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  文章名称 基于数字仿真技术的继电保护装置测试系统
名称: 基于数字仿真技术的继电保护装置测试系统
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日期: 2011-3-1
简报:

    基于数字仿真技术的继电保护装置测试系统

  文章内容

                                                        第一部分  概述

    随着继电保护设备自动化程度和使用要求的提高,微机型继电保护测试经历了几代的发展,拥有众多的用户。但是,微机型


继电保护测试仪毕竟是一个基于信号回放技术的仪器设备,其测试内容及测试规模比较有限,在故障分析和复杂事故测试方面存


在很多不如人意之处。随着电力系统仿真技术的成熟以及电力系统内大量实时仿真设备的应用,北京殷图仿真技术公司推出了基


于数字仿真技术的继电保护测试方案。该方案有两个层面的内容,分为开环测试和闭环测试两种手段。一是基于数字仿真和微机


型继电保护测试仪的开环测试技术,二是基于实时数字仿真的闭环测试技术。


                     
                               


                               第二部分  基于数字仿真和保护测试仪的开环测试


     一、数字仿真系统简介


     数字仿真系统是以数字化电力系统模型为基础,基于微机开放式的体系结构和自主开发的全中文图形化电力系统仿真软


件,可以模拟电力系统的电磁暂态过程。


    电磁暂态仿真采用瞬时值进行计算,电机用经典派克方程描述,网络用微分方程描述,可计算电力系统所有的机电和电


磁暂态问题,包括不对称和非线性的情况。在电磁暂态仿真中,可模拟系统任意组合下的运行状况,包括各种短路故障和断


线故障,以及多重故障等。仿真系统中包括丰富的电力系统元件模型,如发电机、励磁机及励磁调节装置、调速器、电动机、


变压器、负荷、断路器、输电线、电抗器、串补元件等,能够根据系统实际接线结构、元件参数对一次系统的运行情况进行


准确的计算,输出与系统实际相同的电压、电流波形。

    二、数字仿真结合微机型继电保护测试仪的开环测试方案

    该方案的实施建立在微机型继电保护测试仪基础之上,利用数字仿真技术扩展用户原有继电保护测试仪的功能,同传统


的测试仪相比,该技术方案可实现下列增强功能:


1、可以对电网进行高精度的、基于电磁暂态模型和算法的仿真计算,计算电网的各种故障及复故障。


2、将计算结果通过USB等接口自动送到微机型继电保护测试仪进行过程回放,在电网故障分析时可以做到边仿真边回放,极


大扩展了原有微机型继电保护测试仪的事故分析功能。



   整个试验的过程如下图所示:


 


 


 


        


 



 


 


 


 


 





 


   


 


 


 


 


   


 


    本实验系统所提供的典型方案均根据《线路继电保护动模试验技术条件》(SD286-88)和实际工作的需要,按照继电保


护测试的要求所提出的。实验方案中的典型系统结构和系统参数均参照中国电力科学研究院使用的方案,以下试验系统的模拟


方法和技术性能均满足SD 286-88标准的要求,模拟系统中各元件的参数指标也与SD 286-88标准的基本要求相符。


    提供的典型系统具有如下特点:


1、 供用户选择的典型系统还在不停地增加;


2、 除提供缺省参数外,用户还可自定义系统参数;


3、 在每个系统中用户可自定义故障点位置及故障性质,可以模拟被保护线路的区内外金属性故障、带电阻故障、转换性故障、


跨线故障以及振荡中故障等各种故障情况,对继电保护装置进行测试。



    下面是几种典型系统的结构示例:


    


 








   




     用户通过选择系统结构、设置元件参数、故障参数、故障类型可进行如下试验项目:


