一種分布式微機(jī)保護(hù)裝置及系統(tǒng)級仿真平臺研制

郭海云 徐幻南 張敏 朱志偉 秋磊

摘 要：城市配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，每年因配電網(wǎng)故障造成的長時(shí)間停電給國民經(jīng)濟(jì)造成重大損失。分布式微機(jī)保護(hù)裝置是近年來快速實(shí)現(xiàn)故障定位、故障切除、故障隔離和恢復(fù)的新型電力自動化設(shè)備。本文研制了一種WLD型分布式微機(jī)保護(hù)裝置，具有集中式保護(hù)、智能分布式、就地FA等多種功能;并通過搭建系統(tǒng)級仿真平臺，模擬環(huán)網(wǎng)故障發(fā)生到隔離恢復(fù)的整個(gè)流程，極大地便利了電網(wǎng)公司運(yùn)維人員的工作、模擬、培訓(xùn)等。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng);分布式;系統(tǒng)級仿真平臺;故障定位與切除;故障隔離;故障恢復(fù)

中圖分類號：TM774文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）01-0127-03

Abstract： Urban distribution network is an important part of the power system. The long-term power failure caused by the distribution network fault every year causes great losses to the national economy. In recent years， the distributed microprocessor-based protection device is a new type of power automation equipment which can quickly realize fault location， fault removal， fault isolation and recovery. In this paper， a WLD distributed microprocessor-based protection device was developed， which had many functions such as centralized protection， intelligent distribution， local FA， and so on. By building a system level simulation platform， the whole process from ring network fault occurrence to isolation recovery was simulated， which greatly facilitated the work， simulation， training. of the operation and maintenance personnel of the power grid company.

Keywords： distribution network;distributed;system-level simulation platform;fault location and resection;fault isolation;fault recovery

電力系統(tǒng)的配電網(wǎng)絡(luò)是聯(lián)系著輸電網(wǎng)絡(luò)和用戶端的重要組成部分[1]。因此，不斷提高配電網(wǎng)絡(luò)自動化水平，提高配電網(wǎng)絡(luò)的智能化能力，實(shí)現(xiàn)快速收集線路運(yùn)行數(shù)據(jù)與故障信息且保證故障的快速隔離，縮短停電時(shí)間和范圍[2]，對降低國民經(jīng)濟(jì)因長時(shí)間停電造成的經(jīng)濟(jì)損失，提高勞動效率，增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展活力具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

我國配電網(wǎng)自動化建設(shè)發(fā)展的速度很快，所有大中城市和經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的中小城市都進(jìn)行了配電網(wǎng)改造，并實(shí)現(xiàn)了配網(wǎng)系統(tǒng)自動化[3]。同時(shí)，隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)自動化水平必將得到更快的提升。但是，目前智能電網(wǎng)技術(shù)更多地集中在發(fā)電、輸電和用電領(lǐng)域。配電領(lǐng)域的自動化、智能化也需要廣大專家學(xué)者和工程師傾注更多的精力和熱忱。

1 分布式微機(jī)保護(hù)裝置及系統(tǒng)級仿真平臺

1.1 WLD型分布式微機(jī)保護(hù)裝置工作原理

為了保障仿真平臺能模擬多種工作模式、多種工作狀態(tài)，且便于和傳統(tǒng)微機(jī)保護(hù)裝置對比，研制了兼容多種功能的WLD型分布式微機(jī)保護(hù)裝置，如圖1所示。其除了具有數(shù)據(jù)采集與輸出、事件記錄、故障記錄與錄波、傳統(tǒng)通信功能外，還具有三段式保護(hù)、光差保護(hù)、集中式保護(hù)、就地FA功能。同時(shí)，操作箱功能便于實(shí)現(xiàn)合閘回路檢測、合閘電流自適應(yīng)等，其他保護(hù)功能便于實(shí)現(xiàn)其他類型保護(hù)的對比，如電流越限、有壓識別、頻率解列等。

WLD型智能分布式微機(jī)保護(hù)裝置主要實(shí)現(xiàn)終端間通信、信息量傳遞、故障判斷、故障隔離、非故障區(qū)恢復(fù)供電。當(dāng)故障點(diǎn)在變電站與首端開關(guān)之間時(shí)，變電站出現(xiàn)開關(guān)跳閘，首端開關(guān)檢測到無壓無流時(shí)，發(fā)生故障隔離分閘，然后給聯(lián)絡(luò)開關(guān)發(fā)送合閘命令，聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘。當(dāng)故障點(diǎn)在首端開關(guān)和環(huán)網(wǎng)開關(guān)之間或環(huán)網(wǎng)開關(guān)和環(huán)網(wǎng)開關(guān)之間時(shí)，故障點(diǎn)前的裝置發(fā)生智能分布式跳閘，然后發(fā)送命令給故障點(diǎn)后的裝置使其故障隔離，隔離成功后，隔離裝置發(fā)送合閘命令給聯(lián)絡(luò)開關(guān)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘。當(dāng)故障點(diǎn)發(fā)生在環(huán)網(wǎng)開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)之間時(shí)，故障點(diǎn)前發(fā)生智能分布式跳閘，聯(lián)絡(luò)開關(guān)收到M側(cè)或N側(cè)開關(guān)故障跳閘命令后會立即閉鎖合閘。當(dāng)故障點(diǎn)發(fā)生在帶饋線開關(guān)的母線上時(shí)，環(huán)進(jìn)開關(guān)會跳閘，環(huán)出開關(guān)會隔離，饋線開關(guān)也會隔離。

