基于全場(chǎng)景系統(tǒng)的新一代智能變電站整組傳動(dòng)調(diào)試方法

，，，，

(1.四川大學(xué)電氣信息學(xué)院，四川 成都 610065； 2.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610041； 3.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司廣安供電公司，四川 廣安 638600)

0 引 言

隨著智能變電站各方面經(jīng)驗(yàn)的積累，國(guó)家電網(wǎng)公司提出并推進(jìn)了基于電子式互感器的新一代智能變電站(以下簡(jiǎn)稱新一代智能變電站)的建設(shè)，這也對(duì)變電站現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作提出了新的挑戰(zhàn)。智能變電站中各種設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)越來(lái)越緊密，多個(gè)設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)都會(huì)對(duì)保護(hù)裝置產(chǎn)生影響[1]。在變電站調(diào)試過(guò)程中，整組傳動(dòng)試驗(yàn)是其中一項(xiàng)重要內(nèi)容，其目的是為了驗(yàn)證各有關(guān)保護(hù)裝置相互動(dòng)作、重合的情況，檢驗(yàn)各有關(guān)斷路器跳合閘回路和傳動(dòng)開(kāi)關(guān)的正確性，以及各裝置間相互配合的可靠性和動(dòng)作時(shí)間是否滿足要求[2]。

在基于常規(guī)互感器的智能變電站(以下簡(jiǎn)稱常規(guī)智能變電站)中，整組傳動(dòng)試驗(yàn)通過(guò)繼電保護(hù)測(cè)試設(shè)備在單間隔端子排上通入電流、電壓的模擬量到合并單元，合并單元在內(nèi)部轉(zhuǎn)換為數(shù)字量發(fā)送到保護(hù)裝置上，保護(hù)裝置根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)量做出相應(yīng)反應(yīng)，繼而可完成整組傳動(dòng)試驗(yàn)。以線路間隔為例，可完成保護(hù)跳閘傳動(dòng)試驗(yàn)與母線保護(hù)配合性試驗(yàn)、軟壓板配合性試驗(yàn)、檢修機(jī)制聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)、監(jiān)控及保護(hù)信息主機(jī)相關(guān)聯(lián)調(diào)等。而在新一代智能變電站中，采用了電子式互感器，運(yùn)用了羅氏線圈。羅氏線圈的引出線采用小信號(hào)屏蔽電纜并外套屏蔽管后，連接到底座內(nèi)的采集單元。一次傳感器采集到的模擬信號(hào)輸出至底座內(nèi)的采集單元，采集單元將其轉(zhuǎn)化為與其成正比的數(shù)字信號(hào)，由光纜輸出串行數(shù)字信號(hào)至合并單元[3]。由于新一代智能變電站信號(hào)傳輸發(fā)生了變化，給合并單元通入模擬量的試驗(yàn)方法已不適用新一代智能變電站。另外，從一次側(cè)加量的方法也不適用，該方法僅適用于穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)，即驗(yàn)證互感器的變比、極性等，而在整組傳動(dòng)試驗(yàn)中，從一次側(cè)加量無(wú)法精確地實(shí)時(shí)控制試驗(yàn)設(shè)備輸出故障大電流，也就無(wú)法模擬出真實(shí)的故障狀態(tài)。

下面在分析常規(guī)智能變電站整組傳動(dòng)調(diào)試方法局限性的基礎(chǔ)上，介紹了適用于新一代智能變電站的整組傳動(dòng)調(diào)試方法。該方法主要利用全場(chǎng)景試驗(yàn)系統(tǒng)完成調(diào)試。結(jié)合某220 kV新一代智能變電站現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作，詳細(xì)介紹了全場(chǎng)景系統(tǒng)調(diào)試的一些關(guān)鍵步驟和優(yōu)勢(shì)。

1 常規(guī)智能變電站整組傳動(dòng)調(diào)試方法

1.1 常規(guī)整組傳動(dòng)調(diào)試系統(tǒng)組成

常規(guī)整組傳動(dòng)調(diào)試系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、繼電保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)軟件、模擬量繼電保護(hù)測(cè)試儀。

圖1是利用常規(guī)整組傳動(dòng)調(diào)試方法的流程圖。

圖1 常規(guī)整組傳動(dòng)調(diào)試方法的流程

1.2 常規(guī)整組傳動(dòng)調(diào)試方法的主要步驟

常規(guī)整組傳動(dòng)試驗(yàn)是通過(guò)給合并單元通入電流、電壓模擬量信號(hào)，并模擬各種類型的故障，繼電保護(hù)裝置根據(jù)所測(cè)量的電流、電壓信號(hào)動(dòng)作于開(kāi)關(guān)，從而達(dá)到檢驗(yàn)保護(hù)裝置動(dòng)作情況、斷路器的分、合閘線圈二次回路、各保護(hù)裝置間的配合情況以及故障錄波、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、監(jiān)控后臺(tái)系統(tǒng)的目的[4]。

