一種故障電流限制器裝置的rtds試驗方法
2023-06-22 22:07:36 4
專利名稱：一種故障電流限制器裝置的rtds試驗方法
技術領域：
本發明屬於緊急保護電路裝置領域，尤其涉及一種用於故障電流限制器的試驗方法。
背景技術：
隨著社會經濟和電力事業的迅速發展，電力系統各級電網中的短路電流水平也不斷增加。系統中部分地區的短路電流已經達到甚至超過了斷路器的遮斷容量，而且還有繼續上升的趨勢。這種情況已經嚴重威脅到系統的安全運行，一旦發生短路故障很可能會造成故障線路中相關設備的燒毀，後果不堪設想。為了保持穩定輸電，快速短路故障保護是非常重要的。一般的機械斷路器切斷短路電流需要兩個或更多的周波，包括繼電保護的動作時間，而與斷路器一起使用的快速電流限制裝置能縮短故障保護時間。現有的故障電流限制器(Fault Current Limiter, FCL)主要由電抗器L、電容器C及快速旁路開關K (可採用如晶閘管、火花間隙、快速機械開關等類型的開關或其組合)組成。其中，電抗器L的工頻感抗與電容器C的容抗大小相同。正常工作條件下，開關K處於打開狀態(對應於晶閘管處於阻斷狀態)，電容C和電感L處於工頻串聯諧振狀態，總的阻抗為零。當檢測到故障後，開關K迅速閉合(對應於晶閘管快速導通)，電容被旁路，相當於在線路中接入電感L從而起到限流作用。為確保FCL控制保護裝置控保策略的正確性、穩定性，確保FCL控制保護裝置的成功投運，就需要對故障電流限制器控制保護裝置進行動態模擬試驗，即對FCL控制保護裝置的控保策略進行試驗驗證。RTDS (Real Time Digital Simulator,實時數字仿真儀),是國際上研製和投入商業化應用最早的數字實時仿真裝置，也是目前世界上使用最多，被最廣泛採用的電力系統實時仿真裝置。實時數字仿真儀RTDS由計算軟體(RSCAD)、計算處理和接口等硬體設備(RACK)組成，包括配套的工作站或微機，可以連續和實時地模擬電力系統的電磁暫態和機電暫態現象。由於RTDS能夠維持實時條件下的連續運行，實際的控制保護設備就可以連接到RTDS進行閉環試驗以分析和研究控制保護設備的性能，同時RTDS也可以實時仿真大型交直流混合電力系統。
公開日為2011年8月31日，公開號為CN 102170116A的中國發明專利申請中，公開了一種「故障電流限制器的實時數字仿真系統」，其包括可控串聯電容器補償組件；和所述可控串聯電容補償組件相連的第一串聯電容補償組件；和所述可控串聯電容補償組件以及所述第一串聯電容補償組件均相連的第二串聯電容補償組件；和所述可控串聯電容補償組件、所述第一串聯電容補償組件以及所述第二串聯電容補償組件均相連第三串聯電容補償組件。但其只是公開了一種可控串聯電容器補償組件的仿真建模，適用於採用計算機對可控串聯電容器補償組件的仿真建模，不能用於對整個故障電流限制器控制保護裝置進行動態模擬試驗，和對FCL控制保護裝置的控保策略進行試驗驗證。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種故障電流限制器裝置的RTDS試驗方法，其通過RTDS試驗可以確定、驗證FCL控制保護裝置的控制保護策略身份正確，測試FCL控制保護裝置底層應用軟體的性能指標，控制保護邏輯和控制保護出口的正確性，最終為故障電流限制器裝置的成功投運提供技術上的保障。本發明的技術方案是提供一種故障電流限制器裝置的RTDS試驗方法，其特徵是建立一套包括RTDS試驗設備、功率放大器、示波器、數字式萬用表和FCL控制保護裝置的RTDS實時仿真試驗系統；所述的FCL控制保護裝置包括數據匯總單元、保護單元、TFR單元、開關量輸入單元、GPS單元、工業控制計算機和模擬測量箱；由RTDS試驗設備發出經過數一模轉換後的RTDS模擬量信號，用於模擬實際運行過程中的故障信號；所述的RTDS模擬量信號經過功率放大器後輸出給FCL控制保護系統的測量系統；所述的測量系統對輸入的模擬量信號進行信號調理後送至測量系統中的AD數模轉換模塊，AD數模轉換後的結果經過打包後通過光纖傳遞到FCL控制保護系統；RTDS實時仿真試驗中採用I/O接口實現FCL控制保護系統和RTDS試驗設備之間的邏輯信號的交互。