摘要：RTDS(Real Time Digital System)能夠比較真實的反映實際電力系統(tǒng)的故障性征，且較模擬動模試驗系統(tǒng)，有易于控制故障工況、故障可重現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，使其在高壓線路保護(hù)裝置的研制及開發(fā)過程中發(fā)揮著重要的作用。本文介紹高壓線路保護(hù)裝置動模測試的模型及要求的同時，著重分析了當(dāng)前高壓線路保護(hù)裝置研究的幾個難點(diǎn)，并就此給出了我們在研制新一代高壓線路保護(hù)產(chǎn)品DF3621中的處理策略和方法。大量的RTDS試驗表明：DF3621對于特殊工況、轉(zhuǎn)換性故障等方面表現(xiàn)良好，裝置整體性能可靠，能夠滿足高壓線路對保護(hù)的要求。此裝置還有待于現(xiàn)場試運(yùn)行的進(jìn)一步考驗。

　　關(guān)鍵字：RTDS，高壓線路保護(hù)，振蕩閉鎖

　　1 引言

　　電力系統(tǒng)數(shù)字仿真具有不受原型系統(tǒng)規(guī)模和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的限制，能夠保證被研究、試驗系統(tǒng)的安全性和具有良好的經(jīng)濟(jì)性、方便性等許多優(yōu)點(diǎn)，正被越來越多的電力科技工作者所關(guān)注，并且在電力系統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計、裝置的研究開發(fā)、運(yùn)行人員培訓(xùn)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用[1]。眾所周知，電力系統(tǒng)保護(hù)裝置，尤其是高壓/超高壓電網(wǎng)的保護(hù)裝置，需要足夠的可靠性，并能適應(yīng)于電力系統(tǒng)的各種工況，在任何故障類型下具有充分的靈敏度，來快速、準(zhǔn)確的切除故障，以確保電網(wǎng)穩(wěn)定、設(shè)備安全。但對于要求如此苛刻的裝置，在現(xiàn)場中僅在很短的時間動作外，長期處于不動作狀態(tài)，所以可供參考的實際故障經(jīng)驗非常少，至于實際電網(wǎng)試驗機(jī)會則更少。從而導(dǎo)致了高壓電網(wǎng)保護(hù)裝置產(chǎn)品一直是一個高技術(shù)含量、高門檻的行業(yè)，其開發(fā)研究中，電力系統(tǒng)實際經(jīng)驗和動模試驗具有重要的地位。相比于傳統(tǒng)的動模試驗，全數(shù)字RTDS動模系統(tǒng)，具有模型構(gòu)建方便、系統(tǒng)模型多、同類故障工況可重復(fù)再現(xiàn)等諸多方面的優(yōu)點(diǎn)，給保護(hù)裝置的開發(fā)研究提供了極其有利的手段，也從而確保了由此開發(fā)出的裝置性能更加可靠。

　　2 RTDS動模試驗系統(tǒng)

　　2.1 RTDS試驗?zāi)Ｐ蚚2]

　　RTDS是由加拿大Maniloba直流研究中心(HVDC)開發(fā)的專門用于實時研究電力系統(tǒng)的數(shù)字動模系統(tǒng)，該系統(tǒng)中的電力系統(tǒng)元件模型和仿真算法建立在已獲得行業(yè)認(rèn)可，且已廣泛應(yīng)用的EMTP和EMTDC基礎(chǔ)上的，其仿真結(jié)果與現(xiàn)場實際系統(tǒng)的真實情況是一致的。該系統(tǒng)已在全球多個國家和地區(qū)推廣使用，我國目前也有多個單位引進(jìn)了規(guī)模不等的RTDS系統(tǒng)。

　　使用RTDS進(jìn)行繼電保護(hù)產(chǎn)品試驗的關(guān)鍵在于試驗?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)的建立。參照電力科學(xué)院的試驗?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)，結(jié)合本裝置的開發(fā)定位：應(yīng)用于220KV及以上電壓等級的單回線路，構(gòu)建了以下幾種線路模型。為更加接近現(xiàn)場實際，使測試結(jié)果具有說服力，所有線路模型均采用分布參數(shù)模型，電壓等級為500kv。

　　·單電源空載長線模型(I)

　　無窮大電源帶400km單回架空線路，無窮大電源短路容量為3000MVA。主要用于測試距離保護(hù)的暫態(tài)超越性能。

　　·雙電源雙回線長線模型(II)

　　仿真系統(tǒng)模型入圖1所示。被測保護(hù)裝置P1和P2分別安裝在NL1線路的N側(cè)和L側(cè)，保護(hù)所需的線路電壓信號由500kV/0.1kV的電容式電壓互感器提供，保護(hù)所需的線路電流信號由1250A/1A的電流互感器提供。

