摘要：RTDS(Real Time Digital System)能夠比較真實的反映實際電力系統的故障性征，且較模擬動模試驗系統，有易于控制故障工況、故障可重現等優點，使其在高壓線路保護裝置的研制及開發過程中發揮著重要的作用。本文介紹高壓線路保護裝置動模測試的模型及要求的同時，著重分析了當前高壓線路保護裝置研究的幾個難點，并就此給出了我們在研制新一代高壓線路保護產品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、轉換性故障等方面表現良好，裝置整體性能可靠，能夠滿足高壓線路對保護的要求。此裝置還有待于現場試運行的進一步考驗。
關鍵字：RTDS，高壓線路保護，振蕩閉鎖
1 引言
電力系統數字仿真具有不受原型系統規模和結構復雜性的限制，能夠保證被研究、試驗系統的安全性和具有良好的經濟性、方便性等許多優點，正被越來越多的電力科技工作者所關注，并且在電力系統規劃和設計、裝置的研究開發、運行人員培訓等領域發揮著重要的作用[1]。眾所周知，電力系統保護裝置，尤其是高壓/超高壓電網的保護裝置，需要足夠的可靠性，并能適應于電力系統的各種工況，在任何故障類型下具有充分的靈敏度，來快速、準確的切除故障，以確保電網穩定、設備安全。但對于要求如此苛刻的裝置，在現場中僅在很短的時間動作外，長期處于不動作狀態，所以可供參考的實際故障經驗非常少，至于實際電網試驗機會則更少。從而導致了高壓電網保護裝置產品一直是一個高技術含量、高門檻的行業，其開發研究中，電力系統實際經驗和動模試驗具有重要的地位。相比于傳統的動模試驗，全數字RTDS動模系統，具有模型構建方便、系統模型多、同類故障工況可重復再現等諸多方面的優點，給保護裝置的開發研究提供了極其有利的手段，也從而確保了由此開發出的裝置性能更加可靠。
2 RTDS動模試驗系統
2.1 RTDS試驗模型[2]
RTDS是由加拿大Maniloba直流研究中心(HVDC)開發的專門用于實時研究電力系統的數字動模系統，該系統中的電力系統元件模型和仿真算法建立在已獲得行業認可，且已廣泛應用的EMTP和EMTDC基礎上的，其仿真結果與現場實際系統的真實情況是一致的。該系統已在全球多個國家和地區推廣使用，我國目前也有多個單位引進了規模不等的RTDS系統。
使用RTDS進行繼電保護產品試驗的關鍵在于試驗模型系統的建立。參照電力科學院的試驗模型系統，結合本裝置的開發定位：應用于220KV及以上電壓等級的單回線路，構建了以下幾種線路模型。為更加接近現場實際，使測試結果具有說服力，所有線路模型均采用分布參數模型，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的暫態超越性能。
·雙電源雙回線長線模型(II)
仿真系統模型入圖1所示。被測保護裝置P1和P2分別安裝在NL1線路的N側和L側，保護所需的線路電壓信號由500kV/0.1kV的電容式電壓互感器提供，保護所需的線路電流信號由1250A/1A的電流互感器提供。
我們開發的線路保護裝置DF3621定位于高壓/超高壓電力系統，基本配置：以縱聯距離保護為主，三段式距離保護、階段式零序保護和反時限零序保護為后備保護，以及完善的輔助功能的成套保護裝置。裝置采用先進、可靠的軟件平臺，硬件平臺采用32位CPU+DSP模式，為保護整體性能提供了可靠基礎;保護原理完備、先進，在吸收目前國內同類保護產品優點的基礎上，增加了自適應、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院所有檢測項目，以及部分網局相關標準的前提下，我們又增加了一些試驗內容：復故障、特高阻(大于300 )接地故障、振蕩中經過渡電阻接地故障、CT嚴重飽和工況等。DF3621的基本測試結果如表1所示。
表1 RTDS試驗結果
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。經過上千次的試驗表明：DF3621高壓線路保護裝置各項指標均能滿足要求，性能穩定可靠，對于特殊工況下的故障反應也得到了比較滿意的結果。
3 高壓線路保護裝置的幾個難點[3~6]
我國的微機保護產品從投入現場實際到現在已有十幾年的歷史了，在完成其之前集成保護所有功能的基礎上，就保護功能而言真正性能提高的幅度不大，也可以說就保護原理而言未能充分發揮微機的優勢。尤其是目前隨著軟、硬技術的飛速發展，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中。當然保護裝置的開發以可靠為首，我們也正是本著這一原則，就目前保護裝置解決不太理想的地方進行了試驗性嘗試。也希望同時引起同行對此類問題的關注。
3.1 狀態識別及自適應
嚴格的講狀態識別及自適應涉及很多方面，限于篇幅及本文的側重點，就幾個主要方面提出予以探討。目前國內的保護裝置，啟動元件動作后，后續的故障處理過程是按照啟動時刻為基準展開的，如突變量啟動后相繼執行快速段、穩態階段、振蕩閉鎖階段、跳閘后階段以及非全相階段，其他的內容如PTDX、加速則包含于其中。應該說此種方案是不合理的，我們所制定的保護處理方案是針對于保護裝置之外的一次、二次的狀態而言的，除了簡單的單一性故障，程序處理和系統狀態相符合，大多數會導致不一致從而影響保護整體性能。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 發生時刻;距離保護為兼顧近端故障快速切除和末端暫 態超越不超標一般采用快速段保護以啟動時刻為基準階 段放開保護范圍的方法，此策略勢必導致的結果是暫態 超越試驗動作時間不會太快，另外對于小擾動導致啟動 后一段時間發生的故障勢必可能出現暫態超越超標。
· 目前微機距離保護一般采用短時開放，150ms后(以啟動時刻為基準)后進入振蕩閉鎖處理模塊，通過增加條件來開放保護。應當說此方案側重于可靠性考慮，對于我國的電網穩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來運行振蕩閉鎖程序，應當說此元件過于靈敏，從而導致系統穩定情況下，小擾動導致啟動后，再發生故障導致保護延時動作。