進一步的，所述的FCL控制保護系統外接TFR暫態錄波裝置，用於記錄系統暫態過程的各個電氣量，以便事後進行分析。進一步的，利用所述RTDS試驗設備自帶的故障錄波功能，與FCL控制保護系統外接TFR暫態錄波裝置的錄波結果進行同一時刻電流/電壓/開關狀態參數的比對，相互進行驗證。所述的RTDS實時仿真試驗系統按照下列步驟進行FCL控制保護系統的「電容器過負荷告警」保護試驗4-1、運行RTDS模型至額定狀態；4-2、投入FCL控制保護系統，確認電容器組不重投；4-3、確認電容器過負荷保護已投入；4-4、確認電容器過負荷告警定值設置為1.1In ;告警延時IOs ；4-5、在RTDS的runtime文件上進行設置，調整電容器中電流值為In額定電流；4-6、在RTDS的runtime文件上進行設置，調整電容器中電流值為1.1In額定電流；4-7、確認FCL控制保護系統發出電容器過負荷告警。所述的RTDS實時仿真試驗系統按照下列步驟進行FCL控制保護系統在「電容器重投模式」模式下的「電容器過負荷告警」保護試驗5-1、運行RTDS模型至額定狀態；5-2、投入FCL控制保護系統，確認電容器組重投模式；5-3、確認電容器過負荷保護已投入；5-4、確認暫時閉鎖延時時間為2分鐘；5-5、確認重投次數為3次；
5-6、在RTDS的runtime文件上進行設置，調整電容器中電流值為In額定電流；5-7、在RTDS的runtime文件上進行設置，調整電容器中電流值為1.81η額定電流；5-8、確認FCL控制保護系統發出旁路斷路器三相合閘命令，FCL控制保護系統暫時閉鎖；5-9、確認FCL控制保護系統重投；5-10、重複5-6步驟三次，確認FCL控制保護系統在電容器過負荷保護動作並重投三次後，確認FCL控制保護系統發出旁路斷路器三相合閘命令，轉為永久閉鎖。所述的RTDS實時仿真試驗系統按照下列步驟進行FCL控制保護系統在「電容器不重投」模式下的「電容器過負荷告警」保護試驗 6-1、運行RTDS模型至額定狀態；6-2、投入FCL控制保護系統，確認電容器組重投模式；6-3、確認電容器過負荷保護已投入；6-4、確認暫時閉鎖延時時間為2min ；6-5、確認重投次數為3次；6-6、在RTDS的runtime文件上進行設置，調整電容器中電流值為In額定電流；6-7、在RTDS的runtime文件上進行設置，調整電容器中電流值為1.81η額定電流；6-8、確認FCL控制保護系統發出旁路斷路器三相合閘命令，FCL控制保護系統永久閉鎖。其中，上述的In為電容器的額定工作電流。與現有技術比較，本發明的優點是1.充分利用RTDS的技術優勢，將計算機實時仿真與FCL控制保護裝置控保策略的驗證結合起來，可加速控保策略的設計和調試工作；2.採用RTDS試驗可以測試FCL控制保護裝置底層應用軟體的性能指標，控制保護邏輯和控制保護出口的正確性，為故障電流限制器裝置的成功投運提供技術上的保障；3.採用RTDS與TFR暫態錄波裝置雙重記錄方式，有助於記錄結果的相互印證，便於故障問題的查找，保證記錄結果的可靠性，有助於故障現象的再現和產生原因的排除。
圖1是本發明RTDS實時仿真試驗系統的系統構架示意圖；圖2是本發明「電容器過負荷告警」保護試驗的流程方框示意圖；圖3是本發明在「電容器重投模式」模式下的「電容器過負荷告警」保護試驗的流程方框示意圖；圖4是本發明在「電容器不重投」模式下的「電容器過負荷告警」保護試驗的流程方框示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步說明。
