一种基于RTDS的消弧选线装置的试验研究.docx

? ? 一种基于RTDS的消弧选线装置的试验研究 ? ? 杨 佳，韦芬卿，付 磊，于跃海 (国网电力科学研究院，江苏 南京 210061) 当前对配电网中消弧选线装置的出厂调试测试手段比较落后，试验项目比较单一，较难反映出消弧选线装置在实际运行配网中的工作情况。利用RTDS实时数字仿真系统建立一个配电网经消弧线圈接地的仿真系统，对消弧选线装置进行各项功能的闭环测试，为该类装置的测试提供一种新方法。 RTDS全称为实时数字仿真仪 （Real Time Digital Simulator）[1]，是一种专门设计用于研究电力系统中电磁暂态现象的装置。根据自动跟踪补偿消弧线圈成套装置技术条件[2]中所要求的试验方法和要求在RTDS中搭建仿真模型。由于RTDS能够实时连续运行，消弧与选线装置就可以连接到RTDS，进行闭环试验以测试设备的各种功能。 1 选线装置简介 小电流接地系统，一般采用中性点不接地和经消弧线圈接地两种接地方式。随着配电网规模日渐扩大，系统对地电容电流急剧增加，容易产生间隙弧光过电压。而经消弧线圈的接地方式由于可靠性、安全性、经济性等方面的优点，已逐渐获得认可和应用。与此同时，我国配电网运行过程中单相接地故障多发，若不采取有效措施，极易造成相间短路，使事故扩大，影响供电质量。所以小电流接地系统单相接地故障选线不仅是提高电力系统自动化水平的问题，也是一个关系到系统运行方式的问题，对保障系统的安全运行有着十分重要的意义。 为提高配电网运行的可靠性，消弧线圈自动跟踪补偿与接地选线系统，以中性点经消弧线圈接地方式的电力系统作为应用研究对象，采用 “消弧+选线”的设计思路，实现消弧线圈的自动控制。该系统能够自动控制消弧线圈的工作状态，并且在实现消弧线圈自动跟踪补偿功能的同时，有效地解决了小电流接地选线的问题，减小故障点的接地电流，达到了保障电网安全运行和提高电网自动化水平的目的。同时，选线装置与控制装置相配合，成功解决了消弧线圈对传统单相接地选线技术影响的难题，有效提高了选线的成功率。 2 试验方案 2.1 试验建模 根据配电网的运行特点，建立了经消弧线圈接地的10kV配网典型模型[2-4]。如图1所示。 图1 仿真系统一次示意图 图1中所示的系统结构图中单相线路均表示三相线路，系统空载运行。主变为110kV/10kV的降压变压器，容量为6.3 MV·A，Y/△联接。接地变参数：容量为450kV·A；零序阻抗为3.15 Ω。该系统中共模拟6条线路，其中3条架空线路分别是：线路1，20 km；线路 2，10 km；线路 3，5 km。 选取 LGJ-70导线（几何均距为2.5 m）。3条电缆线路分别是：线路 4，15 km；线路 5，10 km；线路 6，5 km。 选取截面为70 mm2的铜心三芯电缆。系统的接地阻尼电阻设为20 Ω。当系统正常运行时，该电阻与消弧线圈串联工作，任一条线路发生故障时，该电阻短接。由于RTDS中的三相线路模型三相参数完全相同，不存在不平衡电压的问题，为了模拟实际电网中母线不平衡的量就需要加入不平衡电容，在10kV母线的两相中并联接入不同μF的对地电容。一次电流互感器（TA）变比和一次电压互感器（TV）变比均可设置成与实际物理装置相同。 实际调匝式消弧线圈一般设计为9～25档，本次实验消弧线圈容量为400kV·A；档位选为15档，对应电感值为0.378～0.589 H，步进电流为2.5 A。调匝式消弧线圈在RTDS中采用自定义“实时可调电感”模型模拟。此模型在RTDS实时仿真开始后，电感值可实时变化，最初用于模拟电力机车运行的供电牵引网，L0为总电感值，Lx为可控电感值占总电感值的比例。Lx可以通过RSCAD软件中的控制模块进行输入。模型中，L0设为1 H，Lx的值可实时调节。根据消弧线圈不同档位电感值，在仿真系统中建立“档位—电感值”对应关系表，首先可在仿真开始前设置一个消弧线圈的初始档位，Lx设成该初始档位的电感值。仿真开始后根据系统的运行工况，外接消弧选线装置的发出“上调档位”、“下调档位”的DI脉冲信号，根据调整脉冲信号实时地将消弧线圈档位“加1”或者“减1”，形成新的档位信息，从而改变该档位消弧线圈的所对应电感值Lx。此时系统的运行工况也随着相应发生了变化，通过模拟量DA输出反馈给装置，装置的控制策略也随之调整，由此实现整个实验的闭环控制。其中消弧线圈的每个档位通过一个对应开关的位置量模拟，15个开关即对应15个档位。当开关位置为“1”时表示消弧线圈处于该档位，开关位置为“0”时表示消弧线圈不处于该档位，这些位置量所表示的档位信息作为DO数字量输出到控制装置。如图2所示。 2.2 试验方法 图2 消弧线圈控制模型示意图 根据以上系统参数，在RSCAD软件上建立闭环测试模型，消弧选线装