基于RTDS的6kV廠用保護測控裝置的測試技術

陳寶菲

摘 要：全數字實時仿真裝置（RTDS）基于現代計算機技術和信息技術的計算精度和模型的合理性亦已通過多年的國內外運行驗證，是目前世界上技術最成熟、應用最廣泛的實時仿真系統。本文首先介紹了RTDS在傳統電力系統中的應用，隨后針對某發電廠6kV廠用電系統搭建相應的測試環境并闡明相關參數。最后論述了測試項目和方法并得出結論。希望通過本文的研究能夠為幫助工程人員更好地理解和使用RTDS系統。

關鍵詞：RTDS;廠用保護測控裝置; 測試技術; 6kV

1引言

發電廠用高壓電動機在廠用電系統中占有重要的地位，由于工作環境、保護不完善等原因，運行中容易出現堵轉、短路、斷相、長期過負載使絕緣受損等故障。動模試驗作為電力系統模擬領域重要的技術手段，具有技術成熟、仿真結果可靠等技術特點，在產品開發、故障特性研究、事故分析等試驗研究方面發揮了重要的作用。本文以某發電廠6kV廠用電系統為藍本搭建RTDS仿真試驗模型，研究并驗證廠用保護測控裝置的測試方法以及試驗驗證結果。

1.1、RTDS在傳統電力系統中的應用

1.1.1安穩裝置的閉環測試

電網安全自動裝置在保證電力系統安全可靠運行方面發揮了重要的作用，其設計功能必須通過試驗加以考核、驗證，大規模的RTDS仿真系統是對安穩裝置進行閉環試驗的有力工具。

1.1.2.數字化變電站測試

對變電站控制、保護系統進行全面的集成、配置、測試后，一旦具備現場運行條件，只需要現場簡單的安裝、調試，就能夠投入運行，從而簡化了測試流程，提高了工作效率。

1.1.3繼電保護裝置的閉環測試

測試內容包括電壓/電流波形分析、互感器飽和特性分析和復雜的故障操作模擬等，RTDS精確而豐富的元件模型使得繼電保護的閉環測試與實際的電力系統運行狀態非常接近。

1.1.4控制系統的閉環測試

與繼電保護測試系統相似，電力系統仿真過程中的各種模擬量、數字量可直接輸出到控制器，控制器輸出的模擬量、數字量也可直接輸出到RTDS。它可廣泛應用與AVR、PSS、HVI、sVc、STAT-COM、APF、TESC、UPFC等控制裝置的閉環測試中。

1.1.5電力系統動態行為的模擬和分析研究

RTDS可以進行大規模電力系統動態行為的模擬和分析，研究暫態過程中各種穩定性問題及交直流互聯系統的相互影響等。RTDS仿真系統代表的系統特性包含4kHz頻率范圍。在這個頻率范圍內，RTDS仿真系統是精確分析電力系統現象的理想工具。

1.1.6對電力系統運行人員和學生的培訓

RTDS具有友好的用戶界面，在仿真過程中可以實現動態交互和控制，為電力系統運行人員提供了一種新的培訓方法和工具。RTDS仿真系統是一個理想的演示和教育工具，用來詳細說明仿真技術、電力系統動態特性及其運行狀態。RTDS仿真系統幫助學生將學習理論與電力系統的實際運行聯系起來。

2測試環境搭建

RTDS是基于電磁暫態的全數字實時仿真系統，其元件模型和仿真精度已獲得國內外較高的認可度，廣泛應用于電力系統仿真分析、設備試驗驗證等領域。由RTDS實時數字仿真系統模擬一個實時的電力系統，將被試設備所需的模擬量和開關量，通過RTDS的I/O接口以小信號方式輸出，該信號通過功率放大器放大后送入被測裝置和波形記錄裝置。

3試驗模型及參數

發電廠廠用6kV系統，RTDS試驗模型，部分模型元件參數見表1所示。S為無窮大系統，G為發電機，B1為主變壓器，B2、B3為高壓廠用變壓器，W1為被保護電動機，B4為低壓廠用變壓器。

4 試驗項目及方法

4.1電動機起動時間過長

模擬電動機的起動時間超時，檢查長起動保護的動作行為。

4.2電動機斷相故障

模擬電動機某相發生斷相故障，檢查負序電流保護的動作行為。

4.3電動機過負荷保護

模擬電動機過負荷故障，檢查過負荷保護的動作行為。

4.4電動機堵轉保護

模擬電動機在運行時突然堵轉轉速突降至0和堵轉后轉速逐漸下降至0的情況。

4.5電動機低電壓保護

模擬母線在未發生PT斷線且斷路器處于合閘位置的情況下，母線電壓低于電動機低電壓保護定值，以及斷路器位置或PT斷線是否能閉鎖低壓保護。

4.6區內短路故障

模擬電動機W1在啟動過程中和正常運行時K2點的單相接地、兩相短路、兩相短路接地、三相短路、三相短路接地的故障情況。

4.7區外短路故障

模擬電動機W1運行時，區外6kV母線上K1點的單相接地、兩相短路、兩相短路接地、三相短路、三相短路接地的故障情況。

5結論

通過RTDS仿真驗證，發現如下問題：

（1）個別裝置的起動時間過長保護是實時計算本次啟動的允許時間，所以其真正的動作時間并非定值時間，而是根據實際啟動電流大小計算出來的時間。

（2）區外發生兩相短路時，當短路時間較長超過了負序電流保護動作的時間，部分裝置的負序過流保護因沒有負序方向閉鎖功能而動作。此種情況在上下級元件保護定值整定時須注意。

（3）區外K1點發生瞬時三相短路后轉換為區內相間故障時，部分裝置識別為電動機處于自起動階段，并自動采用起動中速斷定值，造成保護拒動。

（4）部分裝置無自起動判據，依靠定值來躲過自起動過程，所以在定值整定時須注意其過流II定值和電流速斷低定值應躲過被保護電動機最大自起動電流。

本文結合某發電廠6kV廠用電系統搭建RTDS仿真環境，通過模擬電動機各種類型的故障，對電動機綜保裝置進行仿真驗證。試驗結果對深入了解廠用設備保護裝置特性，規范基、改建工程中廠用設備保護裝置的選型工作具有重要的意義。

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