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(1.四川大學(xué)電氣信息學(xué)院，四川 成都 610065； 2.國網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610041； 3.國網(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)驗的積累，國家電網(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(以下簡稱新一代智能變電站)的建設(shè)，這也對變電站現(xiàn)場調(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)越來越緊密，多個設(shè)備的實時狀態(tài)都會對保護(hù)裝置產(chǎn)生影響[1]。在變電站調(diào)試過程中，整組傳動試驗是其中一項重要內(nèi)容，其目的是為了驗證各有關(guān)保護(hù)裝置相互動作、重合的情況，檢驗各有關(guān)斷路器跳合閘回路和傳動開關(guān)的正確性，以及各裝置間相互配合的可靠性和動作時間是否滿足要求[2]。

在基于常規(guī)互感器的智能變電站(以下簡稱常規(guī)智能變電站)中，整組傳動試驗通過繼電保護(hù)測試設(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試驗。以線路間隔為例，可完成保護(hù)跳閘傳動試驗與母線保護(hù)配合性試驗、軟壓板配合性試驗、檢修機(jī)制聯(lián)動試驗、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，運用了羅氏線圈。羅氏線圈的引出線采用小信號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，由光纜輸出串行數(shù)字信號至合并單元[3]。由于新一代智能變電站信號傳輸發(fā)生了變化，給合并單元通入模擬量的試驗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，即驗證互感器的變比、極性等，而在整組傳動試驗中，從一次側(cè)加量無法精確地實時控制試驗設(shè)備輸出故障大電流，也就無法模擬出真實的故障狀態(tài)。

下面在分析常規(guī)智能變電站整組傳動調(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調(diào)試方法。該方法主要利用全場景試驗系統(tǒng)完成調(diào)試。結(jié)合某220 kV新一代智能變電站現(xiàn)場調(diào)試工作，詳細(xì)介紹了全場景系統(tǒng)調(diào)試的一些關(guān)鍵步驟和優(yōu)勢。

1 常規(guī)智能變電站整組傳動調(diào)試方法

1.1 常規(guī)整組傳動調(diào)試系統(tǒng)組成

常規(guī)整組傳動調(diào)試系統(tǒng)包括計算機(jī)、繼電保護(hù)測試系統(tǒng)軟件、模擬量繼電保護(hù)測試儀。

圖1是利用常規(guī)整組傳動調(diào)試方法的流程圖。

圖1 常規(guī)整組傳動調(diào)試方法的流程

1.2 常規(guī)整組傳動調(diào)試方法的主要步驟

常規(guī)整組傳動試驗是通過給合并單元通入電流、電壓模擬量信號，并模擬各種類型的故障，繼電保護(hù)裝置根據(jù)所測量的電流、電壓信號動作于開關(guān)，從而達(dá)到檢驗保護(hù)裝置動作情況、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)控后臺系統(tǒng)的目的[4]。

常規(guī)整組傳動試驗的步驟如下：

1)將二次系統(tǒng)視為檢驗對象。試驗前，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需求，通入電流、電壓模擬量檢驗各裝置的顯示情況。

3)根據(jù)整組傳動試驗對二次系統(tǒng)性能的檢驗需要，計算并設(shè)定正常狀態(tài)、故障狀態(tài)的模擬量。試驗完成后，試驗人員需要檢查保護(hù)裝置、測控裝置、合并單元、智能終端、監(jiān)控后臺系統(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關(guān)動作情況的正確性。

1.3 常規(guī)試驗系統(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。合并單元將接收到的模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并傳輸給相應(yīng)保護(hù)測控裝置，所以可以通過傳統(tǒng)保護(hù)測試儀來設(shè)置不同電流電壓，模擬各種故障條件，從而驗證二次系統(tǒng)各設(shè)備動作響應(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輸出至采集單元，采集單元再將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后經(jīng)光纜輸出至合并單元。因此，傳統(tǒng)測試儀不能對其進(jìn)行加量。新一代智能變電站可以采用全場景測試系統(tǒng)來完成整組傳動的單間隔試驗，特別適用于跨間隔試驗。

2 全場景測試系統(tǒng)

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

1)智能變電站仿真平臺

圖2 常規(guī)全場景系統(tǒng)信號傳輸

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

2)建模及試驗控制平臺

提供了電壓源、斷路器、隔離開關(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，分別用于搭建變電站仿真系統(tǒng)，建立起無線控制主機(jī)、采集器模擬器的通訊關(guān)聯(lián)，以實現(xiàn)試驗控制。

3)無線控制主機(jī)

負(fù)責(zé)接收仿真平臺仿真的數(shù)據(jù)，通過接收GPS的對時，保證無線傳輸?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際電子互感器采集單元的行為。通過將接收到的無線控制主機(jī)數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)胶喜卧?，模擬了實際變電站中電子式互感器向合并單元數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜^程。通過擴(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試驗以及對整個變電站全景式仿真測試。

5)通用計算機(jī)

