CN101867170B - 光纤通道保护同时模拟系统故障和通道异常的试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对光纤通道保护装置进行模拟系统故障和通道异常的试验方法，通过电力系统实时数字仿真系统控制系统故障发生时刻，故障后电流功率放大器输出故障电流并接入过流继电器，过流继电器动作并达到时间继电器设定的动作延时后辅助接点闭合触发并启动误码发生仪，这样系统故障后紧接着能加入通道各种异常行为，误码发生仪加入的通道异常行为包括通道中断、叠加误码、叠加延时、同时叠加误码和延时等。本发明在模拟电力系统故障的同时，能可靠控制光纤通道的各种异常行为。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力系统继电保护装置试验方法，具体讲是涉及一种对各种光纤通道保护装置进行模拟系统故障和通道异常的试验方法，用于开展光纤通道异常对各种原理保护装置的试验分析研究，包括分相电流差动保护、纵联距离保护、纵联方向保护等，能为研究光纤通道对保护影响的试验提供有效的试验方法。属于电力系统继电保护领域。
背景技术
光纤分相电流差动保护具有整定简单、灵敏度高、勿需选相、抗干扰能力强、不受系统振荡及负荷电流影响等优点，成为输电线路保护的主流产品，在高、中和低电压等级的输电线路中都得到了广泛应用。但是，光纤差动保护对光纤通道的依赖性很强，对通道延时、通道中断、通道衰耗和通道误码率均有严格的要求。另外，光纤通道比较脆弱，熔接不好、接头接触等原因都会影响通道的传输质量。
目前，光纤分相电流差动保护在投运及定检时主要对保护装置的功能和回路进行检验，对通道测试内容很少，或者由于条件限制，对通道测试不够充分。大部分只是利用光功率计，对保护装置的发光功率和对侧传过来的光纤收信功率进行简单测量，部分网、省局通过运行通讯设备(SDH)对通道进行试验，此方法虽然具有真实、系统性强的优点，但试验周期比较长，测试不全面，通道的关键指标不能量化。通道延时(尤其是收发不对称延时)、严重误码、通道中断等方面对保护装置性能的影响不能进行充分测试，给电力系统的安全运行带来一定的隐患。
对光纤通道保护忍受通道异常的能力测试具有明显的现实意义，为此，国内学者开展了比较深入的研究。方法1：李瑞生的《光纤电流差动保护与通道试验技术》(北京：中国电力出版社，2006)和方法2：倪伟东，李瑞生，李铮峰的《光纤电流差动保护通道试验及研究》(继电器，2005，33(8)：68-70)均提到光纤通道试验测试方法，但是只讲述通道维持在异常情况，再模拟系统故障，没有涉及同时模拟系统故障和通道异常的测试技术。
发明内容
为解决光纤通道保护现有通道测试技术的不足，本发明的目的在于提供一种对光纤通道保护装置进行模拟系统故障和通道异常的试验方法，适用于各种原理的光纤通道保护装置的试验分析，能为研究光纤通道对保护影响的试验提供有效的试验技巧和具体试验方法。
本发明通过电力系统实时数字仿真系统控制系统故障发生时刻，故障后电流功率放大器输出故障电流并接入过流继电器，过流继电器动作并经时间继电器设定的动作延时后由辅助接点触发并启动通信误码发生仪，系统故障后紧接着能加入通道异常行为。从而能对光纤通道保护同时模拟系统故障和通道异常行为。
为实现上述发明目的，本发明是采取以下的技术方案来实现的：
一种光纤通道保护同时模拟系统故障和通道异常的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)在实时数字仿真系统上，根据电力行业标准DL/T 871-2004《电力系统继电保护产品动模试验》，搭建220kV中距离双回线输电系统试验模型；
