基于RTDS的6kV厂用保护测控装置的测试技术

陈宝菲

摘 要：全数字实时仿真装置（RTDS）基于现代计算机技术和信息技术的计算精度和模型的合理性亦已通过多年的国内外运行验证，是目前世界上技术最成熟、应用最广泛的实时仿真系统。本文首先介绍了RTDS在传统电力系统中的应用，随后针对某发电厂6kV厂用电系统搭建相应的测试环境并阐明相关参数。最后论述了测试项目和方法并得出结论。希望通过本文的研究能够为帮助工程人员更好地理解和使用RTDS系统。

关键词：RTDS;厂用保护测控装置; 测试技术; 6kV

1引言

发电厂用高压电动机在厂用电系统中占有重要的地位，由于工作环境、保护不完善等原因，运行中容易出现堵转、短路、断相、长期过负载使绝缘受损等故障。动模试验作为电力系统模拟领域重要的技术手段，具有技术成熟、仿真结果可靠等技术特点，在产品开发、故障特性研究、事故分析等试验研究方面发挥了重要的作用。本文以某发电厂6kV厂用电系统为蓝本搭建RTDS仿真试验模型，研究并验证厂用保护测控装置的测试方法以及试验验证结果。

1.1、RTDS在传统电力系统中的应用

1.1.1安稳装置的闭环测试

电网安全自动装置在保证电力系统安全可靠运行方面发挥了重要的作用，其设计功能必须通过试验加以考核、验证，大规模的RTDS仿真系统是对安稳装置进行闭环试验的有力工具。

1.1.2.数字化变电站测试

对变电站控制、保护系统进行全面的集成、配置、测试后，一旦具备现场运行条件，只需要现场简单的安装、调试，就能够投入运行，从而简化了测试流程，提高了工作效率。

1.1.3继电保护装置的闭环测试

测试内容包括电压/电流波形分析、互感器饱和特性分析和复杂的故障操作模拟等，RTDS精确而丰富的元件模型使得继电保护的闭环测试与实际的电力系统运行状态非常接近。

1.1.4控制系统的闭环测试

与继电保护测试系统相似，电力系统仿真过程中的各种模拟量、数字量可直接输出到控制器，控制器输出的模拟量、数字量也可直接输出到RTDS。它可广泛应用与AVR、PSS、HVI、sVc、STAT-COM、APF、TESC、UPFC等控制装置的闭环测试中。

1.1.5电力系统动态行为的模拟和分析研究

RTDS可以进行大规模电力系统动态行为的模拟和分析，研究暂态过程中各种稳定性问题及交直流互联系统的相互影响等。RTDS仿真系统代表的系统特性包含4kHz频率范围。在这个频率范围内，RTDS仿真系统是精确分析电力系统现象的理想工具。

1.1.6对电力系统运行人员和学生的培训

RTDS具有友好的用户界面，在仿真过程中可以实现动态交互和控制，为电力系统运行人员提供了一种新的培训方法和工具。RTDS仿真系统是一个理想的演示和教育工具，用来详细说明仿真技术、电力系统动态特性及其运行状态。RTDS仿真系统帮助学生将学习理论与电力系统的实际运行联系起来。

2测试环境搭建

RTDS是基于电磁暂态的全数字实时仿真系统，其元件模型和仿真精度已获得国内外较高的认可度，广泛应用于电力系统仿真分析、设备试验验证等领域。由RTDS实时数字仿真系统模拟一个实时的电力系统，将被试设备所需的模拟量和开关量，通过RTDS的I/O接口以小信号方式输出，该信号通过功率放大器放大后送入被测装置和波形记录装置。

3试验模型及参数

发电厂厂用6kV系统，RTDS试验模型，部分模型元件参数见表1所示。S为无穷大系统，G为发电机，B1为主变压器，B2、B3为高压厂用变压器，W1为被保护电动机，B4为低压厂用变压器。

4 试验项目及方法

4.1电动机起动时间过长

模拟电动机的起动时间超时，检查长起动保护的动作行为。

4.2电动机断相故障

模拟电动机某相发生断相故障，检查负序电流保护的动作行为。

4.3电动机过负荷保护

模拟电动机过负荷故障，检查过负荷保护的动作行为。

4.4电动机堵转保护

模拟电动机在运行时突然堵转转速突降至0和堵转后转速逐渐下降至0的情况。

4.5电动机低电压保护

模拟母线在未发生PT断线且断路器处于合闸位置的情况下，母线电压低于电动机低电压保护定值，以及断路器位置或PT断线是否能闭锁低压保护。

4.6区内短路故障

模拟电动机W1在启动过程中和正常运行时K2点的单相接地、两相短路、两相短路接地、三相短路、三相短路接地的故障情况。

4.7区外短路故障

模拟电动机W1运行时，区外6kV母线上K1点的单相接地、两相短路、两相短路接地、三相短路、三相短路接地的故障情况。

5结论

通过RTDS仿真验证，发现如下问题：

（1）个别装置的起动时间过长保护是实时计算本次启动的允许时间，所以其真正的动作时间并非定值时间，而是根据实际启动电流大小计算出来的时间。

（2）区外发生两相短路时，当短路时间较长超过了负序电流保护动作的时间，部分装置的负序过流保护因没有负序方向闭锁功能而动作。此种情况在上下级元件保护定值整定时须注意。

（3）区外K1点发生瞬时三相短路后转换为区内相间故障时，部分装置识别为电动机处于自起动阶段，并自动采用起动中速断定值，造成保护拒动。

（4）部分装置无自起动判据，依靠定值来躲过自起动过程，所以在定值整定时须注意其过流II定值和电流速断低定值应躲过被保护电动机最大自起动电流。

本文结合某发电厂6kV厂用电系统搭建RTDS仿真环境，通过模拟电动机各种类型的故障，对电动机综保装置进行仿真验证。试验结果对深入了解厂用设备保护装置特性，规范基、改建工程中厂用设备保护装置的选型工作具有重要的意义。

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