CN103235218A - 一种基于rtds的弧光保护装置功能试验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于RTDS的弧光保护装置功能试验平台，包括：系统平台模型、中央控制系统模型、平台数据库和弧光保护装置，其中，所述系统平台模型包括发电机子模型、双绕组变压器子模型、断路器子模型、负荷子模型、电流互感器子模型和电压互感器子模型；所述中央控制系统模型与所述系统平台模型相连接，所述平台数据库内保存有所述系统平台模型中所有子模型对应的配置文件，所述弧光保护装置包括电流单元、电压单元、弧光扩展器、弧光单元、弧光主控单元和弧光探头，由于本发明实施例引入RTDS，基于所搭建的弧光保护装置功能试验平台可对待测的弧光保护装置的各项功能进行离线实时校核。

Description

一种基于RTDS的弧光保护装置功能试验平台

技术领域

本申请涉及电力技术领域，特别是涉及一种基于RTDS的弧光保护装置功能试验平台。

背景技术

中低压母线故障，特别是在采用户内开关柜式配电装置的情况下，电弧可能将开关柜内的器件点燃，引起火灾，造成大面积配电设备烧毁，甚至破坏直流系统，造成更加严重的后果。如果装设快速保护，故障发生后保护立即动作，在电弧燃烧之前将故障清除，供电就可以迅速恢复，损失大大降低。根据继电保护快速性的要求，为了保证变压器及母线开关设备的安全运行，迫切需要配置中低压母线保护。

弧光保护系统动作速度远快于传统母线保护方案，整套保护的动作时间在几毫秒内，从而对开关柜各单元室的总故障清除时间可控制在弧光对开关柜造成巨大伤害之前。因此，在发生弧光故障。柜内压力和温度急剧增加之前，弧光保护系统就可以发出跳闸指令切除供给的短路电流，使设备损坏及人员伤害的损失最小。

目前，现有的对弧光保护装置的各项功能进行试验时，通常需要将弧光保护装置安装到电力系统中，进行在线试验，这样在现场操作时，仍然会出现由于弧光保护设备的稳定性差而导致设备损坏。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种基于RTDS的弧光保护装置功能试验平台，以实现对弧光保护装置的各项功能进行离线实时校核。

为了实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下：

一种基于RTDS的弧光保护装置功能试验平台，包括：系统平台模型、中央控制系统模型、平台数据库和弧光保护装置，其中，

所述系统平台模型为由实时数字仿真RTDS电力系统元件搭建而成的变电站一次主接线系统模型，所述系统平台模型包括发电机子模型、双绕组变压器子模型、断路器子模型、负荷子模型、电流互感器子模型和电压互感器子模型；

所述中央控制系统模型与所述系统平台模型相连接，用于显示所述系统平台模型的运行状态，并接收用户输入的数据和/或指令，以控制所述系统平台模型的运行状态；

所述平台数据库内保存有所述系统平台模型中所有子模型对应的配置文件，所述配置文件包含状态配置参数，用于初始化时对所述平台模型进行赋值，控制所述系统平台模型仿真实际正常运行的电网；

所述弧光保护装置包括电流单元、电压单元、弧光扩展器、弧光单元、弧光主控单元和弧光探头，其中，

所述电流单元与所述电流互感器子模型相连接，所述电压单元与所述电压互感器子模型相连接，所述弧光探头设置在所述断路器子模型的位置，并且所述弧光探头通过依次连接的弧光单元、弧光扩展器与所述弧光主控单元相连接，所述弧光主控单元与所述中央控制系统模型相连接。

优选地，所述系统平台模型包含110KV和10KV两个电压等级。

优选地，所述发电机子模型为两台，并且两台所述发电机子模型分别通过来一台断路器子模型与所述双绕组变压器子模型相连接；

所述负荷子模型为两台，并且两台负荷子模型分别一台断路器子模型与所述双绕组变压器母线相连接；

所述双绕组变压器子模型的母线上设置有一台断路器子模型。

优选地，所述电流互感器子模型的个数为两个，其中，一个电流互感器子模型与设置在所述双绕组变压器进线侧的断路器子模型相连接，另一电流互感器子模型与设置在所述双绕组变压器子模型母线上的断路器子模型相连接；

所述电压互感器设置在所述双绕组变压器子模型母线上，用于检测所述双绕组变压器子模型母线的电压。

优选地，所述系统平台模型的运行状态包括：线路潮流、母线电压和变压器分接头档位状态。

优选地，其特征在于，

所述电流单元个数为两个，并且两个所述电流单元分别与两个所述电流互感器子模型相连接；

所述电压单元与所述电压互感器子模型相连接；

所述弧光扩展器、弧光单元的个数分别为两个，所述弧光探头的个数为四个，并且四个所述弧光探头均设置在断路器子模型上，并且位于负荷点子模型和母线上的断路器的两个弧光探头，分别通过一个弧光单元、一个弧光扩展器与所述弧光主控单元相连接。