1、  暂态超越实验


    在被保护线路末端模拟单相接地、两相接地、两相短路、三相短路和三相短路接地故障,距离保护的暂态超越不应大于5%。


2、  区内金属性故障


    在保护线路出口、中点、末端各点模拟单相接地、两相接地、三相短路和三相短路接地故障。各种故障分别模拟瞬时故障和


永久故障。


3、  区外故障


    在相邻线路两端模拟单相接地、两相接地、三相短路和三相短路接地故障。各种故障均模拟瞬时故障。


4、 转换性故障


    在被保护线路内部的同一故障点模拟经不同时限的转换性故障;在被保护线路与相邻线路之间模拟相近故障点之间的异名相


转换性故障;在被保护线路与相邻线路之间模拟跨线相间故障。


5、  经电阻接地故障


    在被保护线路内部两端及中点模拟各种带电阻的单一故障;在相邻线路模拟各种带电阻的单一故障。单相接地故障过渡电阻


为0~300Ω,相间故障电阻为0~100Ω


6、  手合到故障


系统为单侧电源,分别模拟被保护线路在出口、中点和末端三相接地状态下合上断路器。


7、  系统振荡及振荡中再发生故障


    线路全相运行,系统因故障而发生动稳破坏; 在振荡过程中模拟被保护线路区内和区外各种短路故障


系统双回线重载运行,因相邻线路发生非全相运行而引起系统非全相振荡,在振荡过程中模拟被保护线路区内和区外各种短路故障


系统双回线运行,因本线路一侧断路器一相断开而引起系统非全相振荡,在振荡过程中模拟被保护线路区内和区外各种短路故障。


8、  变压器空投试验


9、  变压器外部故障


10、  母线故障


                                          第三部分  基于数字仿真的闭环测试


一、闭环测试系统


    使用数字仿真系统进行闭环测试的基本过程为:


1、用图形软件在仿真软件平台上搭建数字仿真系统,对电力系统进行动态实时仿真。


2、将测试所需的电压、电流等信号通过计算机实时计算产生,经D/A转换和电压、电流放大器送入需要测试的继电保护装置中进行


实时测试。


3、同时,受测试的继电保护装置的响应信号实时反馈回计算机形成闭环测试,下图为实现闭环测试的原理图。 


                         



                        基于数字仿真的闭环测试原理图


    实时电磁暂态数字仿真系统具有如下特点和功能:


1.  基于PC机和WINDOWS操作系统,全中文菜单,图形化界面,设置灵活,使用方便。


2.  用户通过定制发电机、励磁系统、变压器、线路及电抗器和断路器参数建立系统模型,自由设置故障点位置、类型、持续时


间等参数,并可以设置多次故障,以检验保护在复杂故障时的动作行为。


3.以电力系统数字化模型为基础,实时计算输出电压电流波形,通过高精度线性放大器完整的表现出故障过程中电压电流的暂


态过程,仿真各种谐波、振荡、衰减的复杂过程。


4. 用户还能够根据实际的需要定制特殊的故障情况,以检验设备在复杂情况下的工作状况,如模拟被保护线路区内外金属性故


障、带电阻故障、转换性故障、跨线故障以及振荡中故障等各种故障情况等。


5. 系统除了可以对各种线路保护进行测试之外,还可模拟母线故障、变压器励磁涌流、变压器外部故障等情况,对母线保护和


变压器保护进行测试。


6.可以同时输出双端或多端保护需要的电压电流,彻底解决了多端保护测试中的同步问题。


二、闭环测试系统主要元件参数及测试过程设置

同步发电机参数设置



变压器参数设置



电流互感器参数设置



电压互感器参数设置



断路器参数设置



线路参数设置




输出给继电保护装置的电压通道信号配置



输出给继电保护装置的电流通道信号配置


故障设置



故障位置可通过绘图控件设置连接线在系统图中直接设置




 


 


 


 


 


故障参数、故障类型可通过双击故障元件图标可设置故障

三、闭环测试录波图


实时闭环测试录波图-单相故障重合成功



                        实时闭环测试录波图-单相故障重合不成功



                             实时闭环测试录波图-转换性故障

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