廖小君?韓花榮?黃忠勝?王婷婷

摘要：國內(nèi)外對繼電保護(hù)案例分析仿真是通過暫態(tài)分析軟件或動模試驗(yàn)進(jìn)行，但一般用于對系統(tǒng)或保護(hù)裝置的性能試驗(yàn)，不針對培訓(xùn)。就如何利用數(shù)字動模系統(tǒng)DDRTS對繼電保護(hù)典型缺陷和四川典型事故進(jìn)行仿真重演，結(jié)合實(shí)際保護(hù)培訓(xùn)設(shè)施設(shè)備，進(jìn)行高層次的繼電保護(hù)帶負(fù)荷測試、故障查找和分析及簡單、復(fù)雜事故分析的架構(gòu)與實(shí)現(xiàn)方式方法等問題進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；仿真案例庫；DDRTS；測試

作者簡介：廖小君（1974-），男，四川榮縣人，國網(wǎng)四川省電力公司技能培訓(xùn)中心，副教授；韓花榮（1981-），女，山西壽陽人，國網(wǎng)四川省電力公司技能培訓(xùn)中心，講師。（四川 成都 610072）

基金項(xiàng)目：本文系四川省電力公司群眾創(chuàng)新科技項(xiàng)目的研究成果。

中圖分類號：TM74 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）15-0230-03

目前，國網(wǎng)公司系統(tǒng)建成了多個先進(jìn)的繼電保護(hù)培訓(xùn)實(shí)訓(xùn)基地，配置了良好的繼電保護(hù)實(shí)訓(xùn)設(shè)備，可以開展各種保護(hù)設(shè)備的技能操作培訓(xùn)，但對于保護(hù)系統(tǒng)的仿真案例庫培訓(xùn)系統(tǒng)，尤其利用真實(shí)的保護(hù)設(shè)備開發(fā)相應(yīng)的事故案例分析培訓(xùn)模塊目前尚未進(jìn)行開展。各電力科學(xué)研究院利用各種動模系統(tǒng)可開展各種保護(hù)設(shè)備的動模試驗(yàn)，但一般用于對系統(tǒng)或保護(hù)裝置的性能試驗(yàn)，不針對培訓(xùn)，并且僅限于保護(hù)裝置，不涉及保護(hù)二次回路等。

下面就利用DDRTS仿真系統(tǒng)或其他保護(hù)測試系統(tǒng)結(jié)合實(shí)際的保護(hù)實(shí)訓(xùn)基地開展繼電保護(hù)仿真案例庫開發(fā)的有關(guān)問題進(jìn)行研究，包括仿真案例庫系統(tǒng)應(yīng)具備的功能應(yīng)用、系統(tǒng)構(gòu)成方式研究，并對兩種方式的構(gòu)成進(jìn)行了測試，對測試結(jié)果進(jìn)行了分析，提出了開發(fā)存在的問題和改進(jìn)方法，并對以后的應(yīng)用前景進(jìn)行了分析。

一、DDRTS系統(tǒng)仿真應(yīng)用情況

目前培訓(xùn)中心擁有一套和 RTDS類似的數(shù)字動態(tài)實(shí)時仿真系統(tǒng)DDRTS（Digital Dynamic Real Time Simulator），是一個軟硬件結(jié)合的電力系統(tǒng)數(shù)字仿真與試驗(yàn)裝置。DDRTS由大型電網(wǎng)仿真軟件和高速通信系統(tǒng)、信號轉(zhuǎn)換及輸入輸出系統(tǒng)等硬件設(shè)備組成。利用電磁暫態(tài)仿真軟件可建立全數(shù)字的仿真系統(tǒng)模型，對電力系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時仿真模擬，將繼電保護(hù)裝置和安全自動裝置試驗(yàn)所需的電壓、電流等信號經(jīng)通訊卡輸出，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換和電壓、電流放大器送入需要試驗(yàn)的繼電保護(hù)裝置和安全自動裝置中以進(jìn)行裝置的實(shí)時試驗(yàn)。同時繼電保護(hù)裝置和安全自動裝置的響應(yīng)信號可實(shí)時反饋回計算機(jī)形成閉環(huán)試驗(yàn)。