优选地，该平台进一步包括：故障数据库，

所述故障数据库与所述系统平台模型相连接，用于记录所述系统平台模型所出现的故障。

由以上技术方案可见，本申请实施例提供的该基于RTDS的弧光保护装置功能试验平台，根据逻辑操作文件指示所述平台模型进入相应的状态，和/或根据配置文件控制系统平台模型进入相应的状态，然后显示测试结果。由于本发明实施例引入RTDS，基于所搭建的弧光保护装置功能试验平台可对待测的弧光保护装置的各项功能进行离线实时校核。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种基于RTDS的弧光保护装置功能试验平台的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的系统平台模型缩略图；

图3为本申请实施例提供的系统平台模型所模拟的110KV变电站的一次系统接线示意图；

图4为申请实施例提供的中央控制系统模型缩略图；

图5为本申请实施例提供的试验平台中弧光保护装置与RTDS系统的硬件连接示意图；

图6为本申请实施例提供的该基于RTDS的弧光保护装置功能试验平台的原理图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

图1为本申请实施例提供的一种基于RTDS的弧光保护装置功能试验平台的结构示意图。

如图1所示，该一种基于RTDS的弧光保护装置功能试验平台包括：系统平台模型1、中央控制系统模型2、平台数据库3和弧光保护装置4。

所述系统平台模型1为由RTDS（Real Time Digital Simulator，实时数字仿真仪）电力系统元件搭建而成的变电站一次主接线系统模型，所述系统平台模型1包括发电机子模型、双绕组变压器子模型、断路器子模型、负荷子模型、电流互感器子模型和电压互感器子模型。

图2为本申请实施例提供的系统平台模型缩略图，图3为图2所示的系统平台模型所模拟的110KV变电站的一次系统接线示意图。

如图2和图3所示，可见，该模型包含110kV和10kV两个电压等级，两台双绕组变压器为有载调压变压器，各自的分接头档位共17档。其中，发电机子模型由电源模型搭建，两台发电机子模型模拟变电站两条进线给110kV变电站供电，然后经过两台断路器模型连接到两台110/10kV的双绕组变压器子模型，经过变压器变压之后到10kV母线，10kV母线挂接两台负荷子模型。整个系统模型共设置了六处故障。整个系统左侧进线和10kV母线为弧光保护的对象，设有两台电流互感器子模型其中一台电流互感器子模型是对变压器的二次侧断路器子模型上的电流进行监测，另外一台电流互感器子模型是对母联断路器子模型进行监测。设有一台电压互感器对10kV母线电压进行监测。

所述平台数据库3内保存有所述系统平台模型1中所有子模型对应的配置文件，所述配置文件包含状态配置参数，用于初始化时对所述平台模型进行赋值，控制所述系统平台模型1仿真实际正常运行的电网。另外，在具体实施时，平台数据库3可以设置在系统平台模型1中。

这里状态配置参数，以双绕组变压器子模型为例，其对应的状态配置参数可包含电压等级和容量，其中电压等级可配置为110kV/10kV，其高中低压侧容量分别为50MVA，本领域技术人员可视实际要求进行灵活设计。发电机G子模型的状态配置参数为容量，其具体取值可为20.19MW。另外，对于断路器模型，其状态配置参数可为开或关

所述中央控制系统模型2与所述系统平台模型1相连接，图4所示出为本发明实施例提供的中央控制系统模型缩略图，中央控制系统模型2中的操作运行主界面用于显示所述系统平台模型1的运行状态，并接收用户输入的数据和/或指令，以控制所述系统平台模型1的运行状态。本实施例中，主界面包含系统运行界面、故障类型操作界面、断路器开关信号显示界面，变压器分接头档位调节界面。

本实施例中，运行状态包含系统运行时的系统潮流、母线电压、变压器分接头的档位、断路器的状态、故障设置的选择及监测电流的波形图。

用户输入数据和/或指令直接作用于中央控制系统模型2，改变故障位置、故障类型及故障持续时间，使系统平台模型1的运行状态，比如改变某母线节点的负荷参数，使其系统进入大方式或小方式运行状态；比如，改变对某电容器处的断路器的状态参数，即进行开或合操作，使该电容器退出运行状态或投入运行状态。

所述弧光保护装置4包括电流单元、电压单元、弧光扩展器、弧光单元、弧光主控单元和弧光探头，其中，所述电流单元与所述电流互感器子模型相连接，所述电压单元与所述电压互感器子模型相连接，所述弧光探头设置在所述断路器子模型的位置，并且所述弧光探头通过依次连接的弧光单元、弧光扩展器与所述弧光主控单元相连接。

