一种故障电流限制器装置的RTDS试验方法

摘要

一种故障电流限制器装置的RTDS试验方法，属紧急保护电路装置领域。其由RTDS试验设备发出RTDS模拟量信号，用于模拟实际运行过程中的故障信号；RTDS模拟量信号经功率放大器后输出给FCL控制保护系统的测量系统；测量系统对输入的模拟量信号进行信号调理后送至测量系统中的AD数模转换模块，AD数模转换后的结果经过打包后通过光纤传递到FCL控制保护系统；RTDS实时仿真试验中采用I/O接口实现FCL控制保护系统和RTDS试验设备之间的逻辑信号的交互。可广泛用于FCL控制保护装置控保策略的设计、检验等领域。

说明书

技术领域

本发明属于紧急保护电路装置领域，尤其涉及一种用于故障电流限制器的试验 方法。

背景技术

随着社会经济和电力事业的迅速发展，电力系统各级电网中的短路电流水平也 不断增加。系统中部分地区的短路电流已经达到甚至超过了断路器的遮断容量，而 且还有继续上升的趋势。这种情况已经严重威胁到系统的安全运行，一旦发生短路 故障很可能会造成故障线路中相关设备的烧毁，后果不堪设想。

为了保持稳定输电，快速短路故障保护是非常重要的。一般的机械断路器切断 短路电流需要两个或更多的周波，包括继电保护的动作时间，而与断路器一起使用 的快速电流限制装置能缩短故障保护时间。

现有的故障电流限制器（Fault Current Limiter，FCL）主要由电抗器L、电容器 C及快速旁路开关K（可采用如晶闸管、火花间隙、快速机械开关等类型的开关或 其组合）组成。其中，电抗器L的工频感抗与电容器C的容抗大小相同。正常工作 条件下，开关K处于打开状态（对应于晶闸管处于阻断状态），电容C和电感L 处于工频串联谐振状态，总的阻抗为零。当检测到故障后，开关K迅速闭合（对应 于晶闸管快速导通），电容被旁路，相当于在线路中接入电感L从而起到限流作用。

为确保FCL控制保护装置控保策略的正确性、稳定性，确保FCL控制保护装 置的成功投运，就需要对故障电流限制器控制保护装置进行动态模拟试验，即对FCL 控制保护装置的控保策略进行试验验证。

RTDS（Real Time Digital Simulator，实时数字仿真仪），是国际上研制和投入商 业化应用最早的数字实时仿真装置，也是目前世界上使用最多，被最广泛采用的电 力系统实时仿真装置。

实时数字仿真仪RTDS由计算软件（RSCAD）、计算处理和接口等硬件设备 （RACK）组成，包括配套的工作站或微机，可以连续和实时地模拟电力系统的电 磁暂态和机电暂态现象。

由于RTDS能够维持实时条件下的连续运行，实际的控制保护设备就可以连接 到RTDS进行闭环试验以分析和研究控制保护设备的性能，同时RTDS也可以实时 仿真大型交直流混合电力系统。

公开日为2011年8月31日，公开号为CN 102170116A的中国发明专利申请中， 公开了一种“故障电流限制器的实时数字仿真系统”，其包括可控串联电容器补偿 组件；和所述可控串联电容补偿组件相连的第一串联电容补偿组件；和所述可控串 联电容补偿组件以及所述第一串联电容补偿组件均相连的第二串联电容补偿组件； 和所述可控串联电容补偿组件、所述第一串联电容补偿组件以及所述第二串联电容 补偿组件均相连第三串联电容补偿组件。但其只是公开了一种可控串联电容器补偿 组件的仿真建模，适用于采用计算机对可控串联电容器补偿组件的仿真建模，不能 用于对整个故障电流限制器控制保护装置进行动态模拟试验，和对FCL控制保护装 置的控保策略进行试验验证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种故障电流限制器装置的RTDS试验方法， 其通过RTDS试验可以确定、验证FCL控制保护装置的控制保护策略身份正确，测 试FCL控制保护装置底层应用软件的性能指标，控制保护逻辑和控制保护出口的正 确性，最终为故障电流限制器装置的成功投运提供技术上的保障。