圖1中，本發明的技術方案提供了一種故障電流限制器裝置的RTDS試驗方法，其特徵是建立一套包括RTDS試驗設備、功率放大器、示波器、數字式萬用表和FCL控制保護裝置的RTDS實時仿真試驗系統；所述的FCL控制保護裝置包括數據匯總單元、保護單元、TFR單元、開關量輸入單元、GPS單元、工業控制計算機和模擬測量箱。進行試驗時，由RTDS試驗設備發出經過數一模轉換後的RTDS模擬量信號，用於模擬實際運行過程中的故障信號；所述的RTDS模擬量信號經過功率放大器後輸出給FCL控制保護系統的測量系統；所述的測量系統對輸入的模擬量信號進行信號調理後送至測量系統中的AD數模轉換模塊，AD數模轉換後的結果經過打包後通過光纖傳遞到FCL控制保護系統；RTDS實時仿真試驗中採用I/O接口實現FCL控制保護系統和RTDS試驗設備之間的邏輯信號的交互。進一步的，所述的FCL控制保護系統外接TFR暫態錄波裝置，用於記錄系統暫態過程的各個電氣量，以便事後進行分析。進一步的，利用所述RTDS試驗設備自帶的故障錄波功能，與FCL控制保護系統外接TFR暫態錄波裝置的錄波結果進行同一時刻電流/電壓/開關狀態參數的比對，相互進行驗證。隨著電力技術的發展，電力系統的繼電保護裝置結構、原理各異，在特定的運行方式下發生故障時，傳統的穩態分析方法受到局限，而RTDS實時仿真系統具有C0MTRADE格式文件(IEEE標準電力系統暫態數據交換通用格式)回放進行電網故障再現的功能，此外，RTDS還具有模擬量輸人、輸出卡，開關量輸人、輸出卡，通過這些接口板卡可供RTDS和外部物理設備連接，實現對控制設備和保護裝置的閉環測試。C0MTRADE是IEEE標準電力系統暫態數據交換通用格式。該標準為電力系統或電力系統模型採集到的暫態波形和事故數據的文件定義了一種格式。該格式意欲提供一種易於說明的數據交換通用格式。IEEE於1991年提出，並於1999進行了修訂和完善。每個C0MTRADE記錄都有一組最多4個與其相關的文件，4個文件中的每一個都具有一個不同的
信息等級。4個文件如下a)標題文件b)配置文件c)數據文件d)信息文件。1.1 標題文件(xxxxxxxx. HDR)標題文件是由C0MTRADE數據的原創者建立的一種可選的ASCII文本文件，標題文件的創建者可以以任何需要的順序創建任何信息。標題文件的格式為ASCII。1. 2 配置文件(xxxxxxxx. CFG)配置文件為一種ASCII文本文件，用於正確地說明數據(.DAT)文件的格式，因此必須以一種具體的格式保存。該文件詮釋了數據(.DAT)文件所包含信息，其中包括諸如採樣速率、通道數量、頻率、通道信息等項。配置文件第一行中的一個欄位識別文件所依照的C0MTRADE標準版本的年份(例如1991、1999等)。如果該欄位不存在或是空的，則假設文件則遵照標準的最初發行日期(1991 )。配置文件還包含識別伴隨的數據文件是以ASCII格式還是以二進位格式存儲的欄位。1. 3 數據文件(xxxxxxxx. DAT)數據文件包含記錄中每個採樣所有輸入通道的值。數據文件包含一個順序號和每次採樣的時間標誌。這些採樣值除記錄模擬輸入的數據之外，也記錄狀態，即表示開/關信號的輸入。1. 4 信息文件(xxxxxxxx.1NF)信息文件是一種文件創建者希望使之對用戶有用的信息之外的特別信息。信息文件是可選文件。C0MTRADE定義的所有文件，都在IEEE標準電力系統暫態數據交換通用格式Std C37. 111-1991 或 IEEE Std C37. 111-1999 版本中進行了詮釋。正是RTDS實時仿真系統具有如上的優點，使得計算機實時仿真與FCL控制保護裝置控保策略的驗證可以方便地進行。由於FCL控制保護裝置控保策略眾多，現僅選擇幾個進行敘述，本領域的技術人員，在掌握了本發明解決問題的思路後，完全可以不經過創造性的勞動，再現本發明的技術效果和發明目的。 