220kV變電站主設備繼保自動化培訓仿真系統的開發與設計

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變電站主設備繼保自動化培訓仿真系統的開發與設計

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）

隨著我國經濟發展水平的不斷提高，各項生產與生活用電需求不斷增大，對電力系統安全與穩定提出了更高要求，國外電力調度與控制相統一，國內調度仿真培訓裝置由記錄系統、報警裝置、模擬屏以及調度控制臺組成，操作準確性直接影響到電網運行安全。

變電站；培訓仿真系統；開發與設計

在社會各項用電需求不斷增大下，電網規模不斷擴充，人們對電網運行安全有了更高關注度，每出現一次安全事故都會造成不可估量的損失。開發一套系統、與電網實際結構、運行特征相契合的仿真培訓系統非常重要，滿足變電站人員培訓、考核等方面需求，實現各項操作與管理的科學與高效。

1 220kV變電站自動化培訓仿真系統開發與設計

1.1 總體方案設計

依據人員數量以及資金情況，對總體方案進行設計：方案1：應用智能型模擬裝置作為變電站斷路器與隔離開關操作機構，通過計算機仿真實現一次設備各項操作，監控系統、保護與測控裝置、直流系統、信號系統均作為現場配備的物理設備。方案2：計算機仿真外，現場物理設備還有五防系統、信號系統、測控裝置、監控系統等，此方案目的是建成獨立變電站，母線、引信均不通電，保護裝置動作僅應用驅動斷路器。這種方案設計可以展現真實變電站，但投資較大，受場地限制大。

1.2 功能設計

將仿真系統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；絕緣監視電壓表；操作按鈕（解除音響、信號復歸）；巡視功能設計：變壓器、斷路器、隔離開關、線圈、母線、電容器等設備的巡視檢查，還包括電抗器、耦合電容器、阻波器巡視檢查；事故異常功能設計包括：引用真實物理設備（隔離開關、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，進而實現二次回路故障模擬，判斷事故與異常是否與現場一致。故障設置需要直觀、真實、多樣。

1.3 系統硬件設計

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

2 220kV變電仿真系統硬件支撐平臺實現

2.1 硬件平臺系統結構

培訓系統中軟件系統由電磁暫態仿真軟件、短路器機構以及仿真軟件、操作系統、二次回路故障模擬軟件等組成。電網實時電磁暫態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 軟件系統結構

2.2 實時電磁暫態仿真軟件

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

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

3 220kV變電站自動化培訓仿真系統應用

故障發生后，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，然后對系統信號進行監控，匯報事故情況，指導現場調度。結合故障特征，對故障發生前后的相關事項進行判斷與分析，明確停電范圍；加強內外故障點檢查，明確隔離故障點的位置；故障點隔離后，及時恢復供電，減少故障影響；對損毀的設備及時隔離與處理，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與歸納，生成報告，列出詳細的故障發生過程。以“1號主變內部故障”為例介紹，將變電站二次設備交流與直流電源啟動，進入到啟動教員系統，點擊桌面上的教員系統圖標，在教員系統與工控仿真程序間建立有效連接，然后進入到“培訓菜單”，教員系統在點擊了“啟動”后會發送啟動指令，此時，放大器出于預工作狀態，仿真軟件與硬件開始工作，將變電站二次設備激活；點擊“事件序列”設置故障，將設置好的故障發送到仿真系統內，在系統接收到故障指令后，可將電流、電壓計算出來，再傳輸給二次設備。通過執行以上操作，得出以下結論：當#1內部出現故障后，將跳開主變保護動作，可在后臺對相應保護動作光字進行查看，會發現“保護動作”燈亮起，并且三相跳閘燈也相繼亮起，呈現出更加真實的仿真培訓系統。

4 結語

本文主要對220kV變電站主設備自動化培訓仿真系統設計與應用方法進行了探究，介紹培訓仿真系統的結構、功能設計、硬件組成以及實現方法，簡要說明了系統應用，表現了構建培訓仿真系統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。

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

[2]張澤林.珠海地區電網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,2012.

[3]周鑫.變電站數字物理混合仿真培訓系統的研究與應用[D].華北電力大學（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