本发明的技术方案是：提供一种故障电流限制器装置的RTDS试验方法，其特 征是：建立一套包括RTDS试验设备、功率放大器、示波器、数字式万用表和FCL 控制保护装置的RTDS实时仿真试验系统；所述的FCL控制保护装置包括数据汇总 单元、保护单元、TFR单元、开关量输入单元、GPS单元、工业控制计算机和模拟 测量箱；由RTDS试验设备发出经过数—模转换后的RTDS模拟量信号，用于模拟实 际运行过程中的故障信号；所述的RTDS模拟量信号经过功率放大器后输出给FCL 控制保护系统的测量系统；所述的测量系统对输入的模拟量信号进行信号调理后送 至测量系统中的AD数模转换模块，AD数模转换后的结果经过打包后通过光纤传 递到FCL控制保护系统；RTDS实时仿真试验中采用I/O接口实现FCL控制保护系 统和RTDS试验设备之间的逻辑信号的交互。

进一步的，所述的FCL控制保护系统外接TFR暂态录波装置，用于记录系统 暂态过程的各个电气量，以便事后进行分析。

进一步的，利用所述RTDS试验设备自带的故障录波功能，与FCL控制保护系 统外接TFR暂态录波装置的录波结果进行同一时刻电流/电压/开关状态参数的比 对，相互进行验证。

所述的RTDS实时仿真试验系统按照下列步骤进行FCL控制保护系统的“电容 器过负荷告警”保护试验：

4-1、运行RTDS模型至额定状态；

4-2、投入FCL控制保护系统，确认电容器组不重投；

4-3、确认电容器过负荷保护已投入；

4-4、确认电容器过负荷告警定值设置为1.1In；告警延时10s；

4-5、在RTDS的runtime文件上进行设置，调整电容器中电流值为In额 定电流；

4-6、在RTDS的runtime文件上进行设置，调整电容器中电流值为1.1In 额定电流；

4-7、确认FCL控制保护系统发出电容器过负荷告警。

所述的RTDS实时仿真试验系统按照下列步骤进行FCL控制保护系统在“电容 器重投模式”模式下的“电容器过负荷告警”保护试验：

5-1、运行RTDS模型至额定状态；

5-2、投入FCL控制保护系统，确认电容器组重投模式；

5-3、确认电容器过负荷保护已投入；

5-4、确认暂时闭锁延时时间为2分钟；

5-5、确认重投次数为3次；

5-6、在RTDS的runtime文件上进行设置，调整电容器中电流值为In额 定电流；

5-7、在RTDS的runtime文件上进行设置，调整电容器中电流值为1.8In 额定电流；

5-8、确认FCL控制保护系统发出旁路断路器三相合闸命令，FCL控制保 护系统暂时闭锁；

5-9、确认FCL控制保护系统重投；

5-10、重复5-6步骤三次，确认FCL控制保护系统在电容器过负荷保护动 作并重投三次后，确认FCL控制保护系统发出旁路断路器三相合闸命令，转为永久 闭锁。

所述的RTDS实时仿真试验系统按照下列步骤进行FCL控制保护系统在“电容 器不重投”模式下的“电容器过负荷告警”保护试验：

6-1、运行RTDS模型至额定状态；

6-2、投入FCL控制保护系统，确认电容器组重投模式；

6-3、确认电容器过负荷保护已投入；

6-4、确认暂时闭锁延时时间为2min；

6-5、确认重投次数为3次；

6-6、在RTDS的runtime文件上进行设置，调整电容器中电流值为In额 定电流；

6-7、在RTDS的runtime文件上进行设置，调整电容器中电流值为1.8In 额定电流；

6-8、确认FCL控制保护系统发出旁路断路器三相合闸命令，FCL控制保 护系统永久闭锁。

其中，上述的In为电容器的额定工作电流。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.充分利用RTDS的技术优势，将计算机实时仿真与FCL控制保护装置控保 策略的验证结合起来，可加速控保策略的设计和调试工作；