提供功能軟件運行的硬件條件[5]。

3 全場景系統(tǒng)整組傳動試驗方法

基于全場景系統(tǒng)的新一代智能變電站整組傳動試驗步驟如下：

1)根據(jù)試驗?zāi)康拇_定試驗方案；

2)根據(jù)變電站實際情況、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，與無線控制主機(jī)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，保證信號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、試驗間隔開關(guān)狀態(tài)；

5)通過設(shè)置元件模型試驗參數(shù)模擬所需試驗條件，設(shè)置完成后仿真計算；

6)通過無線控制主機(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下發(fā)到合并單元；

7)試驗人員檢驗二次系統(tǒng)的動作情況以及開關(guān)機(jī)構(gòu)試驗后的位置狀態(tài)來確定試驗正確性；

8)試驗結(jié)束。

試驗步驟如圖3所示。

圖3 全場景測試系統(tǒng)試驗步驟

3.1 試驗關(guān)鍵步驟

1)無線對時同步

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)一的同步對時狀態(tài)。在對時系統(tǒng)中，無線控制主機(jī)作為主時鐘，可接收GPS衛(wèi)星信號保證自身時鐘的準(zhǔn)確性。各采集器模擬器作為對時系統(tǒng)的從時鐘，通過接收主時鐘的無線信號進(jìn)行同步對時。在完成對時后，采集器模擬器自身的恒溫晶振可保持守時狀態(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“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驗參數(shù)。設(shè)置完成后，與無線控制主機(jī)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)成功后，無線控制主機(jī)通過無線傳輸，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 測試注意事項

首先需要完成的是系統(tǒng)的仿真，然后根據(jù)試驗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，可以實現(xiàn)對變電站二次系統(tǒng)多個電壓等級、多個間隔的試驗。當(dāng)模擬器的數(shù)量不足時，可以按間隔分步完成二次設(shè)備的試驗，最少可用兩臺模擬器完成最小試驗系統(tǒng)。

在建立仿真對象時，需要對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關(guān)模型的位置狀態(tài)、線路模型的長度與電阻抗、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)行仿真計算。待仿真計算完成后，無線控制主機(jī)再將仿真結(jié)果下發(fā)到各個采集器模擬器，采集器模擬器再將信號輸出到相應(yīng)的合并單元，從而完成對二次系統(tǒng)的加量。試驗人員再根據(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 兩種整組傳動試驗方法對比

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

表1 兩種整組傳動試驗方法對比

兩種方法的相同處如下：

1)都有瞬時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、重合動作情況；

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

不同處在于：

1)常規(guī)智能變電站合并單元通過電纜與電流、電壓互感器連接，通過測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為數(shù)字信號，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試軟件界面簡單，操作便捷。而全場景測試系統(tǒng)的ISTS軟件，需具有一定仿真建模能力，各項參數(shù)配置較為復(fù)雜。ISTS能夠直觀看到變電站的一次模型，將整個系統(tǒng)的輸入信息納入到了試驗的范圍中，進(jìn)行系統(tǒng)級別的仿真，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。全場景測試系統(tǒng)可根據(jù)試驗需求，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。

全場景測試系統(tǒng)的試驗方法能發(fā)現(xiàn)工程實施中存在的錯誤。同時還具有以下優(yōu)勢：

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

2)可以對多個間隔同時進(jìn)行加量，檢查動作行為，提高工作效率；

3)可以檢驗智能變電站的監(jiān)控系統(tǒng)、信息一體化平臺對實際故障信息的處理能力。

5 結(jié) 語

全場景測試系統(tǒng)適用于新一代智能變電站的整組傳動調(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)場得到了驗證。同時，該系統(tǒng)在現(xiàn)場試驗中的效率優(yōu)勢具體體現(xiàn)在：線路間隔較多的情況下，利用多臺采集器模擬器同時設(shè)置各線路間隔故障，可以同步完成各間隔的傳動試驗及檢修一致性試驗。該次試驗結(jié)果也為今后新一代智能變電站整組傳動試驗積累了經(jīng)驗，提供了參考。

[1] 井實.智能變電站二次系統(tǒng)測試方法及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D].成都：電子科技大學(xué),2013.

[2] 陳鑫,李冰.智能變電站二次系統(tǒng)的調(diào)試方法研究及其應(yīng)用[J].電子世界，2016(16):115.

[3] 宋璇坤, 劉開俊, 沈江. 新一代智能變電站研究與設(shè)計[M]. 北京：中國電力出版社, 2014.

[4] 汪興旺.220 kV綿陽東智能變電站調(diào)試研究[J].通訊世界,2014(1):77-79.

[5] 王彪,甄威,張華,等.智能變電站二次系統(tǒng)試驗方法綜述[J].四川電力技術(shù),2012,35(2):4-8.

[6] 李靜.智能變電站全場景試驗系統(tǒng)仿真與測試軟件平臺研制[D].成都：電子科技大學(xué),2012.

[7] 姜振超, 劉明忠. 智能變電站二次設(shè)備系統(tǒng)級調(diào)試方法探討[J]. 四川電力技術(shù), 2012, 35(2):1-3.

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