如图3所示，在本申请实施例中，弧光保护装置有两个电流单元，一个电压单元和两个弧光扩展器和两个弧光单元，四个弧光探头，其中：

两个所述电流单元分别与两个所述电流互感器子模型相连接；所述电压单元与所述电压互感器子模型相连接；四个所述弧光探头均设置在断路器子模型上，并且位于负荷点子模型和母线上的断路器的两个弧光探头，分别通过一个弧光单元、一个弧光扩展器与所述弧光主控单元相连接。参见图5示出了试验平台中弧光保护与RTDS系统的硬件连接示意图。

此外，为了方便对故障进行记录，如图1所示，该试验平台还可以包括：故障数据库5，故障数据库5与所述系统平台模型1相连接，用于记录所述系统平台模型所出现的故障。

图6为本申请实施例提供的该基于RTDS的弧光保护装置功能试验平台的原理图，如图6所示，图中100为实时膝疼痛仿真器RTDS，其内包含有：系统平台模型1、中央控制系统模型2、平台数据库3，实时系统仿真器得到的断路器开关信号、母线电压信号、电流信号，经过功率放大器200、录波仪300进入到弧光保护装置4内，弧光保护装置4根据得到信号执行保护动作，并且将保护动作的信号发送给实时系统仿真器100内。

由以上技术方案可见，本申请实施例提供的该基于RTDS的弧光保护装置功能试验平台，根据逻辑操作文件指示所述平台模型进入相应的状态，和/或根据配置文件控制系统平台模型进入相应的状态，然后显示测试结果。由于本发明实施例引入RTDS，基于所搭建的弧光保护装置功能试验平台可对待测的弧光保护装置的各项功能进行离线实时校核。

下面结合具体案例进行详细说明：

一，区内故障试验

（1）设置10kV进线开关F1点瞬时性故障，发探头1信号。设置故障类型为A相接地短路、B相接地短路、C相接地短路、AB相间短路、BC相间短路、CA相间短路、AB相接地短路、BC相接地短路、CA相接地短路、ABC相接地短路，这十种故障类型，查看弧光保护动作情况。

（2）设置10kV I母F2点瞬时性故障，发探头2信号。设置故障类型为A相接地短路、B相接地短路、C相接地短路、AB相间短路、BC相间短路、CA相间短路、AB相接地短路、BC相接地短路、CA相接地短路、ABC相接地短路，这十种故障类型，查看弧光保护动作情况。

（3）设置10kV母联开关F3点瞬时性故障，发探头3信号。设置故障类型为A相接地短路、B相接地短路、C相接地短路、AB相间短路、BC相间短路、CA相间短路、AB相接地短路、BC相接地短路、CA相接地短路、ABC相接地短路，这十种故障类型，查看弧光保护动作情况。

（4）设置10kV开关F4点瞬时性故障，发探头4信号。设置故障类型为A相接地短路、B相接地短路、C相接地短路、AB相间短路、BC相间短路、CA相间短路、AB相接地短路、BC相接地短路、CA相接地短路、ABC相接地短路，这十种故障类型，查看弧光保护动作情况。

二，区外故障试验

（1）设置10kV母联合位，10kV II母区外F5点瞬时性故障，无探头信号。设置故障类型为A相接地短路、B相接地短路、C相接地短路、AB相间短路、BC相间短路、CA相间短路、AB相接地短路、BC相接地短路、CA相接地短路、ABC相接地短路，这十种故障类型，查看弧光保护动作情况。

（2）设置10kV出线区外F6点瞬时性故障，无探头信号。设置故障类型为A相接地短路、B相接地短路、C相接地短路、AB相间短路、BC相间短路、CA相间短路、AB相接地短路、BC相接地短路、CA相接地短路、ABC相接地短路，这十种故障类型，查看弧光保护动作情况。

三，模拟断路器失灵故障试验

（1）设置10kV出线开关F4点永久性故障，发探头4信号，保护跳出线开关BRK4不成功，故障电流仍然存在；设置故障类型为A相接地短路、B相接地短路、C相接地短路、AB相间短路、BC相间短路、CA相间短路、AB相接地短路、BC相接地短路、CA相接地短路、ABC相接地短路，这十种故障类型，查看弧光保护动作情况。

（2）设置10I母F2点永久性故障，发探头2信号，保护跳进线开关BRK2不成功，故障电流仍然存在；设置故障类型为A相接地短路、B相接地短路、C相接地短路、AB相间短路、BC相间短路、CA相间短路、AB相接地短路、BC相接地短路、CA相接地短路、ABC相接地短路，这十种故障类型，查看弧光保护动作情况。