DDRTS系統(tǒng)由于可以進(jìn)行實(shí)時閉環(huán)測試，因此對于擁有和實(shí)際變電站類似的保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)及培訓(xùn)具有良好的效果，尤其對于較復(fù)雜的保護(hù)動作培訓(xùn)，但如何充分利用DDRTS的特點(diǎn)進(jìn)行適合現(xiàn)場人員培訓(xùn)的事故案例仿真培訓(xùn)是一個值得研究的課題。目前DDRTS應(yīng)用于現(xiàn)場一些簡單的事故回放和一些保護(hù)裝置的閉環(huán)測試等情況較多，但對于保護(hù)系統(tǒng)的用于現(xiàn)場培訓(xùn)的仿真案例開發(fā)則很少。

二、仿真案例庫系統(tǒng)功能

仿真案例庫的開發(fā)以典型事故案例結(jié)合崗位培訓(xùn)教程中事故分析、帶負(fù)荷測試、綜合故障處理等培訓(xùn)和考核模塊進(jìn)行仿真，仿真的事故包括正常工作狀態(tài)、保護(hù)正確動作和不正確動作。其中正確動作的分析以典型錄波分析為主，開展典型故障特征及錄波分析方法培訓(xùn)，并給出標(biāo)準(zhǔn)化事故分析簡報模板供進(jìn)行正確匯報事故借鑒。該部分仿真庫的開發(fā)重點(diǎn)在于培訓(xùn)事故分析方法，和培訓(xùn)學(xué)員查看錄波及分析事故流程。不正確動作事故則根據(jù)不正確動作原因，包括二次回路故障、設(shè)置錯誤、整定錯誤、誤操作等，重點(diǎn)在于培訓(xùn)學(xué)員能夠根據(jù)仿真庫仿真的現(xiàn)象及錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷或故障查找及排除（如果涉及回路故障）。

仿真案例庫建設(shè)能夠滿足繼電保護(hù)較高層次的培訓(xùn)，如技師、高級技師、優(yōu)秀技能人才選拔、競賽比武。案例庫內(nèi)容選擇應(yīng)考慮不同的難易程度、基本案例（如帶負(fù)荷測試）、正確故障分析、簡單案例（如單一回路故障、壓板或控制字設(shè)置等）、復(fù)雜案例（如整定配合、系統(tǒng)故障、保護(hù)裝置缺陷、復(fù)雜故障等）。

仿真案例庫開發(fā)應(yīng)充分和繼電保護(hù)專業(yè)培訓(xùn)課程體系結(jié)合，其開發(fā)成果包括了繼電保護(hù)專業(yè)培訓(xùn)和考核標(biāo)準(zhǔn)的多個模塊，包括以下內(nèi)容：故障錄波報告調(diào)閱模塊；110kV線路、變壓器、母線等保護(hù)帶負(fù)荷測試、故障錄波動作分析模塊；220kV線路、變壓器及母線保護(hù)帶負(fù)荷測試、故障錄波動作分析模塊；典型保護(hù)裝置和回路故障查找和排除模塊；復(fù)雜案例事故分析模塊。

三、仿真案例庫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)架構(gòu)研究

為充分滿足實(shí)際培訓(xùn)的需求，仿真案例庫在實(shí)現(xiàn)架構(gòu)上需考慮許多問題，包括：仿真模型系統(tǒng)如何搭建；DDRTS和實(shí)際保護(hù)裝置及二次回路等物理設(shè)備的交互；其他相關(guān)系統(tǒng)的接入；故障模擬及考核方式等。除仿真案例網(wǎng)絡(luò)模型外，還包括了培訓(xùn)時實(shí)施方案，如試驗(yàn)時涉及到的保護(hù)設(shè)備、是否對保護(hù)型號有要求、試驗(yàn)接線（電流電壓接入方式、電流串接設(shè)備、故障錄波和監(jiān)控系統(tǒng)接入和測試方式、開關(guān)和刀閘狀態(tài)接入和測試方式）、故障模擬設(shè)置、考核方式（如波形分析、負(fù)荷測試、回路查找、事故判斷方法等）。

