一种分布式微机保护装置及系统级仿真平台研制

郭海云 徐幻南 张敏 朱志伟 秋磊

摘 要：城市配电网是电力系统的重要组成部分，每年因配电网故障造成的长时间停电给国民经济造成重大损失。分布式微机保护装置是近年来快速实现故障定位、故障切除、故障隔离和恢复的新型电力自动化设备。本文研制了一种WLD型分布式微机保护装置，具有集中式保护、智能分布式、就地FA等多种功能;并通过搭建系统级仿真平台，模拟环网故障发生到隔离恢复的整个流程，极大地便利了电网公司运维人员的工作、模拟、培训等。

关键词：配电网;分布式;系统级仿真平台;故障定位与切除;故障隔离;故障恢复

中图分类号：TM774文献标识码：A文章编号：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

電力系统的配电网络是联系着输电网络和用户端的重要组成部分[1]。因此，不断提高配电网络自动化水平，提高配电网络的智能化能力，实现快速收集线路运行数据与故障信息且保证故障的快速隔离，缩短停电时间和范围[2]，对降低国民经济因长时间停电造成的经济损失，提高劳动效率，增强经济发展活力具有非常重要的现实意义。

我国配电网自动化建设发展的速度很快，所有大中城市和经济比较发达的中小城市都进行了配电网改造，并实现了配网系统自动化[3]。同时，随着智能电网技术的发展，电网自动化水平必将得到更快的提升。但是，目前智能电网技术更多地集中在发电、输电和用电领域。配电领域的自动化、智能化也需要广大专家学者和工程师倾注更多的精力和热忱。

1 分布式微机保护装置及系统级仿真平台

1.1 WLD型分布式微机保护装置工作原理

为了保障仿真平台能模拟多种工作模式、多种工作状态，且便于和传统微机保护装置对比，研制了兼容多种功能的WLD型分布式微机保护装置，如图1所示。其除了具有数据采集与输出、事件记录、故障记录与录波、传统通信功能外，还具有三段式保护、光差保护、集中式保护、就地FA功能。同时，操作箱功能便于实现合闸回路检测、合闸电流自适应等，其他保护功能便于实现其他类型保护的对比，如电流越限、有压识别、频率解列等。

WLD型智能分布式微机保护装置主要实现终端间通信、信息量传递、故障判断、故障隔离、非故障区恢复供电。当故障点在变电站与首端开关之间时，变电站出现开关跳闸，首端开关检测到无压无流时，发生故障隔离分闸，然后给联络开关发送合闸命令，联络开关合闸。当故障点在首端开关和环网开关之间或环网开关和环网开关之间时，故障点前的装置发生智能分布式跳闸，然后发送命令给故障点后的装置使其故障隔离，隔离成功后，隔离装置发送合闸命令给联络开关，联络开关合闸。当故障点发生在环网开关和联络开关之间时，故障点前发生智能分布式跳闸，联络开关收到M侧或N侧开关故障跳闸命令后会立即闭锁合闸。当故障点发生在带馈线开关的母线上时，环进开关会跳闸，环出开关会隔离，馈线开关也会隔离。

1.2 故障模拟单元设计

故障模拟单元通过对WLD型分布式微机保护装置的电流采集通道产生电流越限信号产生，通过低压电源施加电阻负载产生电流信号，通过开关实现电阻负载的投切，完成故障的产生与消失。如图2所示，A/B/C/N相间和线间存在电阻，当开关闭合后，可以对应产生相和线之间的大电流信号，模拟线路上的短路故障。

1.3 系统级仿真平台设计

WLD分布式微机保护装置的系统级仿真平台拓扑结构如图3所示，主接线方案按照绝大部分供电网络基本网架结构来配置，由两条线路手拉手环网接线构成主环，任何一条线路发生故障，均可以通过另一条线路来进行倒供电。另外，选取一台环网柜配置、一路分支线及用户配电房。具体方案如下。

电源点：电源点由两个变电站出线开关构成，分别为1#变电站F1出线开关、2#变电站F2出线开关。F1出线带1#环网柜、2#环网柜、3#环网柜负荷;F2出线带4#环网柜、5#环网柜、6#环网柜、7#环网柜负荷。

系统平台可以通过安装在面板上的组合按键或者远程遥控的方式，模拟配网线路任何一个地点的任何一种故障。故障类型包括电缆与环网柜母线的A、B、C相单相接地故障，AB、BC、CA相两相短路故障，AB相对地、BC相对地、CA相对地两相接地短路故障，ABC三相短路故障。而且故障时三相电压与电流、零序电压与零序电流同时变化，故障时的电压和电流与现场实际发生故障时的情况完全一致，方便真实模拟各种故障及故障分析。

2 系统级仿真测试

根据本文所述的工作原理和架构，搭建了WLD分布式微机保护装置的系统级仿真平台。由于实际的电力系统都采用环网结构开环运行的方式，因此故障施加地点位置位于1#变电站所带环网的2#环网柜和3#环网柜之间，根据测试其动作时序如下：1#变电站的2#环网柜和3#环网柜之间发生故障后，2#环网柜602右侧检测到有故障电流同时3#环网柜601左侧检测到没有故障电流，因此定位故障所在位置位于2#環网柜和3#环网柜之间，2#环网柜602位置的分布式微机保护装置控制断路器602分闸完成故障切除;同时通知3#环网柜601位置的分布式微机保护装置控制断路器601分闸，601分闸后完成故障隔离;故障完成隔离后备自投将2#变电站电源投入，则1#变电站所带区间的3#环网柜无故障馈线得到电源供电完成恢复供电。故障模拟后的恢复供电时间如表1所示。

3 结语

本文根据环网领域分布式微机保护装置在实际应用中存在的问题，研制了功能强大的分布式微机保护装置及其系统级仿真平台，通过各种故障模拟、故障位置模拟，解决了运维过程中概念抽象、无实际可操作对象、检验难度大、培训困难等问题，具有重大现实意义。

参考文献：

[1]王枫，祁彦鹏，傅正财.面向开关的复杂配电网可靠性评估简化模型[J].电力系统及其自动化学报，2015（2）：57-63.

[2]兰兴伟，邹博，董俊杰，等.一种新型10kV配电网模拟系统的研制[J].华北电力技术，2017（2）：1-7.

[3]高汝武，游志成.10kV配电网自动化仿真模拟系统的设计[J].成都工业学院学报，2016（4）：36-39.