2.采用RTDS试验可以测试FCL控制保护装置底层应用软件的性能指标，控 制保护逻辑和控制保护出口的正确性，为故障电流限制器装置的成功投运提供技术 上的保障；

3.采用RTDS与TFR暂态录波装置双重记录方式，有助于记录结果的相互印 证，便于故障问题的查找，保证记录结果的可靠性，有助于故障现象的再现和产生 原因的排除。

附图说明

图1是本发明RTDS实时仿真试验系统的系统构架示意图；

图2是本发明“电容器过负荷告警”保护试验的流程方框示意图；

图3是本发明在“电容器重投模式”模式下的“电容器过负荷告警”保护试验 的流程方框示意图；

图4是本发明在“电容器不重投”模式下的“电容器过负荷告警”保护试验的 流程方框示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1中，本发明的技术方案提供了一种故障电流限制器装置的RTDS试验方法， 其特征是建立一套包括RTDS试验设备、功率放大器、示波器、数字式万用表和FCL 控制保护装置的RTDS实时仿真试验系统；所述的FCL控制保护装置包括数据汇总 单元、保护单元、TFR单元、开关量输入单元、GPS单元、工业控制计算机和模拟 测量箱。

进行试验时，由RTDS试验设备发出经过数—模转换后的RTDS模拟量信号，用 于模拟实际运行过程中的故障信号；所述的RTDS模拟量信号经过功率放大器后输 出给FCL控制保护系统的测量系统；所述的测量系统对输入的模拟量信号进行信号 调理后送至测量系统中的AD数模转换模块，AD数模转换后的结果经过打包后通 过光纤传递到FCL控制保护系统；RTDS实时仿真试验中采用I/O接口实现FCL控 制保护系统和RTDS试验设备之间的逻辑信号的交互。

进一步的，所述的FCL控制保护系统外接TFR暂态录波装置，用于记录系统 暂态过程的各个电气量，以便事后进行分析。

进一步的，利用所述RTDS试验设备自带的故障录波功能，与FCL控制保护系 统外接TFR暂态录波装置的录波结果进行同一时刻电流/电压/开关状态参数的比 对，相互进行验证。

随着电力技术的发展，电力系统的继电保护装置结构、原理各异，在特定的运 行方式下发生故障时，传统的稳态分析方法受到局限，而RTDS实时仿真系统具有 COMTRADE格式文件（IEEE标准电力系统暂态数据交换通用格式）回放进行电网 故障再现的功能，此外，RTDS还具有模拟量输人、输出卡，开关量输人、输出卡， 通过这些接口板卡可供RTDS和外部物理设备连接，实现对控制设备和保护装置的 闭环测试。

COMTRADE是IEEE标准电力系统暂态数据交换通用格式。该标准为电力系 统或电力系统模型采集到的暂态波形和事故数据的文件定义了一种格式。该格式意 欲提供一种易于说明的数据交换通用格式。IEEE于1991年提出，并于1999进行了 修订和完善。每个COMTRADE记录都有一组最多4个与其相关的文件，4个文件 中的每一个都具有一个不同的信息等级。

4个文件如下：a）标题文件b）配置文件c）数据文件d）信息文件。

1.1标题文件（xxxxxxxx.HDR）

标题文件是由COMTRADE数据的原创者建立的一种可选的ASCII文本文件， 标题文件的创建者可以以任何需要的顺序创建任何信息。标题文件的格式为ASCII。

1.2配置文件（xxxxxxxx.CFG）

配置文件为一种ASCII文本文件，用于正确地说明数据（.DAT）文件的格式， 因此必须以一种具体的格式保存。该文件诠释了数据（.DAT）文件所包含信息，其 中包括诸如采样速率、通道数量、频率、通道信息等项。配置文件第一行中的一 个字段识别文件所依照的COMTRADE标准版本的年份（例如1991、1999等）。如 果该字段不存在或是空的，则假设文件则遵照标准的最初发行日期（1991）。配置 文件还包含识别伴随的数据文件是以ASCII格式还是以二进制格式存储的字段。

1.3数据文件（xxxxxxxx.DAT）

数据文件包含记录中每个采样所有输入通道的值。数据文件包含一个顺序号和 每次采样的时间标志。这些采样值除记录模拟输入的数据之外，也记录状态，即表 示开/关信号的输入。