2)实时数字仿真系统输出模拟量小信号，经过电流、电压功率放大器接入光纤通道保护装置，同时把设置的故障相电流信号串联接入过流继电器，将保护跳闸信号接入模拟断路器后返回给实时数字仿真系统改变网络拓扑；
3)光纤通道保护装置的光纤通道中串联接入通信误码发生仪，过流继电器动作接点接入时间继电器，时间继电器延时动作后辅助接点闭合触发并启动通信误码发生仪的起始接点，通过通信误码发生仪改变光纤通道的传输质量；
4)根据试验项目需要，在通信误码发生仪中设置通道异常行为，包括通道中断、叠加误码、叠加延时、同时叠加误码和延时等，等待时间继电器返回接点来触发本装置；
5)启动实时数字仿真系统，在设定的故障时刻模拟系统故障，故障相电流经过流继电器、达到时间继电器设定延时后触发启动通信误码发生仪，由时间继电器延时设定值决定通道异常的加入时刻，达到同时模拟系统故障和通道异常的试验效果。
光纤通道保护同时模拟系统故障和通道异常的试验方法，其特征在于：在所述步骤2)中，将故障相电流串联接入过流继电器的条件为：接入电流持续大于故障相电流的整定值，达到时间继电器设定的延时则时间继电器动作，闭合相应接点。
光纤通道保护同时模拟系统故障和通道异常的试验方法，其特征在于：过流继电器持续动作，达到时间继电器的设定延时后，时间继电器的相关辅助接点才动作。
光纤通道保护同时模拟系统故障和通道异常的试验方法，其特征在于：所述步骤5)中，时间继电器返回接点触发误码发生仪的起始按钮，过流继电器动作并经时间继电器设定延时后的常开接点动作接入通信误码发生仪的起始接点，达到启动通信误码发生仪的目的。
光纤通道保护同时模拟系统故障和通道异常的试验方法，其特征在于：过流继电器设定值可整定为保护装置二次额定电流的0.8倍，时间继电器延时定值可根据需要整定，一般为0-30ms之间。
光纤通道保护同时模拟系统故障和通道异常的试验方法，其特征在于：所述通道异常行为包括通道中断、叠加误码、叠加延时、同时叠加误码和延时等。
本发明的有益效果是：在模拟电力系统故障的同时，能可靠控制光纤通道的各种异常行为。本发明具有很强的实用性，适用于各种原理的光纤通道保护装置的试验分析，能为研究光纤通道对保护影响的提供有效的试验方法。
附图说明
图1是220kV双回线输电系统仿真模型；
图2是实时数字仿真系统工作流程图；
图3光纤通道测试系统图；
图4是利用过流和时间继电器控制通信误码发生仪的启停图。
具体实施方式
本发明的原理，分下面五个部分具体叙述：
(I)系统仿真模型的搭建
验证通道异常情况下保护装置的动作行为，需要模拟区内、外短路故障，本试验采用实时数字仿真系统来完成该部分模拟工作。按照DL/T 871-2004标准，在实时数字仿真系统上建立了220kV双回线输电系统电磁暂态模型，系统接线如附图1所示，N厂经220kV双回输电线路与L 系统相连，N厂有1号和2号发电机组，容量分别为350MW和600MW；N厂还接有负荷变压器，所带负荷最大容量为600MW。L侧系统为一地区等值系统，短路容量分别为2000MVA，L侧系统中3号机组容量分别为600MW。
输电线路长度为100km，主要参数如表1所示，L1线路为被保护线路，试验时共设置了2个故障点：被保护线路中点和N侧保护反向出口。
表1输电线路主要参数
(II)保护设备接入实时数字仿真系统
仿真系统的核心设备是带有模拟量小信号输出的计算机机群，机群通过实时计算将数字量结果通过D/A转换成电压小信号，经电流、电压功率放大器放大后输入到光纤通道保护装置；待测装置将跳闸信号经开关量输入输出单元返回给仿真系统，参见附图2。
(III)通道测试系统的搭建
搭建的通道测试系统如附图3所示，图中实时数字仿真系统输出电流电压模拟信号给被测保护装置，装置跳闸信号返回至仿真系统改变网络拓扑。两侧保护的光纤通道经过复用接口盒后均接入光同步传输系统，有一侧复用接口盒和光同步传输系统之间接入通信误码发生仪，用于改变光纤通道的传输质量。通过通信误码发生仪模拟各种通道异常情况，考察保护装置的动作行为。