（3）设置10kV母联F3点永久性故障，发探头3信号，保护跳母联开关BRK3不成功；设置故障类型为A相接地短路、B相接地短路、C相接地短路、AB相间短路、BC相间短路、CA相间短路、AB相接地短路、BC相接地短路、CA相接地短路、ABC相接地短路，十种故障类型，查看弧光保护动作情况。

四，模拟异常工况下故障试验

（1）设置弧光探头4与弧光单元之间的通信中断，模拟10kV出线处发生永久性故障，发探头4信号。故障类型为A相接地短路、AB相间短路、BC相接地短路、ABC相接地短路，四种故障，查看弧光保护动作情况。

（2）设置弧光探头4对应的弧光单元与弧光扩展器之间的通信中断，模拟10kV出线处发生永久性故障，发探头4信号。故障类型为A相接地短路、AB相间短路、BC相接地短路、ABC相接地短路，四种故障，查看弧光保护动作情况。

（3）设置10kV出线对应的弧光扩展器与主控单元之间的通信中断，模拟10kV出线处发生永久性故障，发探头4信号；故障类型为A相接地短路、AB相间短路、BC相接地短路、ABC相接地短路，四种故障，查看弧光保护动作情况。

（4）设置弧光探头2与主控单元之间的通信中断，模拟10kV I母发生永久性故障，发探头2信号；故障类型为A相接地短路、AB相间短路、BC相接地短路、ABC相接地短路，四种故障，查看弧光保护动作情况。

（5）设置10kV进线电流单元与主控单元之间的通信中断，模拟10kV I母发生故障，发探头2信号；故障类型为A相接地短路、AB相间短路、BC相接地短路、ABC相接地短路，四种故障，查看弧光保护动作情况。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

本申请可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种基于RTDS的弧光保护装置功能试验平台，其特征在于，包括：系统平台模型、中央控制系统模型、平台数据库和弧光保护装置，其中，

所述系统平台模型为由实时数字仿真RTDS电力系统元件搭建而成的变电站一次主接线系统模型，所述系统平台模型包括发电机子模型、双绕组变压器子模型、断路器子模型、负荷子模型、电流互感器子模型和电压互感器子模型；

所述中央控制系统模型与所述系统平台模型相连接，用于显示所述系统平台模型的运行状态，并接收用户输入的数据和/或指令，以控制所述系统平台模型的运行状态；

所述平台数据库内保存有所述系统平台模型中所有子模型对应的配置文件，所述配置文件包含状态配置参数，用于初始化时对所述平台模型进行赋值，控制所述系统平台模型仿真实际正常运行的电网；

所述弧光保护装置包括电流单元、电压单元、弧光扩展器、弧光单元、弧光主控单元和弧光探头，其中，

所述电流单元与所述电流互感器子模型相连接，所述电压单元与所述电压互感器子模型相连接，所述弧光探头设置在所述断路器子模型的位置，并且所述弧光探头通过依次连接的弧光单元、弧光扩展器与所述弧光主控单元相连接，所述弧光主控单元与所述中央控制系统模型相连接。

2.根据权利要求1所述的试验平台，其特征在于，所述系统平台模型包含110KV和10KV两个电压等级。

3.根据权利要求2所述的试验平台，其特征在于，所述发电机子模型为两台，并且两台所述发电机子模型分别通过来一台断路器子模型与所述双绕组变压器子模型相连接；

所述负荷子模型为两台，并且两台负荷子模型分别一台断路器子模型与所述双绕组变压器母线相连接；

所述双绕组变压器子模型的母线上设置有一台断路器子模型。

4.根据权利要求3所述的试验平台，其特征在于，所述电流互感器子模型的个数为两个，其中，一个电流互感器子模型与设置在所述双绕组变压器进线侧的断路器子模型相连接，另一电流互感器子模型与设置在所述双绕组变压器子模型母线上的断路器子模型相连接；

所述电压互感器设置在所述双绕组变压器子模型母线上，用于检测所述双绕组变压器子模型母线的电压。

5.根据权利要求4所述的试验平台，其特征在于，所述系统平台模型的运行状态包括：线路潮流、母线电压和变压器分接头档位状态。

6.根据权利要求5所述的试验平台，其特征在于，

所述电流单元个数为两个，并且两个所述电流单元分别与两个所述电流互感器子模型相连接；

所述电压单元与所述电压互感器子模型相连接；

所述弧光扩展器、弧光单元的个数分别为两个，所述弧光探头的个数为四个，并且四个所述弧光探头均设置在断路器子模型上，并且位于负荷点子模型和母线上的断路器的两个弧光探头，分别通过一个弧光单元、一个弧光扩展器与所述弧光主控单元相连接。

7.根据权利要求6所述的试验平台，其特征在于，进一步包括：故障数据库，

所述故障数据库与所述系统平台模型相连接，用于记录所述系统平台模型所出现的故障。

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