1.仿真案例庫模型搭建及相關(guān)設(shè)置

仿真案例庫的模型搭建是一個很重要的問題，首先模型應(yīng)該和接入的實(shí)際保護(hù)設(shè)備的一次接線滿足一致，這樣才能保證保護(hù)動作行為的正確性和合理性。其次，仿真案例庫的運(yùn)行方式應(yīng)當(dāng)靈活，以適應(yīng)不同的培訓(xùn)需求，如可以方便調(diào)整潮流，以靈活地開展帶負(fù)荷測試等培訓(xùn)模塊，或者進(jìn)行不同的故障設(shè)置模擬。最后，仿真案例庫的搭建應(yīng)考慮一定的擴(kuò)展性，尤其外部等值系統(tǒng)的考慮以及和安控系統(tǒng)的接口等等。220kV保護(hù)實(shí)訓(xùn)室仿真案例庫模型如圖1所示。

2.數(shù)字物理混合仿真案例測試系統(tǒng)搭建

一般的數(shù)字物理混合系統(tǒng)主要考慮仿真直接和保護(hù)系統(tǒng)接入，不會考慮和外部回路進(jìn)行接入，但作為一個用于培訓(xùn)的保護(hù)仿真，則應(yīng)考慮對保護(hù)回路的完整測試。

（1）交流信號輸入系統(tǒng)。交流信號輸入系統(tǒng)應(yīng)通過交流信號二次回路送入到保護(hù)設(shè)備，以方便對保護(hù)二次回路的有關(guān)缺陷查找和排除模塊進(jìn)行培訓(xùn)，為此，保護(hù)培訓(xùn)設(shè)備應(yīng)有較完善的保護(hù)輸入二次回路，一般可采取接口屏或者設(shè)置端子箱模擬屏以模擬CT端子箱和PT端子箱。對于交流回路，考慮到節(jié)約放大器，可采用電流放大器輸出后通過接口屏將需要測試的各保護(hù)、錄波等設(shè)備串接起來，這樣實(shí)現(xiàn)在本間隔的多個設(shè)備聯(lián)動。以線路保護(hù)為例，其電流包括線路保護(hù)1、線路保護(hù)2和故障錄波裝置。

（2）跳閘回路接入。一般的動模系統(tǒng)直接接入保護(hù)跳閘和合閘接點(diǎn)，進(jìn)行保護(hù)有關(guān)動作行為實(shí)驗(yàn)。但作為培訓(xùn)，保護(hù)的控制回路是非常重要的一環(huán)，較方便的模式是保護(hù)均通過模擬斷路器實(shí)現(xiàn)完整的跳閘回路，仿真系統(tǒng)通過模擬斷路器輔助接點(diǎn)引入，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)測試。應(yīng)注意的是，模擬斷路器應(yīng)滿足雙跳圈的功能，并應(yīng)具備完善的信號輸出。

（3）模擬刀閘系統(tǒng)接入。完善的二次回路還應(yīng)考慮一次刀閘信號的接入，為此應(yīng)配置一套完善的模擬刀閘系統(tǒng)，接入相關(guān)二次設(shè)備。對于仿真系統(tǒng)，在進(jìn)行諸如充電保護(hù)等仿真動作時宜接入模擬刀閘信號，從而更準(zhǔn)確地進(jìn)行仿真試驗(yàn)。

3.其他系統(tǒng)接入

（1）故障錄波系統(tǒng)接入。仿真案例的重要功能是進(jìn)行事故案例分析培訓(xùn)，因此必須接入故障錄波系統(tǒng)，故障錄波系統(tǒng)應(yīng)接入完整的錄波信號，包括保護(hù)信號和斷路器跳閘位置信號。同時錄波電流電壓應(yīng)和保護(hù)系統(tǒng)一致。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)接入。為更好地進(jìn)行較復(fù)雜的保護(hù)事故分析培訓(xùn)，應(yīng)考慮接入監(jiān)控系統(tǒng)，尤其在進(jìn)行事故案例分析時應(yīng)和監(jiān)控系統(tǒng)一同進(jìn)行仿真，為此方案考慮了接口屏包括保護(hù)接口屏和測控接口屏，以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的案例仿真。

