基于一次系统故障模拟的二次系统试验技术研究

设计生产、系统调试、电气安装和现场调试等环节，具体如图1所示。

全站设备的调试主要分以下：

配置文件检查（icd、SCD）；

合并单元单体（精度、报文离散、级联、切换等）；

智能终端单体（开入开出、动作时间、自检告警）；

保护测控单体（功能逻辑、定值、处理方法）；

整组（保护之间配合、压板正确性）；

对时精度；

数据同步性；

交换机性能。

目前由于测试仪设备等条件限制，在变电站的建设调试及后期维护检修中，通常采用模拟二次系统故障方法来实现，具体如图2所示。

采用二次系统故障模拟方法能够对单体装置做详细的测试，但是此方法完成整站调试检修耗时较长，会做很多重复性工作，最重要的是无法实现变电站现场运行工况和故障类型的真实模拟，例如采用单体装置测试时，无法模拟电磁互感器CT饱和现象用。同时，无法实现变电站整体全面测试及不同保护开关设备的配合能力验证，从而对变电站的后期运行留下许多未知的安全隐患。

3一次系统故障模拟方案

针对目前变电站调试中存在的不足，本文主要介绍一种基于一次系统故障模方案来实现二次系统的检测和试验。通过模拟实际一次系统接地、短路等复杂故障，来对一个或多个间隔的二次系统进行整体检测，验证各装置性能、动作正确性以及相关电流、电压、连接回路的正确性。

方案原理：采用控制主机、单相大电流功率放大器和三相电压功率放大器模式构成一次故障模拟系统。控制主机内置控制仿真软件，通过分布式光纤同时控制三相电压放大器与分相电流放大器输出，分相电流放大器输出一次值大电流通过电缆直接连接在电流互感器一次侧，互感器将一次大电流转换为二次额定电流接入到合并单元电流输入端，三相电压功率放大器输出二次额定电压接入到合并单元电压输入端，合并单元将模拟量二次电压电流转换为数字量电压电流信号传输给保护、测控等装置，而断路器刀闸位置通过智能终端GOOSE信号反馈给控制主机，从而实现瞬时故障和永久故障的模拟真实模。一次故障模拟系统整体实现闭环控制，通过控制主机控制仿真软件精确控制电流放大器和电压放大器的电流电压输出值大小和时间从而真实模拟各种短路故障，实现一次加量，保护装置、合并单元、智能终端、互感器、断路器、刀闸开关等一二次设备整体测试的效果。

优点：该系统方案采用分布式设计模式，电流放大器采用单相模式，能保持较高电流输出，技术上容易实现。二次系统低电压能够满足保护设备基本故障需求，变电站调试检修人员人身安全得到极大保证。控制主机直接控制电压电流同步输出，整个模拟系统直接从互感器一次侧直接加量，大电流可以逼真仿真各种类型一次系统故障和CT饱和等现象，真实模拟整个变电站运行环境，操作方便，稳定性好。整套故障模拟系统拆装简单，方便变电站调试检修使用。

缺点：电流放大器分散输出，体积重量会比常规放大器偏大，携带不方便。但是大电流放大器目前技术只能实现单相输出，且通过对电流放大器加装小滑轮，不影响实际现场使用。

4装置功能实现

控制主机：主机装置主要负责数据传输、同步以及解析控制功能。控制主机内部集成数字信号处理DSP（Digital Signal Processing）芯片、FPGA（Field-Programmable Gate Array）芯片以及IEC61850高速通信卡。工作时，主机装置根据控制软件相关指令，产生控制电压电流功率放大器的相关指令，该指令通过高速通讯卡传输传输给相关功率放大器，放大器产生的相关模拟量传输给对应的保护设备，当模拟保护故障时，保护装置跳闸后将智能终端对应的信号通过开关量信号输入到控制主机，实现控制主机的闭环控制和实时控制。DSP芯片内综合了硬件乘法器，其单周期指令执行时间为50ns，35ns，25ns，保证电压电流功率放大器三相能够实现同步传输，完全能够满足数据处理传输的实时性。控制主机最大可同时接入9台分布式终端（即电流电压放大器），能够实现母线、线路故障的模拟，另有3个GOOSE报文收发端口，8对硬开入和8对硬开出。可以实现断路器刀闸位置等开关量信号的灵活输入，从而构成完整的闭环测试系统。

功率放大器：综合功率放大器的线性度、响应速度、精度度、负载能力和兼容性等各个方面的综合因素考虑，电压电流功率放大器均采用线性功率放大器。功率放大器主要由高速差分放大器输入回路、电流功率放大器模块、失真检测及报警电路、保护电路和风冷系统构成，具有噪声低、高精度、大电流、快速响应、线性输出性能优良和过热自动保护等特点。工作时，外部输入相关控制指令，控制信号通过差分放大器模块、波形发生模块、数模转换模块和电压电流功率放大模块输出对应的电压电流信号。当功率过载或内部结构发生故障时，保护电路及时发送相关控制信号，从而切断输出电压电流信号。

电流放大器输出一次大电流，真实模拟一次系统故障，电流输出范围为0～2000A，输出精度为0.5%，输入输出延时20us，电流上升时间小于500us。电压放大器电压输二次额定电压，因为一次高压对工作人员的安全造成严重威胁，且二次额定电压也能达到试验效果。电压输出范围为0～120V，输出精度为0.1%，输入输出延时20us，电流上升时间小于100us。

5结论

实际故障模拟系统基于能够产生一次大电流的功率放大器模块，真实模拟电力系统运行环境，首次实现变电站互感器、合并单元、保护测控设备、智能终端、断路器、智能刀闸和高压开关的整体调试检修，及早发现并解决不同电力装备厂家在配合中出现的各种问题。同时，分布式设计思想还能够实现保护设备的单体调试，携带移动方便，能够适应实验室、变电站现场等不同场合的应用。实际故障模拟系统真正实现了变电站一次系统故障真實模拟，对变电站现场调试检修、电力科学院及高校和科研机构的电力研究有据大的帮助和指导意义。

推荐访问:技术研究 系统故障 试验 模拟 系统