(IV)通信误码发生仪的启停控制
在搭建完系统仿真模型、通道测试系统后，从仿真系统输出的模拟量小信号接入保护装置和故障录波器。事先设定故障时刻，仿真启动并达到设定的故障时刻系统模拟故障发生，故障电流经过流继电器，过流继电器动作引起接点闭合启动时间继电器，达到时间继电器设定延时后继电器返回触电闭合触发启动通信误码发生仪，参见附图4。
故障相电流串联接入过流继电器的动作条件是接入电流持续大于整定值，由时间继电器延时设定值决定通道异常的加入时刻，达到同时模拟系统故障和通道异常的试验效果。
(V)仿真结果和分析
A)通道叠加误码
测试保护在叠加不同误码情况下，发生区内外金属性故障时的动作行为，确定待测保护装置能够正常工作的最高误码率水平。通道叠加的误码包括叠加单向误码和叠加双向误码，设置的误码率水平分别为1.0E-7、1.0E-6、1.0E-5、1.0E-4和1.0E-3。在图3的通道中叠加单向(M侧装置接收通道)和双向误码，且在区内K1和区外K2点分别设置A相和三相金属性接地故障。
B)通道叠加延时
测试通道延时变化对保护装置性能的影响，确定待测保护装置能够正常工作的最大通道延时。利用误码发生仪在保护的发送和接收通道中同时叠加相同和不同的通道延时，即叠加纵向对称延时和横向不对称延时。在图3的通道中加不对称延时，分别在K1、K2点设置A相和三相金属性接地故障；在图3的通道中加对称延时，且在K1点设置A相金属性接地故障，真正的通道对称延时需要算上装置的固有通道延时。
C)通道中断试验
该试验项目用于验证通道短时中断、通道恢复对保护性能的影响，以及通道长时间中断对保护性能的影响。前者试验方法是利用误码发生仪在通道中设置中断，再次恢复正常，同时模拟区内外金属性故障；后者是在M侧保护装置处拔出光发回路的光纤FC接头，通道中断时间超过1分钟。
实施例：
本发明所提试验方法的实施例如下：
本试验所用仪器和相关设备包括光同步传输系统、通信误码发生仪、数字复用接口装置和线路光纤分相电流差动保护装置PSL 603U等，见下表2所示。
表2试验所用仪器
| 仪器名称 | 型号 | 数量 |
| 光同步传输系统 | CGCS-1000 | 2套 |
| 通信误码发生仪 | TWM-1(G703) | 2台 |
| 数字复用接口装置 | GXC-64/2M | 2台 |
| 线路分相电流差动保护 | PSL 603U | 2台 |
在做保护功能测试试验时，差动电流定值设为0.2A，CT二次额定电流取1.0A，负荷电流为0.7A，故障后短路电流为32.4A。
在开展通道异常对保护装置功能测试前，先测试保护在通道正常，区内外金属性故障时的典型动作行为，以便为后续测试结果提供对比数据。
(1)通道叠加误码
测试保护在叠加不同误码情况下，发生区内外金属性故障时的动作行为，确定待测保护装置能够正常工作的最高误码率水平。通道叠加的误码包括叠加单向误码和叠加双向误码，设置的误码率水平分别为1.0E-7、1.0E-6、1.0E-5、1.0E-4和1.0E-3。在图3的通道中叠加单向(M侧装置接收通道)和双向误码，且在区内K1和区外K2点分别设置A相和三相金属性接地故障，试验结果分别见表3和表4。本专利中符号“/”表示保护不动作。
表3通道叠加单向误码后发生区内外接地的试验结果
表4通道叠加双向误码后发生区内外接地的试验结果
(2)通道叠加延时
测试通道延时变化对保护装置性能的影响，确定待测保护装置能够正常工作的最大通道延时。利用误码发生仪在保护的发送和接收通道中同时叠加相同和不同的通道延时，即叠加纵向对称延时和横向不对称延时。在图3的通道中加不对称延时，分别在K1、K2点设置A相和三相金属性接地故障，试验结果见表5。在图3的通道中加对称延时，且在K1点设置A相金属性接地故障，试验结果见表6。