常規(guī)整組傳動(dòng)試驗(yàn)的步驟如下：

1)將二次系統(tǒng)視為檢驗(yàn)對(duì)象。試驗(yàn)前，應(yīng)保證二次系統(tǒng)處于正確的聯(lián)通狀態(tài)。

2)根據(jù)電流、電壓互感器的變比以及合并單元的配置和試驗(yàn)需求，通入電流、電壓模擬量檢驗(yàn)各裝置的顯示情況。

3)根據(jù)整組傳動(dòng)試驗(yàn)對(duì)二次系統(tǒng)性能的檢驗(yàn)需要，計(jì)算并設(shè)定正常狀態(tài)、故障狀態(tài)的模擬量。試驗(yàn)完成后，試驗(yàn)人員需要檢查保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、合并單元、智能終端、監(jiān)控后臺(tái)系統(tǒng)等二次系統(tǒng)設(shè)備行為的正確性，檢查信息傳輸顯示以及開(kāi)關(guān)動(dòng)作情況的正確性。

1.3 常規(guī)試驗(yàn)系統(tǒng)的局限性

常規(guī)智能變電站的合并單元接收的是電流、電壓互感器的二次模擬量信號(hào)。合并單元將接收到的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并傳輸給相應(yīng)保護(hù)測(cè)控裝置，所以可以通過(guò)傳統(tǒng)保護(hù)測(cè)試儀來(lái)設(shè)置不同電流電壓，模擬各種故障條件，從而驗(yàn)證二次系統(tǒng)各設(shè)備動(dòng)作響應(yīng)的正確性。而新一代智能變電站采用的是電子式互感器，其原理是采用羅氏線圈的一次電流傳感器，將傳感器輸出的模擬電流電壓信號(hào)輸出至采集單元，采集單元再將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后經(jīng)光纜輸出至合并單元。因此，傳統(tǒng)測(cè)試儀不能對(duì)其進(jìn)行加量。新一代智能變電站可以采用全場(chǎng)景測(cè)試系統(tǒng)來(lái)完成整組傳動(dòng)的單間隔試驗(yàn)，特別適用于跨間隔試驗(yàn)。

2 全場(chǎng)景測(cè)試系統(tǒng)

全場(chǎng)景測(cè)試系統(tǒng)由硬件部分和軟件部分組成。其中硬件部分包括：無(wú)線控制主機(jī)、采集器模擬器、通用計(jì)算機(jī)。軟件部分包括：智能變電站仿真平臺(tái)、建模及試驗(yàn)控制平臺(tái)。全場(chǎng)景系統(tǒng)信號(hào)傳輸如圖2所示。

1)智能變電站仿真平臺(tái)

圖2 常規(guī)全場(chǎng)景系統(tǒng)信號(hào)傳輸

可顯示模擬量波形，顯示模擬斷路器位置狀態(tài)返回?cái)?shù)據(jù)以及發(fā)生變化的時(shí)間，完成智能變電站的時(shí)域仿真。

2)建模及試驗(yàn)控制平臺(tái)

提供了電壓源、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、線路、互感器、母線、變壓器、阻抗元件、負(fù)荷等各種類型元件的模型庫(kù)，分別用于搭建變電站仿真系統(tǒng)，建立起無(wú)線控制主機(jī)、采集器模擬器的通訊關(guān)聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)控制。

3)無(wú)線控制主機(jī)

負(fù)責(zé)接收仿真平臺(tái)仿真的數(shù)據(jù)，通過(guò)接收GPS的對(duì)時(shí)，保證無(wú)線傳輸?shù)礁鞑杉髂M器的數(shù)據(jù)與其保持同步。

4)采集器模擬器

采集器模擬器用于模擬實(shí)際電子互感器采集單元的行為。通過(guò)將接收到的無(wú)線控制主機(jī)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)胶喜卧M了實(shí)際變電站中電子式互感器向合并單元數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜^(guò)程。通過(guò)擴(kuò)展采集器模擬器，配合建模、數(shù)據(jù)仿真，可完成多間隔的同時(shí)試驗(yàn)以及對(duì)整個(gè)變電站全景式仿真測(cè)試。

5)通用計(jì)算機(jī)