（3）故障信息系統(tǒng)接入。220kV系統(tǒng)考慮了一套故障信息系統(tǒng)，在進(jìn)行案例仿真時將其接入可更好地開展故障信息系統(tǒng)的培訓(xùn)，因?yàn)楣收闲畔⑾到y(tǒng)的培訓(xùn)可能涉及多個保護(hù)甚至多個站的動作行為才能更好地對其進(jìn)行培訓(xùn)。

（4）通道接入。通道接入主要是通信系統(tǒng)，保護(hù)涉及到的專用光纖通信系統(tǒng)和復(fù)用光纖通信系統(tǒng)對于涉及光纖保護(hù)的仿真時尤為重要。

4.系統(tǒng)整體架構(gòu)

系統(tǒng)整體構(gòu)架如圖2所示。

5.故障模擬及考核方式

繼電保護(hù)仿真案例庫的開發(fā)應(yīng)包含仿真案例及培訓(xùn)實(shí)施方案，其測試內(nèi)容及需記錄的內(nèi)容包括：保護(hù)動作信號、相關(guān)狀態(tài)記錄、相關(guān)保護(hù)動作錄波、故障錄波、監(jiān)控記錄。該部分通過圖片和錄波圖的方式以附件的報告形式完成，便于進(jìn)行離線培訓(xùn)。

仿真案例庫的開發(fā)主要依靠DDRTS進(jìn)行各種信號的仿真和模擬及培訓(xùn)。為了使培訓(xùn)能夠讓學(xué)員參與案例庫的相關(guān)案例的測試和培訓(xùn)，案例庫的各種測試模型可以由DDRTS測試后，輸出為故障波形文件，這樣可以通過多個測試儀進(jìn)行同步輸出，可以在培訓(xùn)過程中進(jìn)行多組培訓(xùn)，解決了只有一套DDRTS系統(tǒng)而不能同時開展多個培訓(xùn)任務(wù)的問題。

四、系統(tǒng)開發(fā)問題及應(yīng)用前景

1.開發(fā)有關(guān)問題

（1）仿真案例的選取具有一定的局限性，現(xiàn)場發(fā)生的相關(guān)案例有些屬于二次回路缺陷、雷擊、非電量等，用DDRTS難以模擬。

（2）仿真案例中有些需要較大的故障量輸出，但受制于放大器30A的最大輸出，因此需要對仿真模型等進(jìn)行調(diào)整，一定程度上影響了針對性。同時，原來的放大器帶負(fù)載能力不夠，也影響了仿真的實(shí)用性。

2.應(yīng)用前景

仿真案例庫的開發(fā)成果已經(jīng)用在了繼電保護(hù)優(yōu)秀技能人才選拔、保護(hù)競賽、履職能力崗位培訓(xùn)等科目中，取得了很好的實(shí)踐效果。后續(xù)可以在以下領(lǐng)域發(fā)揮更大作用：

（1）利用仿真案例庫可以擴(kuò)展保護(hù)和安控系統(tǒng)的聯(lián)合仿真培訓(xùn)。

（2）如果有繼電保護(hù)故障信息培訓(xùn)系統(tǒng)，利用仿真案例庫可以更好地對故障信息系統(tǒng)培訓(xùn)進(jìn)行有益的補(bǔ)充。

（3）現(xiàn)場仿真培訓(xùn)：繼電保護(hù)仿真案例庫可以很好地用在繼電保護(hù)崗位培訓(xùn)的簡單事故分析、帶負(fù)荷測試、保護(hù)缺陷分析和查找、動作報告分析、復(fù)雜事故分析等培訓(xùn)模塊中。DDRTS離線輸出的相關(guān)案例也可以用于保護(hù)人員現(xiàn)場進(jìn)行學(xué)習(xí)和測試、提高現(xiàn)場培訓(xùn)效果。

（4）自動化系統(tǒng)培訓(xùn)。仿真案例庫開發(fā)建設(shè)的建模方法、測試技術(shù)和方法可以為自動化子站、主站、智能變電站等仿真案例庫的開發(fā)積累豐富的經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)這些專業(yè)技能培訓(xùn)能力的提升。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）