表5通道对称延时后发生区内A相接地试验结果
表6通道对称延时后发生区内A相接地试验结果
(3)同时叠加系统故障和延时试验
在系统发生故障后，过流继电器动作立即启动通道所加延时，即时间继电器的动作延时设置为零，保护装置动作行为见下面表7
表7同时叠加系统故障和延时试验的测试结果
(4)通道中断试验
该项目用于验证通道短时中断、通道恢复对保护性能的影响，以及通道长时间中断对保护性能的影响。前者试验方法是利用误码发生仪在通道中设置中断，再次恢复正常，同时模拟区内外金属性故障；后者是在M侧保护装置处拔出光发回路的光纤FC接头，通道中断时间超过1分钟。通道长时间中断的试验结果见下面表8。
表8通道长时中断测试结果
| 保护装置信息 | M侧 | N侧 |
| 装置收发信息 | 有接收、无发送 | 无接收、有发送 |
| 面板信息 | 面板有通道告警 | 面板有通道告警 |
| 通道告警信息 | 通道失步 | 通道中断、通道失步 |
| 装置接点信息 | 有空接点输出 | 有空接点输出 |
上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种光纤通道保护同时模拟系统故障和通道异常的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)在实时数字仿真系统上，根据电力行业标准DL/T 871-2004《电力系统继电保护产品动模试验》，搭建220kV中距离双回线输电系统试验模型；
2)实时数字仿真系统输出模拟量小信号，经过电流、电压功率放大器接入光纤通道保护装置，同时把设置的故障相电流信号串联接入过流继电器，将保护跳闸信号接入模拟断路器后返回给实时数字仿真系统改变网络拓扑；
3)光纤通道保护装置的光纤通道中串联接入通信误码发生仪，过流继电器动作接点接入时间继电器，时间继电器延时动作后辅助接点闭合触发并启动通信误码发生仪的起始接点，通过通信误码发生仪改变光纤通道的传输质量；
4)根据试验项目需要，在通信误码发生仪中设置通道异常行为，等待时间继电器返回接点来触发通信误码发生仪；
5)启动实时数字仿真系统，在设定的故障时刻模拟系统故障，故障相电流经过流继电器、达到时间继电器设定延时后触发启动通信误码发生仪，由时间继电器延时设定值决定通道异常的加入时刻，达到同时模拟系统故障和通道异常的试验效果。
2.根据权利要求1所述的光纤通道保护同时模拟系统故障和通道异常的试验方法，其特征在于：在所述步骤2)中，将故障相电流信号串联接入过流继电器的条件为：接入电流持续大于故障相电流的整定值，达到时间继电器设定的延时则时间继电器动作，闭合相应接点。
3.根据权利要求2所述的光纤通道保护同时模拟系统故障和通道异常的试验方法，其特征在于：过流继电器持续动作，达到时间继电器的设定延时后，时间继电器的相关辅助接点才动作。
4.根据权利要求1或2或3所述的光纤通道保护同时模拟系统故障和通道异常的试验方法，其特征在于：所述步骤5)中，时间继电器返回接点触发通信误码发生仪的起始按钮，过流继电器动作并经时间继电器设定延时后的常开接点动作接入通信误码发生仪的起始接点，达到启动通信误码发生仪的目的。
5.根据权利要求1或2或3所述的光纤通道保护同时模拟系统故障和通道异常的试验方法，其特征在于：过流继电器定值整定为保护装置二次额定电流的0.8倍，时间继电器延时设定值为0-30ms之间。
6.根据权利要求1或2或3所述的光纤通道保护同时模拟系统故障和通道异常的试验方法，其特征在于：所述通道异常行为包括通道中断、叠加误码、叠加延时、同时叠加误码和延时。
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