(guān)注。
3.1 狀態(tài)識(shí)別及自適應(yīng)
嚴(yán)格的講狀態(tài)識(shí)別及自適應(yīng)涉及很多方面，限于篇幅及本文的側(cè)重點(diǎn)，就幾個(gè)主要方面提出予以探討。目前國(guó)內(nèi)的保護(hù)裝置，啟動(dòng)元件動(dòng)作后，后續(xù)的故障處理過(guò)程是按照啟動(dòng)時(shí)刻為基準(zhǔn)展開(kāi)的，如突變量啟動(dòng)后相繼執(zhí)行快速段、穩(wěn)態(tài)階段、振蕩閉鎖階段、跳閘后階段以及非全相階段，其他的內(nèi)容如PTDX、加速則包含于其中。應(yīng)該說(shuō)此種方案是不合理的，我們所制定的保護(hù)處理方案是針對(duì)于保護(hù)裝置之外的一次、二次的狀態(tài)而言的，除了簡(jiǎn)單的單一性故障，程序處理和系統(tǒng)狀態(tài)相符合，大多數(shù)會(huì)導(dǎo)致不一致從而影響保護(hù)整體性能。列舉幾例如下：
· 啟動(dòng)元件為保證各種可能故障下都能動(dòng)作，整定的靈 敏度非常高，所以啟動(dòng)元件動(dòng)作往往并非是故障的真實(shí) 發(fā)生時(shí)刻;距離保護(hù)為兼顧近端故障快速切除和末端暫 態(tài)超越不超標(biāo)一般采用快速段保護(hù)以啟動(dòng)時(shí)刻為基準(zhǔn)階 段放開(kāi)保護(hù)范圍的方法，此策略勢(shì)必導(dǎo)致的結(jié)果是暫態(tài) 超越試驗(yàn)動(dòng)作時(shí)間不會(huì)太快，另外對(duì)于小擾動(dòng)導(dǎo)致啟動(dòng) 后一段時(shí)間發(fā)生的故障勢(shì)必可能出現(xiàn)暫態(tài)超越超標(biāo)。
· 目前微機(jī)距離保護(hù)一般采用短時(shí)開(kāi)放，150ms后(以啟動(dòng)時(shí)刻為基準(zhǔn))后進(jìn)入振蕩閉鎖處理模塊，通過(guò)增加條件來(lái)開(kāi)放保護(hù)。應(yīng)當(dāng)說(shuō)此方案?jìng)?cè)重于可靠性考慮，對(duì)于我國(guó)的電網(wǎng)穩(wěn)定等方面具有積極的實(shí)用意義。但僅通過(guò)突變量啟動(dòng)元件動(dòng)作后150ms來(lái)運(yùn)行振蕩閉鎖程序，應(yīng)當(dāng)說(shuō)此元件過(guò)于靈敏，從而導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定情況下，小擾動(dòng)導(dǎo)致啟動(dòng)后，再發(fā)生故障導(dǎo)致保護(hù)延時(shí)動(dòng)作。
