基于RTDS的牽引變壓器建模及仿真

陳新華，付永良，薛志偉，沙海軒，王吉祥

(國網(wǎng)德州供電公司，山東 德州 253000)

基于RTDS的牽引變壓器建模及仿真

陳新華，付永良，薛志偉，沙海軒，王吉祥

(國網(wǎng)德州供電公司，山東 德州 253000)

本文在RTDS中搭建了牽引變壓器的仿真模型，經(jīng)仿真系統(tǒng)模擬后，通過GTAO/GTDO卡輸出仿真模型得出的電氣量，并利用功率放大器將計算得到的電氣量傳輸?shù)奖Ｗo裝置，保護裝置根據(jù)自身的邏輯判斷條件給出對應(yīng)的信號。實時數(shù)字仿真儀(real time digital simulator，RTDS)具備仿真精度高，計算速度快，搭建模型方便，模擬故障不會對設(shè)備造成損害等優(yōu)點，利用RTDS對保護裝置進行閉環(huán)測試，可實時的模擬保護裝置運行狀況，因此，可減少保護裝置的試驗周期。

牽引變壓器；模型；RTDS；閉環(huán)測試

1 基于RTDS的牽引變壓器建模

本文采用的牽引變壓器的參數(shù)如表1所示[1-2]。

表1 牽引變壓器參數(shù)

基于RTDS的牽引變電所的模型如圖1所示。圖中所示的牽引變電所是由兩個單相變壓器組成，牽引變壓器的電流分別采自高壓側(cè)和低壓側(cè)斷路器裝設(shè)的CT。CT可實時采集牽引變壓器的電流值，當電流值達到保護的動作值時，保護即跳開變壓器的低壓側(cè)斷路器和高壓側(cè)斷路器。圖1中，牽引變壓器的仿真模型中，有各種作用的封裝模塊，其中最主要的有控制牽引變壓器斷路器的合閘角度、有模擬各種變壓器短路試驗的封裝模塊[3-5]。

2 閉環(huán)測試

選用某廠家基于二次諧波制動的比率差動保護的牽引變壓器保護裝置。根據(jù)基于RTDS搭建的模型，對該廠家的牽引變壓器保護裝置進行閉環(huán)測試，以驗證基于RTDS的建模是正確有效的。

圖1 牽引變電所仿真模型

整個保護裝置的閉環(huán)測試流程如圖2所示[6-7]。

圖2 牽引變壓器保護閉環(huán)測試流程

將RTDS的輸出端與保護裝置連接，其接線形式如圖3所示。

圖3 硬件連接

至此，硬件連接已完成，可根據(jù)仿真模型對保護裝置進行測試，其具體測試內(nèi)容如下。

2.1 空載合閘

變壓器空載合閘，當選擇的合閘角度不同，其勵磁涌流的大小也各不相同。在RTDS中，牽引變壓器合閘角度的控制模塊如圖4所示。

圖4 合閘控制模塊

0.2s時，進行空載合閘，牽引變壓器兩端的差動電流如圖5所示。

圖5 差動電流

圖5可見，斷路器空載合閘，伴隨著較大的勵磁涌流產(chǎn)生，且勵磁涌流的大小不斷衰減，直至消失。0.5s時刻，變壓器的差動電流值發(fā)生了突變，這是因為電流和磁通累積疊加，致使高壓側(cè)的電流互感器達到飽和，從而對勵磁涌流產(chǎn)生影響。此刻，保護裝置的事件報告見圖6。

圖6 空載合閘的事件報告

利用TA21工具軟件，可得圖7所示的實時報告。

圖7 實時報告

綜合圖6、圖7的過程可得，被測保護裝置能可靠閉鎖由勵磁涌流產(chǎn)生的差動電流，符合保護可靠性的要求。

2.2 空載合閘于各類故障

(1) 高壓側(cè)單相接地故障

空載合閘前，牽引變壓器高壓側(cè)A相接地，在其合閘角度為0°時進行空載合閘，此時，保護裝置測得的差流波形見圖8，且其動作記錄見圖9。

圖8 保護裝置測得的差流波形

圖9 動作記錄

利用TA21工具軟件可得實時報告見圖10。

圖10 實時報告

對比分析圖8、圖9、圖10可得，當牽引變壓器空載合閘于A相接地故障時，牽引變壓器的三相差動電流幅值顯著增加，特別是A相差動電流遠遠大于B相、C相差動電流，并達到了差動速斷保護的定值，因此A相差動速斷能夠動作出口，跳開牽引變壓器的高壓側(cè)斷路器。

