一種分布式微機保護裝置及系統級仿真平臺研制

郭海云 徐幻南 張敏 朱志偉 秋磊

摘 要：城市配電網是電力系統的重要組成部分，每年因配電網故障造成的長時間停電給國民經濟造成重大損失。分布式微機保護裝置是近年來快速實現故障定位、故障切除、故障隔離和恢復的新型電力自動化設備。本文研制了一種WLD型分布式微機保護裝置，具有集中式保護、智能分布式、就地FA等多種功能;并通過搭建系統級仿真平臺，模擬環網故障發生到隔離恢復的整個流程，極大地便利了電網公司運維人員的工作、模擬、培訓等。

關鍵詞：配電網;分布式;系統級仿真平臺;故障定位與切除;故障隔離;故障恢復

中圖分類號：TM774文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）01-0127-03

Abstract： Urban distribution network is an important part of the power system. The long-term power failure caused by the distribution network fault every year causes great losses to the national economy. In recent years， the distributed microprocessor-based protection device is a new type of power automation equipment which can quickly realize fault location， fault removal， fault isolation and recovery. In this paper， a WLD distributed microprocessor-based protection device was developed， which had many functions such as centralized protection， intelligent distribution， local FA， and so on. By building a system level simulation platform， the whole process from ring network fault occurrence to isolation recovery was simulated， which greatly facilitated the work， simulation， training. of the operation and maintenance personnel of the power grid company.

Keywords： distribution network;distributed;system-level simulation platform;fault location and resection;fault isolation;fault recovery

電力系統的配電網絡是聯系著輸電網絡和用戶端的重要組成部分[1]。因此，不斷提高配電網絡自動化水平，提高配電網絡的智能化能力，實現快速收集線路運行數據與故障信息且保證故障的快速隔離，縮短停電時間和范圍[2]，對降低國民經濟因長時間停電造成的經濟損失，提高勞動效率，增強經濟發展活力具有非常重要的現實意義。

我國配電網自動化建設發展的速度很快，所有大中城市和經濟比較發達的中小城市都進行了配電網改造，并實現了配網系統自動化[3]。同時，隨著智能電網技術的發展，電網自動化水平必將得到更快的提升。但是，目前智能電網技術更多地集中在發電、輸電和用電領域。配電領域的自動化、智能化也需要廣大專家學者和工程師傾注更多的精力和熱忱。

1 分布式微機保護裝置及系統級仿真平臺

1.1 WLD型分布式微機保護裝置工作原理

為了保障仿真平臺能模擬多種工作模式、多種工作狀態，且便于和傳統微機保護裝置對比，研制了兼容多種功能的WLD型分布式微機保護裝置，如圖1所示。其除了具有數據采集與輸出、事件記錄、故障記錄與錄波、傳統通信功能外，還具有三段式保護、光差保護、集中式保護、就地FA功能。同時，操作箱功能便于實現合閘回路檢測、合閘電流自適應等，其他保護功能便于實現其他類型保護的對比，如電流越限、有壓識別、頻率解列等。

WLD型智能分布式微機保護裝置主要實現終端間通信、信息量傳遞、故障判斷、故障隔離、非故障區恢復供電。當故障點在變電站與首端開關之間時，變電站出現開關跳閘，首端開關檢測到無壓無流時，發生故障隔離分閘，然后給聯絡開關發送合閘命令，聯絡開關合閘。當故障點在首端開關和環網開關之間或環網開關和環網開關之間時，故障點前的裝置發生智能分布式跳閘，然后發送命令給故障點后的裝置使其故障隔離，隔離成功后，隔離裝置發送合閘命令給聯絡開關，聯絡開關合閘。當故障點發生在環網開關和聯絡開關之間時，故障點前發生智能分布式跳閘，聯絡開關收到M側或N側開關故障跳閘命令后會立即閉鎖合閘。當故障點發生在帶饋線開關的母線上時，環進開關會跳閘，環出開關會隔離，饋線開關也會隔離。

1.2 故障模擬單元設計

故障模擬單元通過對WLD型分布式微機保護裝置的電流采集通道產生電流越限信號產生，通過低壓電源施加電阻負載產生電流信號，通過開關實現電阻負載的投切，完成故障的產生與消失。如圖2所示，A/B/C/N相間和線間存在電阻，當開關閉合后，可以對應產生相和線之間的大電流信號，模擬線路上的短路故障。

1.3 系統級仿真平臺設計

WLD分布式微機保護裝置的系統級仿真平臺拓撲結構如圖3所示，主接線方案按照絕大部分供電網絡基本網架結構來配置，由兩條線路手拉手環網接線構成主環，任何一條線路發生故障，均可以通過另一條線路來進行倒供電。另外，選取一臺環網柜配置、一路分支線及用戶配電房。具體方案如下。

電源點：電源點由兩個變電站出線開關構成，分別為1#變電站F1出線開關、2#變電站F2出線開關。F1出線帶1#環網柜、2#環網柜、3#環網柜負荷;F2出線帶4#環網柜、5#環網柜、6#環網柜、7#環網柜負荷。

系統平臺可以通過安裝在面板上的組合按鍵或者遠程遙控的方式，模擬配網線路任何一個地點的任何一種故障。故障類型包括電纜與環網柜母線的A、B、C相單相接地故障，AB、BC、CA相兩相短路故障，AB相對地、BC相對地、CA相對地兩相接地短路故障，ABC三相短路故障。而且故障時三相電壓與電流、零序電壓與零序電流同時變化，故障時的電壓和電流與現場實際發生故障時的情況完全一致，方便真實模擬各種故障及故障分析。

2 系統級仿真測試

根據本文所述的工作原理和架構，搭建了WLD分布式微機保護裝置的系統級仿真平臺。由于實際的電力系統都采用環網結構開環運行的方式，因此故障施加地點位置位于1#變電站所帶環網的2#環網柜和3#環網柜之間，根據測試其動作時序如下：1#變電站的2#環網柜和3#環網柜之間發生故障后，2#環網柜602右側檢測到有故障電流同時3#環網柜601左側檢測到沒有故障電流，因此定位故障所在位置位于2#環網柜和3#環網柜之間，2#環網柜602位置的分布式微機保護裝置控制斷路器602分閘完成故障切除;同時通知3#環網柜601位置的分布式微機保護裝置控制斷路器601分閘，601分閘后完成故障隔離;故障完成隔離后備自投將2#變電站電源投入，則1#變電站所帶區間的3#環網柜無故障饋線得到電源供電完成恢復供電。故障模擬后的恢復供電時間如表1所示。

3 結語

本文根據環網領域分布式微機保護裝置在實際應用中存在的問題，研制了功能強大的分布式微機保護裝置及其系統級仿真平臺，通過各種故障模擬、故障位置模擬，解決了運維過程中概念抽象、無實際可操作對象、檢驗難度大、培訓困難等問題，具有重大現實意義。

參考文獻：

[1]王楓，祁彥鵬，傅正財.面向開關的復雜配電網可靠性評估簡化模型[J].電力系統及其自動化學報，2015（2）：57-63.

[2]蘭興偉，鄒博，董俊杰，等.一種新型10kV配電網模擬系統的研制[J].華北電力技術，2017（2）：1-7.

[3]高汝武，游志成.10kV配電網自動化仿真模擬系統的設計[J].成都工業學院學報，2016（4）：36-39.