220kV變電站主設(shè)備繼保自動化培訓(xùn)仿真系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計

吳罡明,王志軍

（江蘇省電力公司檢修分公司南京運維分部,210019）

220kV變電站主設(shè)備繼保自動化培訓(xùn)仿真系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計

吳罡明,王志軍

（江蘇省電力公司檢修分公司南京運維分部,210019）

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展水平的不斷提高，各項生產(chǎn)與生活用電需求不斷增大，對電力系統(tǒng)安全與穩(wěn)定提出了更高要求，國外電力調(diào)度與控制相統(tǒng)一，國內(nèi)調(diào)度仿真培訓(xùn)裝置由記錄系統(tǒng)、報警裝置、模擬屏以及調(diào)度控制臺組成，操作準(zhǔn)確性直接影響到電網(wǎng)運行安全。

變電站；培訓(xùn)仿真系統(tǒng)；開發(fā)與設(shè)計

在社會各項用電需求不斷增大下，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴充，人們對電網(wǎng)運行安全有了更高關(guān)注度，每出現(xiàn)一次安全事故都會造成不可估量的損失。開發(fā)一套系統(tǒng)、與電網(wǎng)實際結(jié)構(gòu)、運行特征相契合的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)非常重要，滿足變電站人員培訓(xùn)、考核等方面需求，實現(xiàn)各項操作與管理的科學(xué)與高效。

1 220kV變電站自動化培訓(xùn)仿真系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計

1.1 總體方案設(shè)計

依據(jù)人員數(shù)量以及資金情況，對總體方案進行設(shè)計：方案1：應(yīng)用智能型模擬裝置作為變電站斷路器與隔離開關(guān)操作機構(gòu)，通過計算機仿真實現(xiàn)一次設(shè)備各項操作，監(jiān)控系統(tǒng)、保護與測控裝置、直流系統(tǒng)、信號系統(tǒng)均作為現(xiàn)場配備的物理設(shè)備。方案2：計算機仿真外，現(xiàn)場物理設(shè)備還有五防系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、測控裝置、監(jiān)控系統(tǒng)等，此方案目的是建成獨立變電站，母線、引信均不通電，保護裝置動作僅應(yīng)用驅(qū)動斷路器。這種方案設(shè)計可以展現(xiàn)真實變電站，但投資較大，受場地限制大。

1.2 功能設(shè)計

將仿真系統(tǒng)功能歸納為操作功能、巡視功能、事故及異常功能幾種。操作功能包含：操作斷路器分合閘以及隔離開關(guān)分合閘；檢查投停、定值；切換電流互感器、自動重合閘方式；絕緣監(jiān)視電壓表；操作按鈕（解除音響、信號復(fù)歸）；巡視功能設(shè)計：變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、線圈、母線、電容器等設(shè)備的巡視檢查，還包括電抗器、耦合電容器、阻波器巡視檢查；事故異常功能設(shè)計包括：引用真實物理設(shè)備（隔離開關(guān)、斷路器），引用智能模擬裝置，可以在二次回路中將故障模擬裝置嵌入，進而實現(xiàn)二次回路故障模擬，判斷事故與異常是否與現(xiàn)場一致。故障設(shè)置需要直觀、真實、多樣。

1.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

圍繞“開放、兼容、多樣以及可維護性原則”，為仿真培訓(xùn)提供更加靈活、可靠的環(huán)境，硬件設(shè)備選擇需遵循以下要求：簡單、先進，質(zhì)量合格；保留適當(dāng)冗余量，為擴充提供準(zhǔn)備；需能夠便于安裝、維護，具有自行診斷功能。

2 220kV變電仿真系統(tǒng)硬件支撐平臺實現(xiàn)

2.1 硬件平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

培訓(xùn)系統(tǒng)中軟件系統(tǒng)由電磁暫態(tài)仿真軟件、短路器機構(gòu)以及仿真軟件、操作系統(tǒng)、二次回路故障模擬軟件等組成。電網(wǎng)實時電磁暫態(tài)仿真軟件可進行仿真模擬，提供給繼電器或者測控裝置需要的電流、電壓，還可以提供故障電壓、電流，提高配合性能；

