電力系統(tǒng)繼電保護仿真平臺研發(fā)思路探討

1、電力系統(tǒng)繼電保護仿真平臺研發(fā)思路探討    關(guān)鍵詞: 繼電保護;仿真平臺;電力系統(tǒng)實驗0 引言 繼電保護裝置是電力系統(tǒng)中重要的組成部分,是保證電力系統(tǒng)安全和可靠運行的重要技術(shù)措施之一。目前,各高校電氣工程專業(yè)、供用電技術(shù)專業(yè)都開設(shè)了繼電保護課程,該課程是一門理論與實踐并重的課程。在理論課的教學(xué)中輔以相應(yīng)的、切合實際的實踐環(huán)節(jié),不僅能驗證理論的真實性,而且可以鞏固和強化學(xué)生對于理論的理解,增加對電力系統(tǒng)生產(chǎn)現(xiàn)場(變電所和發(fā)電廠)的感性認(rèn)識。 1 平臺總體功能設(shè)計與要求 近年來,隨著微型計算機技術(shù)在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用,利用微機構(gòu)成的微機保護裝置已在全國電力

2、網(wǎng)中廣泛使用。為適應(yīng)微機保護不斷發(fā)展的新形勢,并使教學(xué)中的實踐內(nèi)容及時反映學(xué)科的最新科研成果,有必要研發(fā)一種全新的微機繼電保護實驗仿真平臺,該平臺既能驗證保護原理,又能真實模擬保護現(xiàn)場的新型實驗平臺,為此我們進(jìn)行了一些理論聯(lián)系實際的摸索和探討。 針對現(xiàn)有仿真實驗臺所存在的不足之處,新的平臺系統(tǒng)應(yīng)包括電源部分、一次系統(tǒng)、二次系統(tǒng)、中央信號系統(tǒng)、微機保護這五大功能模塊。在進(jìn)行平臺總體設(shè)計時應(yīng)考慮能綜合目前國內(nèi)各類院校中“電力系統(tǒng)自動化”、“繼電保護”及“二次回路”等課程的所有實驗項目,實驗的深度與廣度也可根據(jù)需要作靈活調(diào)整,實驗裝置配套齊全,裝置占地面積要盡量少,以節(jié)約實驗用房,并設(shè)計有確保操作者

3、及儀器安全的措施。 2 仿真系統(tǒng)各功能模塊設(shè)計思路 2.1 實驗臺電源模塊設(shè)計思路 學(xué)生在進(jìn)行電力系統(tǒng)繼電保護實驗時,指導(dǎo)教師最擔(dān)心的問題之一就是學(xué)生接錯線,又未經(jīng)檢查就通電;或者操作錯誤導(dǎo)致電源短路,燒斷熔絲,嚴(yán)重的甚至損壞電源,延誤實驗進(jìn)程或?qū)е聦嶒炛袛?。而?現(xiàn)在實驗教學(xué)主張開放性實驗教學(xué),因此,必須確保實驗裝置和人身的安全,考慮到電力系統(tǒng)繼電保護實驗屬于強電范疇,所以為保證全方位的安全保護,在實驗臺電源設(shè)計時,就必須考慮可靠的安全保護措施,交流電源要事先隔離后才能進(jìn)各模塊,直流電源要有完善的整流濾波措施。考慮了這些安全保護措施的實驗臺電源,不僅可以杜絕因漏電導(dǎo)致的人身安全事故,又可防止

4、因使用不當(dāng)導(dǎo)致的儀表損壞,將會大大地減輕實驗指導(dǎo)老師的精神思想負(fù)擔(dān)。 2.2 一次系統(tǒng)的設(shè)計思路 電力系統(tǒng)繼電保護實驗最終的作用對象是電力系統(tǒng)中的一次系統(tǒng),而一次系統(tǒng)中最重要、最復(fù)雜的控制和保護電器是斷路器,斷路器是整個實驗臺一、二次系統(tǒng)的聯(lián)系紐帶。目前市場上的一些模擬斷路器的產(chǎn)品,大多是利用一個交流接觸器來模擬,其仿真性很差,因為真正的斷路器是靠分合閘線圈來啟動開關(guān)的傳動機構(gòu)的,且在二次回路中還要串入斷路器主觸頭的輔助接點,這些僅靠一個交流接觸器是無法實現(xiàn)的,此外,這些產(chǎn)品還存在價格較高,體積較大的缺點。 為了使實驗臺能真實的反映電力系統(tǒng)的運行及故障時的情況,要求研制的斷路器操作箱無論是聲音

5、、輔助觸點的切換等都要與現(xiàn)場斷路器十分相似,以提高實驗臺的仿真度。新平臺的聲音和動作都應(yīng)與實際斷路器分合閘全過程相符,而且必須考慮能實現(xiàn)完整的斷路器的跳、合閘動作過程的模擬,同時還要考慮模擬斷路器操作箱與二次系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性和兼容性,最后再從經(jīng)濟成本方面進(jìn)行考慮,也就是具有較高的性價比。 2.3 二次系統(tǒng)設(shè)計思路 二次設(shè)備是指對一次設(shè)備的工作狀況進(jìn)行監(jiān)視、測量、控制、保護、調(diào)節(jié)所必需的電氣設(shè)備,如監(jiān)控裝置、繼電保護裝置、自動裝置、信號器具等,通常還包括電流互感器、電壓互感器的二次繞組引出線和變電站用直流電源。這些二次設(shè)備按一定要求連接在一起構(gòu)成的電路,稱為二次接線或二次回路。它是電力系統(tǒng)安全生產(chǎn)、

