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基于RTDS的超高压线路保护装置的试验研究

作者:时间:2011-02-22来源:网络收藏

RTDS(Real Time Digital System)能够比较真实的反映实际电力系统的故障性征,且较模拟动模试验系统,有易于控制故障工况、故障可重现等优点,使其在高压线路保护装置的研制及开发过程中发挥着重要的作用。本文介绍高压线路保护装置动模测试的模型及要求的同时,着重分析了当前高压线路保护装置研究的几个难点,并就此给出了我们在研制新一代高压线路保护产品DF3621中的处理策略和方法。大量的RTDS试验表明:DF3621对于特殊工况、转换性故障等方面表现良好,装置整体性能可靠,能够满足高压线路对保护的要求。此装置还有待于现场试运行的进一步考验。
关键字:RTDS;高压线路保护;振荡闭锁

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/162413.htm

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
电力系统数字仿真具有不受原型系统规模和结构复杂性的限制,能够保证被研究、试验系统的安全性和具有良好的经济性、方便性等许多优点,正被越来越多的电力科技工作者所关注,并且在电力系统规划和设计、装置的研究开发、运行人员培训等领域发挥着重要的作用[1]。众所周知,电力系统保护装置,尤其是高压/超高压电网的保护装置,需要足够的可靠性,并能适应于电力系统的各种工况,在任何故障类型下具有充分的灵敏度,来快速、准确的切除故障,以确保电网稳定、设备安全。但对于要求如此苛刻的装置,在现场中仅在很短的时间动作外,长期处于不动作状态,所以可供参考的实际故障经验非常少,至于实际电网试验机会则更少。从而导致了高压电网保护装置产品一直是一个高技术含量、高门槛的行业,其开发研究中,电力系统实际经验和动模试验具有重要的地位。相比于传统的动模试验,全数字RTDS动模系统,具有模型构建方便、系统模型多、同类故障工况可重复再现等诸多方面的优点,给保护装置的开发研究提供了极其有利的手段,也从而确保了由此开发出的装置性能更加可靠。
本文在介绍基于我公司RTDS动模系统测试新开发的超高压线路保护装置DF3621的基础上,详细的阐述了RTDS试验中几个特殊工况的测试情况,指出了当前超高压微机线路保护的几个研究难点,并给出了我们的处理方案和试验结果,以供同行参考。对特殊问题的研究尚需进行,开发研制的装置也需进一步现场试运行的考核。

1 RTDS动模试验系统
1.1 RTDS试验模型[2]
RTDS是由加拿大Maniloba直流研究中心(HVDC)开发的专门用于实时研究电力系统的数字动模系统,该系统中的电力系统元件模型和仿真算法建立在已获得行业认可,且已广泛应用的EMTP和EMTDC基础上的,其仿真结果与现场实际系统的真实情况是一致的。该系统已在全球多个国家和地区推广使用,我国目前也有多个单位引进了规模不等的RTDS系统。
RTDS的基本组成部分为组(RACK),多个RACK之间通过总线相联,RACK的数量决定了可仿真系统的规模。将RTDS实时模拟电量和开关量输入被测试保护装置,再将装置的输出信号引入仿真系统的开关量板,即可实现保护装置的闭环实时仿真试验。
使用RTDS进行继电保护产品试验的关键在于试验模型系统的建立。参照电力科学院的试验模型系统,结合本装置的开发定位:应用于220KV及以上电压等级的单回线路,构建了以下几种线路模型。为更加接近现场实际,使测试结果具有说服力,所有线路模型均采用分布参数模型,电压等级为500kv。
(1) 单电源空载长线模型(I)
无穷大电源带400km单回架空线路,无穷大电源短路容量为3000MVA。主要用于测试距离保护的暂态超越性能。
(2) 双电源双回线长线模型(II)
仿真系统模型入图1所示。被测保护装置P1和P2分别安装在NL1线路的N侧和L侧,保护所需的线路电压信号由500kV/0.1kV的电容式电压互感器提供,保护所需的线路电流信号由1250A/1A的电流互感器提供。 N系统为一地区等值系统,短路容量分别为3000MVA,L厂装有等值容量为2100MW的发电机M1一台,变压器B1容量为2500MVA,所带负荷最大容量为1000MW,其中电动机负荷占65%,电阻负荷占35%。每条输电线路的两端都装有容量为150Mvar的并联电抗器。正常情况下潮流P=1000MW,Q=480Mvar。输电线路主要参数:z1=z2=0.0193+j0.2793Ω/km,z0=0.1788+j0.8412Ω/km,c1=0.013μF/km, c0=0.0092μF/km.

 


(3) 短线环网模型(III)
短线环网系统模型如图2所示。线路主要参数与模型II中的线路参数相同。被测试保护装置分别安装在NL线路的L侧和N侧。 M厂、N厂及L系统经500kV短距离输电线路相互连接。M厂装有等值容量为1050MW的发电机M1一台,N厂装有等值容量为1050MW的发电机M2一台。N厂还接有负荷变压器FB,负荷变压器的容量为1200MVA,所带负荷最大容量为1000MW,其中电动机负荷占65%左右,电阻性负荷占35%左右。L系统为一地区等值系统,有大、小两种运行方式,其对应的短路容量为3000MVA及20000MVA。


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