1.4信息文件（xxxxxxxx.INF）

信息文件是一种文件创建者希望使之对用户有用的信息之外的特别信息。信息 文件是可选文件。COMTRADE定义的所有文件，都在IEEE标准电力系统暂态数 据交换通用格式Std C37.111-1991或IEEE Std C37.111-1999版本中进行了诠释。

正是RTDS实时仿真系统具有如上的优点，使得计算机实时仿真与FCL控制保 护装置控保策略的验证可以方便地进行。

由于FCL控制保护装置控保策略众多，现仅选择几个进行叙述，本领域的技术 人员，在掌握了本发明解决问题的思路后，完全可以不经过创造性的劳动，再现本 发明的技术效果和发明目的。

图2中，RTDS实时仿真试验系统按照下列步骤进行FCL控制保护系统的“电 容器过负荷告警”保护试验：

4-1、运行RTDS模型至额定状态；

4-2、投入FCL控制保护系统，确认电容器组不重投；

4-3、确认电容器过负荷保护已投入；

4-4、确认电容器过负荷告警定值设置为1.1In；告警延时10s；

4-5、在RTDS的runtime文件上进行设置，调整电容器中电流值为In额 定电流；

4-6、在RTDS的runtime文件上进行设置，调整电容器中电流值为1.1In 额定电流；

4-7、确认FCL控制保护系统发出电容器过负荷告警。

图3中，RTDS实时仿真试验系统按照下列步骤进行FCL控制保护系统在“电 容器重投模式”模式下的“电容器过负荷告警”保护试验：

5-1、运行RTDS模型至额定状态；

5-2、投入FCL控制保护系统，确认电容器组重投模式；

5-3、确认电容器过负荷保护已投入；

5-4、确认暂时闭锁延时时间为2分钟；

5-5、确认重投次数为3次；

5-6、在RTDS的runtime文件上进行设置，调整电容器中电流值为In额 定电流；

5-7、在RTDS的runtime文件上进行设置，调整电容器中电流值为1.8In 额定电流；

5-8、确认FCL控制保护系统发出旁路断路器三相合闸命令，FCL控制保 护系统暂时闭锁；

5-9、确认FCL控制保护系统重投；

5-10、重复5-7步骤三次，确认FCL控制保护系统在电容器过负荷保护动 作并重投三次后，确认FCL控制保护系统发出旁路断路器三相合闸命令，转为永久 闭锁。

图4中，RTDS实时仿真试验系统按照下列步骤进行FCL控制保护系统在“电 容器不重投”模式下的“电容器过负荷告警”保护试验：

6-1、运行RTDS模型至额定状态；

6-2、投入FCL控制保护系统，确认电容器组重投模式；

6-3、确认电容器过负荷保护已投入；

6-4、确认暂时闭锁延时时间为2min；

6-5、确认重投次数为3次；

6-6、在RTDS的runtime文件上进行设置，调整电容器中电流值为In额 定电流；

6-7、在RTDS的runtime文件上进行设置，调整电容器中电流值为1.8In 额定电流；

6-8、确认FCL控制保护系统发出旁路断路器三相合闸命令，FCL控制保 护系统永久闭锁。

由于上述各试验中所涉及到的设备名称、动作术语和参数含义均为本领域 的现行标准，故其具体含义和技术内容在此不再叙述。

通过以上试验方法可知，RTDS实时仿真试验系统完全可以实现对FCL控制保 护装置的控制保护策略的实时验证和修改。同时，可以测试FCL控制保护装置所实 现控制保护逻辑和控制保护出口动作示范正确可靠、灵敏迅速。

本发明充分利用RTDS的技术优势，将计算机实时仿真与FCL控制保护装置控 保策略的验证结合起来，可加速控保策略的设计和调试工作；且采用RTDS试验可 以测试FCL控制保护装置底层应用软件的性能指标，控制保护逻辑和控制保护出口 的正确性，为故障电流限制器装置的成功投运提供技术上的保障；此外，本技术方 案采用RTDS与TFR暂态录波装置双重记录方式，有助于记录结果的相互印证，便 于故障问题的查找，保证记录结果的可靠性，有助于故障现象的再现和产生原因的 排除，最终为故障电流限制器装置的成功投运提供技术上的保障。

本发明可广泛用于FCL控制保护装置控保策略的设计、检验等领域。