6、經(jīng)濟運行、可靠供電的重要保障。 而在二次系統(tǒng)中其主要部分為繼電保護和自動裝置。因此,在新平臺的二次系統(tǒng)模塊中要設(shè)計與實驗臺匹配的繼電保護裝置,同時還要考慮自動重合閘裝置的設(shè)計問題。當(dāng)自動重合閘裝置與繼電保護裝置配合適當(dāng)時,能有效地加快故障的切除,提高供電的可靠性,而且自動重合閘的應(yīng)用在某些情況下還可簡化繼電保護。 在設(shè)計新平臺的二次系統(tǒng)部分時,還需要重點考慮準(zhǔn)確率的問題,使得繼電保護、自動重合閘等二次系統(tǒng)動作準(zhǔn)確率要達(dá)到95%以上,保護的采樣、邏輯判斷、執(zhí)行回路等部件均應(yīng)符合要求。 2.4 中央信號系統(tǒng)設(shè)計思路 中央信號主要包括事故信號和預(yù)告信號,事故信號發(fā)生會伴隨音響信號(笛聲),預(yù)告信號發(fā)

7、生會伴隨音響信號(鈴聲)。在實際的電力系統(tǒng)各種故障中,瞬時性故障占了90%以上,當(dāng)發(fā)生故障時要求繼電保護動作,自動地將故障切除使斷路器跳閘;自動裝置再自動地將斷路器合上。這一過程都是自動完成的,如果不增加中央信號系統(tǒng),運行人員就無法知道故障的發(fā)生及故障的類型,且當(dāng)發(fā)生永久性故障時不能及時地處理。        因此,中央信號系統(tǒng)是電力系統(tǒng)不可缺少的一部分,那么在設(shè)計新仿真實驗平臺的中央信號系統(tǒng)模塊時,要求在多用戶時能重復(fù)動作,能手動復(fù)歸也能自動復(fù)歸,并且要求在一次系統(tǒng)模塊和二次系統(tǒng)模塊動作時,中央信號能及時和準(zhǔn)確地

8、反映,也就是與實驗臺上一、二次系統(tǒng)的匹配問題。 2.5 微機保護模塊設(shè)計思路 傳統(tǒng)仿真實驗臺中的繼電保護模塊主要是由機電型繼電器構(gòu)成,屬于模擬式保護,模擬式保護運行和維護經(jīng)驗都十分豐富,基本上能滿足系統(tǒng)的要求。但隨著電力系統(tǒng)的日益擴大,對繼電保護的要求也不斷提高,現(xiàn)有的模擬式保護難以滿足要求,微機型繼電保護因此應(yīng)運而生。在實驗臺中引入微機保護掛件,既可以擴展學(xué)生的知識面,也適應(yīng)了繼電保護的發(fā)展。 動作于斷路器跳閘的繼電保護,在技術(shù)上一般應(yīng)滿足以下四條基本要求,即選擇性、靈敏性、速動性、可靠性。模擬型保護與微機型保護進(jìn)行比較如下,可以更加明確地了解兩種保護的優(yōu)缺點,比較結(jié)果見下表。 可見微機保護

9、無論是靈敏性、可靠性還是選擇性合快速性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的模擬保護。因此,在設(shè)計新的仿真實驗臺時,應(yīng)考慮采用微機保護模塊取代原實驗臺中的繼電保護模塊與自動裝置模塊,與斷路器操作箱配合,可以切除在模擬負(fù)載箱上設(shè)置的各種故障。這樣,引入微機保護掛件后,保護動作將會更快,更可靠。 2.6 實驗室設(shè)備配置 為配合教學(xué),使學(xué)生通過相關(guān)實驗對微機保護裝置的軟、硬件熟悉并進(jìn)行調(diào)試,在討論了綜合仿真實驗平臺的設(shè)計思路后,針對平臺的各個模塊特性,下面給出一種硬件實現(xiàn)方案: 1)斷路器主要部件采用的是雙穩(wěn)態(tài)繼電器和交流接觸器組合設(shè)計,可以真實模擬一次斷路器工作方式,完整的實現(xiàn)斷路器跳、合閘的動作。 2)二次系統(tǒng)設(shè)計主

10、要是繼電保護模塊及自動裝置模塊的設(shè)計。繼電保護模塊可以采用一些常規(guī)的保護繼電器和中間繼電器,但考慮到常規(guī)繼電器的觸點數(shù)量及容量不能滿足實驗的要求,還應(yīng)采用中間繼電器進(jìn)行接點擴容并且將繼電保護模塊與實驗臺中的負(fù)載模擬箱相互配合,將線路首端至末端發(fā)生的各種故障可靠地切除,以提高保護動作的靈敏性。自動裝置模塊則采用重合閘繼電器、時間繼電器、充電電容和中間繼電器組成。 3)中央信號系統(tǒng)采用ZC-23型沖擊繼電器來模擬事故信號,可以真實反映繼電保護裝置動作時的各種燈光、音響信號,同時,在多用戶時可重復(fù)動作,動作后既可手動復(fù)歸也可經(jīng)延時自動復(fù)歸。 4)微機保護模塊采用NTS-8710線路微機測控保護,該硬件設(shè)備精度高、效率高,對故障設(shè)備損害小,同時還可以減少用戶停電時間,提高這個系統(tǒng)供電的可靠性。 3 總結(jié) 在電力系統(tǒng)中,繼電保護和自動裝置是保證電力系統(tǒng)安全運行和提高電能質(zhì)量的重要工具。本文針對國內(nèi)外繼電保護的各種實驗手段的研究,提出了一種新型的完全與現(xiàn)場實際實現(xiàn)手段吻合的綜合仿真實驗平臺的設(shè)計,通過歸納及比較方法,分析了該系統(tǒng)的總體研發(fā)思路,同時介紹了一次系統(tǒng)、二次系統(tǒng)及中央信號系統(tǒng)的