提供功能軟件運(yùn)行的硬件條件[5]。

3 全場(chǎng)景系統(tǒng)整組傳動(dòng)試驗(yàn)方法

基于全場(chǎng)景系統(tǒng)的新一代智能變電站整組傳動(dòng)試驗(yàn)步驟如下：

1)根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康拇_定試驗(yàn)方案；

2)根據(jù)變電站實(shí)際情況、一次接線圖建立變電站仿真模型；

3)采集器模擬器參數(shù)配置，與無(wú)線控制主機(jī)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，保證信號(hào)同步輸出到合并單元；

4)檢查智能變電站采集器模擬器設(shè)置正確性、試驗(yàn)間隔開(kāi)關(guān)狀態(tài)；

5)通過(guò)設(shè)置元件模型試驗(yàn)參數(shù)模擬所需試驗(yàn)條件，設(shè)置完成后仿真計(jì)算；

6)通過(guò)無(wú)線控制主機(jī)將仿真完成后的數(shù)據(jù)發(fā)送到采集器模擬器，采集器模擬器再將信號(hào)下發(fā)到合并單元；

7)試驗(yàn)人員檢驗(yàn)二次系統(tǒng)的動(dòng)作情況以及開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)試驗(yàn)后的位置狀態(tài)來(lái)確定試驗(yàn)正確性；

8)試驗(yàn)結(jié)束。

試驗(yàn)步驟如圖3所示。

圖3 全場(chǎng)景測(cè)試系統(tǒng)試驗(yàn)步驟

3.1 試驗(yàn)關(guān)鍵步驟

1)無(wú)線對(duì)時(shí)同步

為了保證系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，所有的采集器模擬器必須處于統(tǒng)一的同步對(duì)時(shí)狀態(tài)。在對(duì)時(shí)系統(tǒng)中，無(wú)線控制主機(jī)作為主時(shí)鐘，可接收GPS衛(wèi)星信號(hào)保證自身時(shí)鐘的準(zhǔn)確性。各采集器模擬器作為對(duì)時(shí)系統(tǒng)的從時(shí)鐘，通過(guò)接收主時(shí)鐘的無(wú)線信號(hào)進(jìn)行同步對(duì)時(shí)。在完成對(duì)時(shí)后，采集器模擬器自身的恒溫晶振可保持守時(shí)狀態(tài)。

2)變電站仿真

變電站仿真系統(tǒng)接線圖根據(jù)變電站主接線圖搭建。該仿真平臺(tái)涉及多種元件模型，包含電源元件、線路元件、變壓器元件、阻抗元件、斷路器元件、隔離開(kāi)關(guān)元件、電流電壓互感器元件以及故障模型元件等。利用各種元件的實(shí)際參數(shù)可搭建變電站仿真系統(tǒng)接線圖。在接線圖以及各元件參數(shù)設(shè)置完成后，可進(jìn)行仿真操作[6]。圖4為某220 kV變電站仿真接線圖。

圖4 某220 kV變電站仿真接線

3)與采集器模擬器進(jìn)行通信

在仿真接線圖中，通過(guò)“終端模擬器”圖框進(jìn)入設(shè)置，可設(shè)置相應(yīng)采集器模擬器的各種實(shí)驗(yàn)參數(shù)。設(shè)置完成后，與無(wú)線控制主機(jī)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)成功后，無(wú)線控制主機(jī)通過(guò)無(wú)線傳輸，將通訊信息下發(fā)到各采集器模擬器上，采集器模擬器再將接收完畢的消息返回，即建立了通信。在整個(gè)通信建立正確后就可以向合并單元發(fā)送數(shù)據(jù)了。

3.2 測(cè)試注意事項(xiàng)

首先需要完成的是系統(tǒng)的仿真，然后根據(jù)試驗(yàn)需求以及電子式電流、電壓互感器的參數(shù)配置，確定“采集器模擬器”的理想數(shù)量。當(dāng)模擬器的數(shù)量足夠時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站二次系統(tǒng)多個(gè)電壓等級(jí)、多個(gè)間隔的試驗(yàn)。當(dāng)模擬器的數(shù)量不足時(shí)，可以按間隔分步完成二次設(shè)備的試驗(yàn)，最少可用兩臺(tái)模擬器完成最小試驗(yàn)系統(tǒng)。

在建立仿真對(duì)象時(shí)，需要對(duì)各種元件模型的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如斷路器模型與隔離開(kāi)關(guān)模型的位置狀態(tài)、線路模型的長(zhǎng)度與電阻抗、變壓器模型的額定容量與繞組接法、故障模型的發(fā)生時(shí)間、故障電流的大小等等參數(shù)屬性進(jìn)行設(shè)置。參數(shù)設(shè)置好后進(jìn)行仿真計(jì)算。待仿真計(jì)算完成后，無(wú)線控制主機(jī)再將仿真結(jié)果下發(fā)到各個(gè)采集器模擬器，采集器模擬器再將信號(hào)輸出到相應(yīng)的合并單元，從而完成對(duì)二次系統(tǒng)的加量。試驗(yàn)人員再根據(jù)所設(shè)故障檢查二次系統(tǒng)各設(shè)備的響應(yīng)行為是否正確。