　　我們開發(fā)的線路保護(hù)裝置DF3621定位于高壓/超高壓電力系統(tǒng)，基本配置：以縱聯(lián)距離保護(hù)為主，三段式距離保護(hù)、階段式零序保護(hù)和反時限零序保護(hù)為后備保護(hù)，以及完善的輔助功能的成套保護(hù)裝置。裝置采用先進(jìn)、可靠的軟件平臺，硬件平臺采用32位CPU+DSP模式，為保護(hù)整體性能提供了可靠基礎(chǔ);保護(hù)原理完備、先進(jìn)，在吸收目前國內(nèi)同類保護(hù)產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，增加了自適應(yīng)、模式識別等一些成熟的研究成果，從而使此裝置在滿足目前保護(hù)裝置基本要求的前提下，對特殊工況時的故障也具有另人滿意的結(jié)果。

　　此次RTDS試驗屬于研制階段的手段，所以試驗項目在完全包括電力科學(xué)院所有檢測項目，以及部分網(wǎng)局相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，我們又增加了一些試驗內(nèi)容：復(fù)故障、特高阻(大于300 )接地故障、振蕩中經(jīng)過渡電阻接地故障、CT嚴(yán)重飽和工況等。DF3621的基本測試結(jié)果如表1所示。

　　表1 RTDS試驗結(jié)果

　　Tab.1 RTDS Test Results

　　其他項目如：PT斷線、CT斷線及飽和、手合空載線及故障線路等也作了充分的測試。經(jīng)過上千次的試驗表明：DF3621高壓線路保護(hù)裝置各項指標(biāo)均能滿足要求，性能穩(wěn)定可靠，對于特殊工況下的故障反應(yīng)也得到了比較滿意的結(jié)果。

　　3 高壓線路保護(hù)裝置的幾個難點(diǎn)[3~6]

　　我國的微機(jī)保護(hù)產(chǎn)品從投入現(xiàn)場實際到現(xiàn)在已有十幾年的歷史了，在完成其之前集成保護(hù)所有功能的基礎(chǔ)上，就保護(hù)功能而言真正性能提高的幅度不大，也可以說就保護(hù)原理而言未能充分發(fā)揮微機(jī)的優(yōu)勢。尤其是目前隨著軟、硬技術(shù)的飛速發(fā)展，一些研究成熟的高級算法、智能化分析方法等完全可以引入的保護(hù)中。當(dāng)然保護(hù)裝置的開發(fā)以可靠為首，我們也正是本著這一原則，就目前保護(hù)裝置解決不太理想的地方進(jìn)行了試驗性嘗試。也希望同時引起同行對此類問題的關(guān)注。

　　3.1 狀態(tài)識別及自適應(yīng)

　　嚴(yán)格的講狀態(tài)識別及自適應(yīng)涉及很多方面，限于篇幅及本文的側(cè)重點(diǎn)，就幾個主要方面提出予以探討。目前國內(nèi)的保護(hù)裝置，啟動元件動作后，后續(xù)的故障處理過程是按照啟動時刻為基準(zhǔn)展開的，如突變量啟動后相繼執(zhí)行快速段、穩(wěn)態(tài)階段、振蕩閉鎖階段、跳閘后階段以及非全相階段，其他的內(nèi)容如PTDX、加速則包含于其中。應(yīng)該說此種方案是不合理的，我們所制定的保護(hù)處理方案是針對于保護(hù)裝置之外的一次、二次的狀態(tài)而言的，除了簡單的單一性故障，程序處理和系統(tǒng)狀態(tài)相符合，大多數(shù)會導(dǎo)致不一致從而影響保護(hù)整體性能。列舉幾例如下：

　　· 啟動元件為保證各種可能故障下都能動作，整定的靈 敏度非常高，所以啟動元件動作往往并非是故障的真實 發(fā)生時刻;距離保護(hù)為兼顧近端故障快速切除和末端暫 態(tài)超越不超標(biāo)一般采用快速段保護(hù)以啟動時刻為基準(zhǔn)階 段放開保護(hù)范圍的方法，此策略勢必導(dǎo)致的結(jié)果是暫態(tài) 超越試驗動作時間不會太快，另外對于小擾動導(dǎo)致啟動 后一段時間發(fā)生的故障勢必可能出現(xiàn)暫態(tài)超越超標(biāo)。

　　· 目前微機(jī)距離保護(hù)一般采用短時開放，150ms后(以啟動時刻為基準(zhǔn))后進(jìn)入振蕩閉鎖處理模塊，通過增加條件來開放保護(hù)。應(yīng)當(dāng)說此方案側(cè)重于可靠性考慮，對于我國的電網(wǎng)穩(wěn)定等方面具有積極的實用意義。但僅通過突變量啟動元件動作后150ms來運(yùn)行振蕩閉鎖程序，應(yīng)當(dāng)說此元件過于靈敏，從而導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定情況下，小擾動導(dǎo)致啟動后，再發(fā)生故障導(dǎo)致保護(hù)延時動作。