圖2中，RTDS實時仿真試驗系統按照下列步驟進行FCL控制保護系統的「電容器過負荷告警」保護試驗4-1、運行RTDS模型至額定狀態；4-2、投入FCL控制保護系統，確認電容器組不重投；4-3、確認電容器過負荷保護已投入；4-4、確認電容器過負荷告警定值設置為1.1In ;告警延時IOs ；4-5、在RTDS的runtime文件上進行設置，調整電容器中電流值為In額定電流；4-6、在RTDS的runtime文件上進行設置，調整電容器中電流值為1.1In額定電流；4-7、確認FCL控制保護系統發出電容器過負荷告警。圖3中，RTDS實時仿真試驗系統按照下列步驟進行FCL控制保護系統在「電容器重投模式」模式下的「電容器過負荷告警」保護試驗5-1、運行RTDS模型至額定狀態；5-2、投入FCL控制保護系統，確認電容器組重投模式；5-3、確認電容器過負荷保護已投入；5-4、確認暫時閉鎖延時時間為2分鐘；5-5、確認重投次數為3次；5-6、在RTDS的runtime文件上進行設置，調整電容器中電流值為In額定電流；5-7、在RTDS的runtime文件上進行設置，調整電容器中電流值為1.81η額定電流；5-8、確認FCL控制保護系統發出旁路斷路器三相合閘命令，FCL控制保護系統暫時閉鎖；5-9、確認FCL控制保護系統重投；5-10、重複5-7步驟三次，確認FCL控制保護系統在電容器過負荷保護動作並重投三次後，確認FCL控制保護系統發出旁路斷路器三相合閘命令，轉為永久閉鎖。圖4中，RTDS實時仿真試驗系統按照下列步驟進行FCL控制保護系統在「電容器不重投」模式下的「電容器過負荷告警」保護試驗6-1、運行RTDS模型至額定狀態；6-2、投入FCL控制保護系統，確認電容器組重投模式；
6-3、確認電容器過負荷保護已投入；6-4、確認暫時閉鎖延時時間為2min ；6-5、確認重投次數為3次；6-6、在RTDS的runtime文件上進行設置，調整電容器中電流值為In額定電流；6-7、在RTDS的runtime文件上進行設置，調整電容器中電流值為1.81η額定電流；6-8、確認FCL控制保護系統發出旁路斷路器三相合閘命令，FCL控制保護系統永久閉鎖。由於上述各試驗中所涉及到的設備名稱、動作術語和參數含義均為本領域的現行標準，故其具體含義和技術內容在此不再敘述。 通過以上試驗方法可知，RTDS實時仿真試驗系統完全可以實現對FCL控制保護裝置的控制保護策略的實時驗證和修改。同時，可以測試FCL控制保護裝置所實現控制保護邏輯和控制保護出口動作示範正確可靠、靈敏迅速。本發明充分利用RTDS的技術優勢，將計算機實時仿真與FCL控制保護裝置控保策略的驗證結合起來，可加速控保策略的設計和調試工作；且採用RTDS試驗可以測試FCL控制保護裝置底層應用軟體的性能指標，控制保護邏輯和控制保護出口的正確性，為故障電流限制器裝置的成功投運提供技術上的保障；此外，本技術方案採用RTDS與TFR暫態錄波裝置雙重記錄方式，有助於記錄結果的相互印證，便於故障問題的查找，保證記錄結果的可靠性，有助於故障現象的再現和產生原因的排除，最終為故障電流限制器裝置的成功投運提供技術上的保障。本發明可廣泛用於FCL控制保護裝置控保策略的設計、檢驗等領域。
權利要求
1.一種故障電流限制器裝置的RTDS試驗方法，其特徵是建立一套包括RTDS試驗設備、功率放大器、示波器、數字式萬用表和FCL控制保護裝置的RTDS實時仿真試驗系統；所述的FCL控制保護裝置包括數據匯總單元、保護單元、TFR單元、開關量輸入單元、 GPS單元、工業控制計算機和模擬測量箱；由RTDS試驗設備發出經過數一模轉換後的RTDS模擬量信號，用於模擬實際運行過程中的故障信號；所述的RTDS模擬量信號經過功率放大器後輸出給FCL控制保護系統的測量系統；所述的測量系統對輸入的模擬量信號進行信號調理後送至測量系統中的AD數模轉換模塊，AD數模轉換後的結果經過打包後通過光纖傳遞到FCL控制保護系統；RTDS實時仿真試驗中採用I/O接口實現FCL控制保護系統和RTDS試驗設備之間的邏輯信號的交互。
2.按照權利要求1所述的故障電流限制器裝置的RTDS試驗方法，其特徵是所述的FCL 控制保護系統外接TFR暫態錄波裝置，用於記錄系統暫態過程的各個電氣量，以便事後進行分析。