此外，本文還模擬了空載合閘于另外兩相接地故障的試驗，其測試結(jié)果見表2。

表2 單相接地故障

從表2可以看出，高壓側(cè)斷路器合閘于單相接地故障時，接地相差動電流的幅值可迅速達到速斷保護的動作值，保護能可靠地出口。

(2) 高壓側(cè)相間故障

本文還模擬了空載合閘于兩相相間短路故障的試驗，其測試結(jié)果見表3。

從表3中可以看出，合閘于相間短路故障時，被測裝置的差動速斷保護能可靠動作。

(3) TR、FR型故障

帶α、β相TR、FR型故障空載合閘時，保護裝置的動作情況統(tǒng)計如表4所示。

表3 相間短路故障

表4 TR、FR型故障

表4中，故障類型中的下標αβ分別表示αβ相的故障。從表4可以看出，故障在β相時，采用“三相或門”方式的諧波制動原理閉鎖了比率差動保護，致使差動保護拒動，相反，故障在α相時，差動電流超過了差動速斷的動作值，保護能夠出口。

(4)TF型故障

被測裝置的動作情況見表5。

表5 TF型故障

同表4一樣，故障類型中的下標、分別表示、相的故障。

發(fā)生相TF型故障時，二次諧波制動的比率差動保護閉鎖，保護拒動；故障在相時，差動電流大于差動速斷的動作值，因此差動速斷保護能夠可靠動作于出口。

3 結(jié)論

實時數(shù)字仿真儀(real time digital simulator，RTDS)搭建模型方便，并且模擬故障時，跟實際的測試結(jié)論一致，并且不會對設(shè)備造成損害。利用RTDS對保護裝置進行閉環(huán)測試，可實時的模擬保護裝置運行狀況，因此，可減少保護裝置的試驗周期。

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[3] 陳新華.牽引變壓器保護雙重化[D].西南交通大學,2013.

[4] Hu G,Chen W,Li Y,et al.Simulation of traction transformer based on PSCAD / EMTDC[C].2011.

[5] 一種基于差流波形特征的勵磁涌流識別方法[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2015,43(6):19-24.

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Research on Modeling and Simulation of Traction Transformer Based on RTDS

CHENXin-hua，F(xiàn)UYong-liang，XUEZhi-wei，SHAHai-xuan,WANGJi-xiang

(State Grid Dezhou Power Supply Company,Dezhou 253000,China)

In this paper,the model of traction substation is build based on a series of function of RTDS,the dateis calculated bythe RTDS simulator，then GTAO/GTDO card output voltage and current,and the output of the power amplifier to protection device,a signal corresponding to the action of protection device.Real time digital simulator with high simulation accuracy,the fast calculation,convenient build model，fault simulation with no damage of equipment,can do closed-loop test protection to device,and simulate the real situation of field operation,greatly shorten the development cycle of the protection device.

traction transformer;model;RTDS;closed loop test

1004-289X(2016)06-0054-04

TM922.73

B

2015-10-24

陳新華(1987-)，女，碩士，工程師，研究方向變壓器保護雙重化及電能質(zhì)量控制; 付永良(1987-)，男，碩士,工程師，研究方向柔性直流輸電及電能質(zhì)量控制; 薛志偉(1986-)，男，碩士，工程師，研究方向變壓器保護; 沙海軒(1989-)，男，本科,助理工程師，研究方電能質(zhì)量控制; 王吉祥(1987-)，男，碩士,工程師，研究方向柔性直流輸電。