適用于擴大內橋接線備自投裝置的測試模型設計

張 煒

（國網浙江紹興供電公司，浙江 紹興 312000）

0 引言

隨著城市化進程的提高，城區電力負荷日益增加，電能質量和可靠性要求越來越高。“兩線三變擴大內橋”接線方式因具備可靠、靈活、經濟等優點，在城區110 kV 擴容改造變電站和110 kV 新建變電站工程中均得到了推廣應用[1-4]。擴大內橋接線的變電站中安裝擴大內橋備自投裝置可實現各電壓等級的備用電源自動投入功能，以及備自投動作后的過負荷減載功能，大大提高供電可靠性[5-9]。

擴大內橋備自投裝置實際運行過程中，需要接入8 路電壓、8 路電流，輸入 12 路開關量，輸出 11 路開關量，接線工作復雜，故障工況下，需要保護裝置的配合聯動。傳統的備自投裝置開發調試環節，多采繼電保護測試儀對保護邏輯進行逐一驗證，而進行整機裝置的系統測試時，難度系數極大。采用電力系統實時仿真的技術手段可以確保多組模擬量、開關量的同步輸出，也可以便捷地模擬擴大內橋接線方式的電網系統運行工況，還可以實現復雜工況的組合模擬，為備自投裝置提供更加完善的考核試驗環境。

仿真模型的建設是備自投裝置實時仿真環境建設的核心工作。從一次系統網架結構設計、故障點及故障類型設計、虛擬保護配合等方面觸發，進行了適用于擴大內橋備自投裝置的測試模型設計，為備自投裝置整機測試試驗平臺建設奠定了基礎。

1 模型設計

國家電網公司發布的文件Q/GDW 10766-2015《10 kV～110（66）kV線路保護及輔助裝置標準化設計規范》中，明確了常規采樣和常規輸出模式下的擴大內橋接線備自投裝置的模擬量采集通道、開關量采集通道、開關量輸出通道及所適用的局部簡易主接線圖。而文件中所體現的簡易主接線圖不具備試驗應用條件。以文件所述的“兩線三變擴大內橋”接線方式為基礎，設計了擴大內橋接線方式的仿真測試模型，如圖1所示。

圖1 擴大內橋接線方式系統結構圖

其中，S1、S2分別為電源1和電源2，1DL、2DL分別為進線1 斷路器和進線2斷路器，5DL、6DL 分別為進線1 電源側斷路器和進線2 電源側斷路器，3DL、4DL 分別為橋 1 斷路器和橋 2 斷路器。UL1、UL2、U1ABC、U2ABC 分別為進線 1 抽取電壓、進線 2 抽取電壓、I 母三相電壓、II 母三相電壓；I1、I2、I3、I4 分別為進線 1 電流、進線 2 電流、橋 1 電流、橋 2 電流。K1、K2、K3、K4、K5分別為進線1故障點、進線2故障點、1號主變故障點、2號主變故障點、3號主變故障點。

故障觸發模塊實現K1～K5 故障點的故障模擬，故障類型可調，故障時間可控。虛擬保護模塊實現進線線路保護及主變變壓器保護功能，區內發生故障后正確跳閘隔離故障。斷路器控制模塊實現系統中各個斷路器的操作功能，如手動合閘、手動跳閘、保護合閘、保護跳閘等。輸入輸出模塊負責仿真系統電壓量、電流量及開關量的輸出和備自投裝置動作信號的輸入。

2 通道接口

仿真系統向擴大內橋備自投輸出系統電壓、系統電流，如表1 所示；向備自投裝置提供開關量，如表2所示；采集備自投裝置是開出信號，如表3所示。

表1 模擬量通道輸出

表2 開關量通道輸出

表3 開量通道輸入

3 仿真算例

為驗證所設計的仿真測試模型的有效性，在RTDS 實時仿真平臺搭建測試模型，配合功率放大器設備完成擴大內橋接線備自投裝置整機功能測試環境的建設，并設計仿真算例，進行備自投裝置邏輯功能的考核驗證。表4所示為仿真模型的線路參數。

表4 線路模型參數

以備自投裝置方式1（1 號進線運行，2 號進線備用）運行模式下，模擬1 號主變發生故障，且1 號主變虛擬保護跳閘，隔離故障1 號變壓器，考核備自投裝置的動作邏輯是否正確。試驗錄波記錄測試過程中模擬量、開關量的動態變化，并分析試驗錄波，確認模型運行符合系統故障工況的模擬。圖2 為模擬量錄波、圖3為開關量錄波。

模擬1 號主變區內K3 點發生三相短路故障，如圖3 所示，FLT1 為故障標志位。t=0 s 時刻故障開始，內橋母線電壓降低，進線1 電流增大，約200 ms 主變動作，故障區間隔離，內橋母線失壓。備自投裝置實時監測系統運行情況，滿足動作邏輯條件后，備自投動作，備用電源2投入運行，非故障主變恢復供電。

圖3 開關量錄波

分析波形圖3 可知，故障發生后，備自投裝置接收到1 號主變動作信號（TZSig_T1），檢測到橋1 斷路器跳位有效（TW_Q1）、進線1 斷路器（TW_S1）跳閘，且進線2 電壓有壓，滿足備自投動作邏輯。經延時定值后，跳橋1斷路器，橋1斷路器跳閘后，經延時，合閘電源2進線斷路器，2號主變、3號主變恢復供電，備自投動作完成。

4 結語

基于電力系統實時仿真平臺，搭建了適用于擴大內橋接線方式備自投裝置的整機測試仿真模型，實現了備自投裝置模擬量、開關量的同步采集，結合虛擬保護邏輯，完成了擴大內橋接線系統的簡單故障模擬及保護動作配合，為備自投裝置整機測試提供了友好的測試環境。仿真算例表明，測試模型有效可行，對備自投裝置的開發、調試、測試環節，有一定的參考價值。