基于RTDS的光學差動型線路保護動模試驗研究

金世鑫，李 華，金曉非

（1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國網遼寧省電力有限公司經濟技術研究院，遼寧 沈陽 110015；3.國網大連供電公司，遼寧 大連 116011）

專論

基于RTDS的光學差動型線路保護動模試驗研究

金世鑫1，李 華2，金曉非3

（1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國網遼寧省電力有限公司經濟技術研究院，遼寧 沈陽 110015；3.國網大連供電公司，遼寧 大連 116011）

隨著電子式互感器技術的發展成熟，傳統的電磁式互感器逐漸被新型光原理互感器所取代，隨之也產生了新型的適應光原理互感器的保護，基于電磁暫態的RTDS仿真試驗平臺是對新原理保護進行閉環測試的有效手段，通過RTDS建模對光學差動型線路保護原理樣機進行動模試驗，試驗內容包括光學差動保護原理樣機性能試驗及光計算模塊性能測試。

光學差動保護；光計算模塊；RTDS

新型光原理互感器的保護不同于傳統的微機式保護裝置，結構較為簡單，沒有復雜的保護運算邏輯，通過兩側線路的光原理互感器直接進行光信號的傳輸，在一側計算產生差電流與合電流，計算結果直接傳送到控制單元進行故障判斷［1］。而傳統的方法是將互感器采集到的光信號轉化為電信號，再接入到保護裝置進行邏輯運算的。因此，光學型差動保護較之傳統的保護動作時間更短，目前，傳統的差動保護動作時間一般為20～30ms，而光學差動保護的動作時間一般小于10ms，能夠滿足繼電保護主保護的速動性要求，甚至超越了相關規程的要求。

由于這種新型的光學型差動保護還沒有實際運行的先例，目前僅研制出了樣機，為保證保護樣機的可靠性，需要對其進行動模試驗來考察在不同類型的故障下保護的動作行為是否符合規程要求，本文主要介紹了動模試驗模型的搭建以及試驗的測試內容。

1 動模試驗系統模型

1.1 試驗系統

試驗中采用的RTDS動模試驗模型系統接線如圖1所示，試驗模型由雙回220 kV線路、三組電源、一組負荷、一次系統故障、系統模擬量輸出、二次閉環控制系統邏輯模塊組成，一次系統故障包含3種類型：單相接地故障、相間故障和跨線故障，二次閉環控制系統邏輯模塊包含試驗模型中的開關閉環控制以及一次系統故障的觸發邏輯，系統模擬量輸出的作用是將試驗模型中的母線電壓和線路電流輸出，通過GTAO板卡轉變為0～10 V的交流小信號，再通過功率放大器接入到保護裝置的模擬量采集板卡，通過設置模擬量輸出的變比即可得到實際的二次電壓和電流［2］。

圖1 線路保護動模試驗模型系統接線

1.2 模型參數

電壓等級：220 kV，系統電源：系統容量Sn＝1 000 000 MVA；系統阻抗Z＝100＋j 15 700 Ω。線路參數：正序電阻R1＝0.925 Ω；正序電抗XL1＝18.83 Ω；正序容抗XC1＝4 558 Ω；阻抗角87°；零序電阻R0＝18.09 Ω；零序電抗XL0＝61.385 Ω；零序容抗XC0＝6 902.8 Ω；線路全長100 km（2條線路參數相同）。發電機參數：發電機容量Sn＝352 MVA；機端電壓U＝20 kV；直軸電抗Xd＝1.836；直軸暫態電抗Xd′＝0.2；直軸次暫態電抗Xd″＝0.155；交軸暫態電抗Xq′＝0.378；交軸次暫態電抗Xq″＝0.152（3臺發電機參數相同）。變壓器參數：變比220／20 kV；容量Sn＝360 MVA；阻抗Z＝4.729＋j90.946 Ω。負載容量：P＝200 MW。電流互感器變比：1 800／1 A。電壓互感器變比：220／0.1 kV。

2 光學差動保護原理樣機試驗系統

2.1 試驗系統

光學差動保護原理樣機系統接線示意圖如圖2所示。

單相光學差動保護原理樣機主要包括：光源、光學電流互感器1、光學電流互感器2、光觸發器和激光器，光觸發器由激光器供能，各模塊之間均通過多模光纖連接。

光源發出的光信號通過多模光纖發送給光學電流互感器1，光學電流互感器1感應繼電保護測試系統產生的電流i1后的光信號再通過多模光纖輸入光學電流互感器2，光學電流互感器2感應繼電保護測試系統產生的電流i2，得到和電流和差電流的兩路光信號，兩路光信號進入光觸發器，光觸發器根據故障電流信息進行故障判定，如果判定為區內故障，則發出跳閘觸發電平信號。