圖1 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 實時電磁暫態(tài)仿真軟件

220kV變電站自動仿真培訓(xùn)系統(tǒng)中心組成為電磁暫態(tài)仿真軟件，應(yīng)用計算機可輸電線路任意一個故障點在線進行仿真演算，從而實現(xiàn)電磁暫態(tài)仿真軟件持續(xù)運行，增強交互性。構(gòu)建出了交流電壓源以及變壓器、交直流濾波器、電感與電容等設(shè)備的電磁暫態(tài)模型。可以將實際系統(tǒng)暫態(tài)過程真實反映出來。

電網(wǎng)元件中輸電線路是重要組成，可將其分為幾種參數(shù)模型與分布式參數(shù)模型，可實現(xiàn)不同工況與故障模擬。幾種參數(shù)模型適合應(yīng)用在長度＜50km的線路中；分布式參數(shù)模型適合應(yīng)用在長度＞50km的線路中，為減少仿真誤差，100km以上線路適合應(yīng)用分布式參數(shù)模型，分布式模型可對任意點故障暫態(tài)仿真，故障仿真僅能使用型串聯(lián)，其他動作情況培訓(xùn)要求將無法滿足。

3 220kV變電站自動化培訓(xùn)仿真系統(tǒng)應(yīng)用

故障發(fā)生后，值班人員需對跳閘情況、繼電保護、自動裝置動作情況檢查并記錄，然后對系統(tǒng)信號進行監(jiān)控，匯報事故情況，指導(dǎo)現(xiàn)場調(diào)度。結(jié)合故障特征，對故障發(fā)生前后的相關(guān)事項進行判斷與分析，明確停電范圍；加強內(nèi)外故障點檢查，明確隔離故障點的位置；故障點隔離后，及時恢復(fù)供電，減少故障影響；對損毀的設(shè)備及時隔離與處理，加強安全方案；另外，編寫故障跳閘報告。事故處理后，及時對故障處理全過程進行總結(jié)與歸納，生成報告，列出詳細的故障發(fā)生過程。以“1號主變內(nèi)部故障”為例介紹，將變電站二次設(shè)備交流與直流電源啟動，進入到啟動教員系統(tǒng)，點擊桌面上的教員系統(tǒng)圖標(biāo)，在教員系統(tǒng)與工控仿真程序間建立有效連接，然后進入到“培訓(xùn)菜單”，教員系統(tǒng)在點擊了“啟動”后會發(fā)送啟動指令，此時，放大器出于預(yù)工作狀態(tài)，仿真軟件與硬件開始工作，將變電站二次設(shè)備激活；點擊“事件序列”設(shè)置故障，將設(shè)置好的故障發(fā)送到仿真系統(tǒng)內(nèi)，在系統(tǒng)接收到故障指令后，可將電流、電壓計算出來，再傳輸給二次設(shè)備。通過執(zhí)行以上操作，得出以下結(jié)論：當(dāng)#1內(nèi)部出現(xiàn)故障后，將跳開主變保護動作，可在后臺對相應(yīng)保護動作光字進行查看，會發(fā)現(xiàn)“保護動作”燈亮起，并且三相跳閘燈也相繼亮起，呈現(xiàn)出更加真實的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。

4 結(jié)語

本文主要對220kV變電站主設(shè)備自動化培訓(xùn)仿真系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用方法進行了探究，介紹培訓(xùn)仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能設(shè)計、硬件組成以及實現(xiàn)方法，簡要說明了系統(tǒng)應(yīng)用，表現(xiàn)了構(gòu)建培訓(xùn)仿真系統(tǒng)可使變電站運行維護水平與效率提高，是值得嘗試與推廣的技術(shù)。

[1]謝成.基于虛擬實境技術(shù)的變電站三維仿真培訓(xùn)平臺的研制[D].上海交通大學(xué),2010.

[2]張澤林.珠海地區(qū)電網(wǎng)500kV、220kV、110kV變電站工頻電場強度的測量與分析[D].華南理工大學(xué),2012.

[3]周鑫.變電站數(shù)字物理混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D].華北電力大學(xué)（北京）,2010.

Development and design of 220kV substation main equipment relay protection automation training simulation system

Wu Gangming,Wang Zhiming
（Jiangsu electric power maintenance branch company Nanjing operation and maintenance branch,210019）

As China's economic development level has been improved,the production and life of electricity demand increases unceasingly,put forward higher requirements on the safety and stability of power system, foreign power dispatch and control of unity,domestic dispatching simulation training device by the recording system,alarm device,simulation screen and dispatching console,the accuracy of operation directly affect the safe operation of power grid.

substation;training simulation system;development and design