4 兩種整組傳動(dòng)試驗(yàn)方法對(duì)比

在智能變電站中，整組傳動(dòng)試驗(yàn)是二次系統(tǒng)調(diào)試中難度最大，需要配合最多的關(guān)鍵性試驗(yàn)，能夠檢驗(yàn)各一次、二次設(shè)備性能與設(shè)計(jì)、運(yùn)行要求是否相符[7]。由于智能變電采用全數(shù)字化信息，通過(guò)全場(chǎng)景試驗(yàn)系統(tǒng)建模仿真，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，可以體現(xiàn)出變電站其他設(shè)備的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了變電站的整體測(cè)試[8]。以下具體對(duì)常規(guī)智能變電站和新一代智能變電站整組傳動(dòng)試驗(yàn)方法進(jìn)行了對(duì)比，如表1所示。

表1 兩種整組傳動(dòng)試驗(yàn)方法對(duì)比

兩種方法的相同處如下：

1)都有瞬時(shí)性故障和永久性故障的條件設(shè)置，用以檢查斷路器的斷開(kāi)、重合動(dòng)作情況；

2)設(shè)置瞬時(shí)性故障時(shí)都要檢查雙套保護(hù)裝置和A、B、C三相。在壓板及檢修一致性試驗(yàn)中也設(shè)置了相同的試驗(yàn)步驟。

不同處在于：

1)常規(guī)智能變電站合并單元通過(guò)電纜與電流、電壓互感器連接，通過(guò)測(cè)試儀給合并單元輸出電流、電壓模擬量，傳輸媒介為電纜。新一代智能變電站中，采集器模擬器給合并單元輸入的信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，傳輸媒介為光纖跳線。

2)常規(guī)智能變電站各廠家的繼保測(cè)試軟件界面簡(jiǎn)單，操作便捷。而全場(chǎng)景測(cè)試系統(tǒng)的ISTS軟件，需具有一定仿真建模能力，各項(xiàng)參數(shù)配置較為復(fù)雜。ISTS能夠直觀看到變電站的一次模型，將整個(gè)系統(tǒng)的輸入信息納入到了試驗(yàn)的范圍中，進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)別的仿真，保證了變電站二次系統(tǒng)的完整性。

3)傳統(tǒng)繼電保護(hù)測(cè)試儀只能夠?qū)伍g隔裝置進(jìn)行加量，其電流、電壓輸出端口也有限。全場(chǎng)景測(cè)試系統(tǒng)可根據(jù)試驗(yàn)需求，使用相應(yīng)數(shù)量的采集器模擬器，且模擬器數(shù)量可擴(kuò)充。

全場(chǎng)景測(cè)試系統(tǒng)的試驗(yàn)方法能發(fā)現(xiàn)工程實(shí)施中存在的錯(cuò)誤。同時(shí)還具有以下優(yōu)勢(shì)：

1)可以檢驗(yàn)?zāi)妇€電壓合并單元輸出到間隔合并單元數(shù)據(jù)的延時(shí)正確性，檢驗(yàn)各合并單元自身參數(shù)的設(shè)置；

2)可以對(duì)多個(gè)間隔同時(shí)進(jìn)行加量，檢查動(dòng)作行為，提高工作效率；

3)可以檢驗(yàn)智能變電站的監(jiān)控系統(tǒng)、信息一體化平臺(tái)對(duì)實(shí)際故障信息的處理能力。

5 結(jié) 語(yǔ)

全場(chǎng)景測(cè)試系統(tǒng)適用于新一代智能變電站的整組傳動(dòng)調(diào)試，該系統(tǒng)的先進(jìn)性及可靠性已在某220 kV新一代智能變電站現(xiàn)場(chǎng)得到了驗(yàn)證。同時(shí)，該系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中的效率優(yōu)勢(shì)具體體現(xiàn)在：線路間隔較多的情況下，利用多臺(tái)采集器模擬器同時(shí)設(shè)置各線路間隔故障，可以同步完成各間隔的傳動(dòng)試驗(yàn)及檢修一致性試驗(yàn)。該次試驗(yàn)結(jié)果也為今后新一代智能變電站整組傳動(dòng)試驗(yàn)積累了經(jīng)驗(yàn)，提供了參考。

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