圖2 單相光學差動保護原理樣機性能試驗系統接線

繼電保護測試系統模擬線路故障，產生故障電流分別發送給線路兩側的光學電流互感器1和光學電流互感器2，并接收光觸發器發出的跳閘觸發電平信號。

2.2 試驗參數

光學差動保護原理樣機試驗參數設置如表1所示（通道類型為光纖）。

表1 光學差動保護原理樣機試驗參數

3 光學差動保護原理樣機性能試驗

本次動模試驗測試設備為光學差動型線路保護原理樣機，設備配置的功能為基于光學模擬量信號瞬時值的差動主保護功能，試驗按照《電力系統繼電保護產品動模試驗規范》（DL／T 871—2004）的要求分別對保護樣機進行了區內故障、區外故障、轉換性故障、經電阻接地故障、系統振蕩、頻率偏移等不同類型故障的模擬（因電子式互感器不存在TA飽和的情況所以沒有進行該項測試），考察保護樣機的動作行為和動作時間［3］。動模試驗錄波波形如圖3所示，經試驗測試，保護樣機的動作行為滿足規程要求，通過測試發現保護樣機在故障時的動作時間會隨著一些情況而變化，發生金屬性接地故障時，保護動作時間最短，一般不超過2～3ms，故障經過渡電阻接地時，保護動作時間相應增加，過渡電阻值越大，動作時間越長，經測試，經25 Ω過渡電阻接地時動作時間為4～6ms，經100 Ω過渡電阻接地時動作時間為10～11ms。另外，在系統頻率偏移時模擬故障，保護動作時間出現大幅度波動，在48 Hz時動作時間為4～5ms，在52 Hz時動作時間為10～11ms，由此可以證明光學差動保護的動作時間與故障接地的過渡電阻阻值和故障發生時系統的頻率有關，盡管如此，在各種特殊情況下，保護樣機的出口時間仍然遠小于傳統的差動保護動作時間，因此，作為主保護，該樣機能夠滿足規程要求［4］。

圖3 動模試驗錄波波形

4 光計算模塊性能測試

4.1 測試系統

光源通過多模光纖與同載光學電流傳感器1連接，同載光學電流傳感器1再通過多模光纖與同載光學電流傳感器2串聯，同載光學電流傳感器2分別通過2根多模光纖輸出光學加法運算信號和光學減法運算信號，之后送入采集單元，測試平臺接受采集單元的輸出，分別顯示光學加法運算信號和光學減法運算信號輸出的方均根值［5］。

電流源產生的測試電流送入2個串聯連接的螺線管，系統同時串入1臺高精度電流表，監測測試電流大小。圖4（a）為測試光學加法運算的接線示意圖，電流均從螺線管的同名端流入，此時光計算模塊的光學加法運算信號輸出端得到和電流輸出結果，光計算模塊的光學減法運算信號輸出端得到差電流輸出結果；圖4（b）為測試光學減法運算的接線示意圖，電流從1個螺線管的同名端流入，從另1個螺線管的異名端流入，此時光計算模塊的光學加法運算信號輸出端得到差電流輸出結果，光計算模塊的光學減法運算信號輸出端得到和電流輸出結果。

4.2 測試結果

圖4 光計算模塊運算性能測試系統接線

電流源產生測試電流，根據光計算模塊的誤差計算公式，得到光計算模塊誤差測試信息，光學加法運算和光學減法運算的測試結果見表2和表3。測試誤差結果表明：光計算模塊的計算誤差滿足小于2%的技術要求。

Research on Dynamic Model Test of Optical Differential Protection Based on RTDS

JIN Shi?xin1，LI Hua2，JIN Xiao?fei3
（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.Economic Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110015，China；3.State Grid Dalian Power Electric Supply Company，Dalian，Liaoning 116011，China）

With the development of electronic transformer technology，the traditional electromagnetic transformer is replaced by the new type of optical transformer.The new type of RTDS simulation experiment platform based on electromagnetic transient simulation is an effective method to protect the new principle.The main work of this paper is to carry out dynamic simulation test on the optical dif?ferential protection principle prototype of Harbin institute of technology.The experimental results include the optical differential protec?tion principle prototype performance test and the performance test.

Optical differential protection；Optical computing module；RTDS

表2 光學加法運算輸出誤差測試結果

TM773

A

1004－7913（2016）06－0001－03