基于虛擬儀器技術的二次回路仿真系統研究與應用

趙曉明

（浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014）

輸配電技術

基于虛擬儀器技術的二次回路仿真系統研究與應用

趙曉明

（浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014）

介紹了一種基于虛擬儀器技術與FPGA技術的繼電保護二次回路仿真系統。利用LabView可視化編程語言，對二次回路的實體形態進行模塊化編程形成元件庫，調用元件庫并進行邏輯組態，實現二次回路的精確仿真。通過對RADSS母差保護二次回路的實例仿真，再現了寄生回路與接點競爭現象，驗證了母差保護二次回路存在的缺陷，有助于提高電網運行的安全可靠性，構建的二次回路仿真系統具有良好的應用效果。

虛擬儀器；二次回路；仿真系統

近年來，因繼電保護二次回路原因導致事故跳閘的例子時有發生，比如某220 kV變電站由于二次寄生回路引起母聯斷路器偷合，造成母線全停的事故。二次回路數量多，設計和施工不當極易產生寄生回路和接點競爭問題。傳統二次回路檢測主要依靠圖紙審核、接線檢查和傳動試驗來完成，對于復雜的二次回路，依靠人工圖紙審核難以發現回路中的問題。另外，傳統方法下事故查找和分析也比較困難。

為此，提出一種新的解決途徑——基于虛擬儀器技術的電力系統繼電保護二次回路仿真系統，克服了傳統檢測方法的弊端。仿真系統基于虛擬儀器的技術架構，利用可視化的編程語言，采用FPGA（可編程門陣列）的硬件系統，對二次回路各個元件進行建模并形成元件庫，通過調用元件庫和邏輯組態對二次回路實時仿真。

1 仿真系統介紹

1.1 仿真系統組成

基于虛擬儀器的繼電保護二次回路仿真系統，軟件部分的研制開發采用美國NI公司的Lab-View圖形化開發平臺，主要包含上位機程序、元件庫、下位機FPGA程序、驅動程序等。其中元件庫由不同類別的二次回路元件通過圖形化編程封裝而成。硬件系統，上位機采用NI PXIe-1062Q實時控制器，下位機和I/O采用基于FPGA技術的PXI-7852R實時采集控制板卡，輸入輸出接口采用定制的高精度功放和傳感器。圖1為硬件系統的結構原理，圖2為軟件系統的結構原理。

圖1 硬件系統的結構

圖2 軟件系統的結構

1.2 仿真流程

實際二次回路由復雜繼電器和一般元件以及各種連線構成。對不同類型的復雜繼電器進行分析，編程封裝成各個不同的元件模塊并形成元件庫，簡單的二次回路元件也可以由用戶自定義控件形成，最終結合“與”、“非”等邏輯形成用于仿真的虛擬二次回路。圖3為二次回路仿真流程。

2 仿真實例

以前文提到的220 kV母線全停事故進行仿真實例驗證，因為其具有典型的二次寄生回路引起誤動特點，具有代表性。事故中采用的母差保護為1997年投運的早期中阻抗RADSS母線保護，事故原因為母聯斷聯回路和母聯電流切換回路存在寄生回路和接點競爭，當母聯斷路器分閘后，具有自動啟動合閘的隱患。圖4為RADSS母線保護合閘寄生回路。

由于手合回路1D110與1D112短接，當母線動作或母聯開關分閘后，母線（失靈）動作接點或母聯開關輔接點導通，經延時（230 ms）后，時間繼電器D25.137:26-25接點閉合，此時1D110端子帶上正電源。由于D25.125（母聯電流互感器斷聯雙位置繼電器）繼電器動作時間約為30 ms（母差動作后230 ms＋30 ms），在該30 ms時間內D25.125:116-115接點仍為閉合狀態，存在合閘回路中間繼電器（SHJ）和D25.125繼電器競爭，這樣就形成了合閘寄生回路。事故發生后，對母差二次回路進行了改進：將1D110至1D112短接線拆除，增加D25.137:27至1D112連線，改進接線后寄生回路消除，回路動作正確。

圖3 二次回路仿真流程

圖4 母聯合閘寄生回路

圖5 為仿真界面（部分），圖6為斷聯回路LabView圖形化程序（部分）。程序中設置有1個寄生回路仿真按鈕，用來仿真上述由于寄生回路和接點競爭引起的母聯斷路器誤合現象，當寄生回路仿真按鈕返回時，相當于拆除引起母聯誤合的寄生回路。表1為寄生回路存在時，母聯斷路器誤合仿真結果。使寄生回路仿真按鈕返回，重新做上述仿真試驗，結果如表2所示。試驗結果說明母聯合閘存在寄生回路是導致母聯斷路器誤合閘事故發生的最終原因。

圖5 RADSS母線保護二次回路仿真界面

圖6 斷聯回路部分LabView圖形化程序

3 結語

通過仿真平臺再現了事故過程，精確地研究了斷聯時間繼電器的整定時間和裕度配合問題。實例驗證表明仿真系統具備良好的二次回路仿真功能。對于二次回路事故再現、調查、預想和隱患排查有著良好的應用前景，運用仿真系統可將二次回路關鍵調試環節與設計同步開展，最大程度地提高二次回路正確性，大幅減少二次寄生回路與接點競爭問題，降低二次回路安全風險。仿真系統也可以應用于二次回路的教育培訓工作以及科學研究領域。

表1 寄生回路拆除前母聯斷路器分閘仿真結果ms

表2 寄生回路拆除后母聯斷路器分閘仿真結果ms

[1]趙曉明，周小軍．REB103母線保護回路設計缺陷分析及改進[J]．電力系統保護與控制，2009，37（6）:91-92.

[2]張春曉，汪祥兵．基于LabView的微機保護裝置培訓系統研究與實現[J]．電力系統保護與控制，2009，37（17）: 110-112.

[3]余志慧，趙曉明，吳俊．提高REB103母線保護安全運行的幾點改進措施[J]．繼電器，2007，35（7）:80-82.

[4]程利軍，楊奇遜．中阻抗母線保護原理、整定及運行的探討[J]．電網技術，2000，24（6）:65-69.

（本文編輯：楊勇）

Research and Application of Simulation System of Secondary Circuit Based on Virtual Instrument Technology

ZHAO Xiao-ming
（Z（P）EPC Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

This paper introduces a simulation system of secondary circuit based on virtual instrument technology and FPGA technology.LabView visual programming language is used for modular programming，the programming of physical form of the secondary circuit is implemented to form the element library and component library is transferred for logic configuration for the purpose of accurate simulation of secondary circuit.By simulation on secondary circuit for RADSS busbar differential protection，the paper reflects the rivalry between parasitic circuits and contacts，and defects of secondary circuit for busbar differential protection are checked，which helps to improve safety and reliability of power grid operation.The simulation system of secondary circuit established is effective in application.

virtual instrument；secondary circuit；simulation system

TP391.9

：A

：1007-1881（2013）01-0001-03

2012-05-24

趙曉明（1976-），男，河北保定人，高級工程師，從事繼電保護試驗和研究工作。