3.按照權利要求1或2所述的故障電流限制器裝置的RTDS試驗方法，其特徵是利用所述RTDS試驗設備自帶的故障錄波功能，與FCL控制保護系統外接TFR暫態錄波裝置的錄波結果進行同一時刻電流/電壓/開關狀態參數的比對，相互進行驗證。
4.按照權利要求1所述的故障電流限制器裝置的RTDS試驗方法，其特徵是所述的 RTDS實時仿真試驗系統按照下列步驟進行FCL控制保護系統的「電容器過負荷告警」保護試驗4-1、運行RTDS模型至額定狀態；4-2、投入FCL控制保護系統，確認電容器組不重投；4-3、確認電容器過負荷保護已投入；4-4、確認電容器過負荷告警定值設置為1.1In ;告警延時IOs ；4-5、在RTDS的runtime文件上進行設置，調整電容器中電流值為In額定電流；4-6、在RTDS的runtime文件上進行設置，調整電容器中電流值為1.1In額定電流；4-7、確認FCL控制保護系統發出電容器過負荷告警。
5.按照權利要求1所述的故障電流限制器裝置的RTDS試驗方法，其特徵是所述的 RTDS實時仿真試驗系統按照下列步驟進行FCL控制保護系統在「電容器重投模式」模式下的「電容器過負荷告警」保護試驗5-1、運行RTDS模型至額定狀態；5-2、投入FCL控制保護系統，確認電容器組重投模式；5-3、確認電容器過負荷保護已投入；5-4、確認暫時閉鎖延時時間為2分鐘；5-5、確認重投次數為3次；5-6、在RTDS的runtime文件上進行設置，調整電容器中電流值為In額定電流；5-7、在RTDS的runtime文件上進行設置，調整電容器中電流值為1. 8In額定電流；5-8、確認FCL控制保護系統發出旁路斷路器三相合閘命令，FCL控制保護系統暫時閉鎖；5-9、確認FCL控制保護系統重投；5-10、重複5-7步驟三次，確認FCL控制保護系統在電容器過負荷保護動作並重投三次後，確認FCL控制保護系統發出旁路斷路器三相合閘命令，轉為永久閉鎖。
6.按照權利要求1所述的故障電流限制器裝置的RTDS試驗方法，其特徵是所述的 RTDS實時仿真試驗系統按照下列步驟進行FCL控制保護系統在「電容器不重投」模式下的 「電容器過負荷告警」保護試驗6-1、運行RTDS模型至額定狀態；6-2、投入FCL控制保護系統，確認電容器組重投模式；6-3、確認電容器過負荷保護已投入；6-4、確認暫時閉鎖延時時間為2min ；6-5、確認重投次數為3次；6-6、在RTDS的runtime文件上進行設置，調整電容器中電流值為In額定電流；6-7、在RTDS的runtime文件上進行設置，調整電容器中電流值為1. 8In額定電流；6-8、確認FCL控制保護系統發出旁路斷路器三相合閘命令，FCL控制保護系統永久閉鎖。
7.按照權利要求4、5或6所述的故障電流限制器裝置的RTDS試驗方法，其特徵是所述的In為電容器的額定工作電流。
全文摘要
一種故障電流限制器裝置的RTDS試驗方法，屬緊急保護電路裝置領域。其由RTDS試驗設備發出RTDS模擬量信號，用於模擬實際運行過程中的故障信號；RTDS模擬量信號經功率放大器後輸出給FCL控制保護系統的測量系統；測量系統對輸入的模擬量信號進行信號調理後送至測量系統中的AD數模轉換模塊，AD數模轉換後的結果經過打包後通過光纖傳遞到FCL控制保護系統；RTDS實時仿真試驗中採用I/O接口實現FCL控制保護系統和RTDS試驗設備之間的邏輯信號的交互。可廣泛用於FCL控制保護裝置控保策略的設計、檢驗等領域。
文檔編號G01R31/00GK102998571SQ201210532368
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月11日 優先權日2012年12月11日
發明者沈冰, 周健, 曾平, 周德生 申請人:上海市電力公司, 華東電力試驗研究院有限公司, 國家電網公司