1.2 故障模擬單元設(shè)計(jì)

故障模擬單元通過對WLD型分布式微機(jī)保護(hù)裝置的電流采集通道產(chǎn)生電流越限信號產(chǎn)生，通過低壓電源施加電阻負(fù)載產(chǎn)生電流信號，通過開關(guān)實(shí)現(xiàn)電阻負(fù)載的投切，完成故障的產(chǎn)生與消失。如圖2所示，A/B/C/N相間和線間存在電阻，當(dāng)開關(guān)閉合后，可以對應(yīng)產(chǎn)生相和線之間的大電流信號，模擬線路上的短路故障。

1.3 系統(tǒng)級仿真平臺設(shè)計(jì)

WLD分布式微機(jī)保護(hù)裝置的系統(tǒng)級仿真平臺拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示，主接線方案按照絕大部分供電網(wǎng)絡(luò)基本網(wǎng)架結(jié)構(gòu)來配置，由兩條線路手拉手環(huán)網(wǎng)接線構(gòu)成主環(huán)，任何一條線路發(fā)生故障，均可以通過另一條線路來進(jìn)行倒供電。另外，選取一臺環(huán)網(wǎng)柜配置、一路分支線及用戶配電房。具體方案如下。

電源點(diǎn)：電源點(diǎn)由兩個(gè)變電站出線開關(guān)構(gòu)成，分別為1#變電站F1出線開關(guān)、2#變電站F2出線開關(guān)。F1出線帶1#環(huán)網(wǎng)柜、2#環(huán)網(wǎng)柜、3#環(huán)網(wǎng)柜負(fù)荷;F2出線帶4#環(huán)網(wǎng)柜、5#環(huán)網(wǎng)柜、6#環(huán)網(wǎng)柜、7#環(huán)網(wǎng)柜負(fù)荷。

系統(tǒng)平臺可以通過安裝在面板上的組合按鍵或者遠(yuǎn)程遙控的方式，模擬配網(wǎng)線路任何一個(gè)地點(diǎn)的任何一種故障。故障類型包括電纜與環(huán)網(wǎng)柜母線的A、B、C相單相接地故障，AB、BC、CA相兩相短路故障，AB相對地、BC相對地、CA相對地兩相接地短路故障，ABC三相短路故障。而且故障時(shí)三相電壓與電流、零序電壓與零序電流同時(shí)變化，故障時(shí)的電壓和電流與現(xiàn)場實(shí)際發(fā)生故障時(shí)的情況完全一致，方便真實(shí)模擬各種故障及故障分析。

2 系統(tǒng)級仿真測試

根據(jù)本文所述的工作原理和架構(gòu)，搭建了WLD分布式微機(jī)保護(hù)裝置的系統(tǒng)級仿真平臺。由于實(shí)際的電力系統(tǒng)都采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)開環(huán)運(yùn)行的方式，因此故障施加地點(diǎn)位置位于1#變電站所帶環(huán)網(wǎng)的2#環(huán)網(wǎng)柜和3#環(huán)網(wǎng)柜之間，根據(jù)測試其動作時(shí)序如下：1#變電站的2#環(huán)網(wǎng)柜和3#環(huán)網(wǎng)柜之間發(fā)生故障后，2#環(huán)網(wǎng)柜602右側(cè)檢測到有故障電流同時(shí)3#環(huán)網(wǎng)柜601左側(cè)檢測到?jīng)]有故障電流，因此定位故障所在位置位于2#環(huán)網(wǎng)柜和3#環(huán)網(wǎng)柜之間，2#環(huán)網(wǎng)柜602位置的分布式微機(jī)保護(hù)裝置控制斷路器602分閘完成故障切除;同時(shí)通知3#環(huán)網(wǎng)柜601位置的分布式微機(jī)保護(hù)裝置控制斷路器601分閘，601分閘后完成故障隔離;故障完成隔離后備自投將2#變電站電源投入，則1#變電站所帶區(qū)間的3#環(huán)網(wǎng)柜無故障饋線得到電源供電完成恢復(fù)供電。故障模擬后的恢復(fù)供電時(shí)間如表1所示。

3 結(jié)語

本文根據(jù)環(huán)網(wǎng)領(lǐng)域分布式微機(jī)保護(hù)裝置在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題，研制了功能強(qiáng)大的分布式微機(jī)保護(hù)裝置及其系統(tǒng)級仿真平臺，通過各種故障模擬、故障位置模擬，解決了運(yùn)維過程中概念抽象、無實(shí)際可操作對象、檢驗(yàn)難度大、培訓(xùn)困難等問題，具有重大現(xiàn)實(shí)意義。

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