220kV串补控制保护RTDS试验研究

吕维江 ,杜海燕

摘要：本文结合串补控制保护的配置，在RTDS中建立了完整的串补一次设备仿真模型，与串补控制保护联合开展了220kV串补控制保护实时动态仿真，验证了220kV串补控制保护功能。

关键词：固定串补；控制保护；RTDS；仿真

1.前言

随着我国经济社会的发展，对电网的送电容量需求越来越大。串联补偿电容器（简称串补）作为提高长距离线路输电能力的手段在我国的电网规划中越来越受到各方的关注，具有占耕地少、工程量小等特点，其投资效益比具有明显的优势。

串补的控制保护是保证设备安全稳定运行的重要手段，需对控制保护功能开展全面而细致的仿真研究。利用RTDS实时模拟串补系统，可与控制保护系统联合进行系统的仿真研究，相较PSCAD/EMTDC等离线仿真工具更能验证各设备之间的过电压及各保护之间的配合，也可开展串补状态间的顺控、联锁等控制功能。

2.串补保护配置

串补装置主要由串联电容器组、非线性电阻(MOV)、放电间隙(GAP)、阻尼装置、采集系统、旁路断路器(BPS)及控制保护系统组成。控制保护系统与线路远跳及光纤接口装置配合工作实现线路保护与串补保护的相互联动。串补控制保护系统一般按双重化配置。从测量输入到开关量输出A、B系统均完全独立。其功能配置基本完全一致。典型保护配置如图1所示。

图1典型串补保护配置图

电容器保护：每相串联电容器组由多台电容器串并联组成，分成4个接线臂，电气一次接成H型接线，其保护元件有电容器过负荷保护和电容器不平衡保护。

MOV保护：电容器组主要的保护措施，防止电容器组过电压，保护元件有MOV高电流、能量保护、温度保护。

间隙保护：火花间隙是电容器组和MOV的后备保护，防止MOV流过过大电流或吸收过多能量导致损坏，保护元件有自触发、拒触发、延时触发、长期导通。

旁路断路器保护：旁路断路器作为火花间隙的后备保护，由于火花间隙没有灭弧的能力，如果旁路断路器合闸失败，火花间隙将长时间导通导致设备损坏，保护元件有三相不一致、合闸失灵、分闸失灵。

3.RTDS试验

单套串补的仿真系统配置如下：

RTDS模拟串补一次系统（共配置1个rack、1块WIF、1块IRC和3块GPC）：通过RTDS软件来模拟含串补的电网一次系统；

GTAO板卡（共配置2块）：将RTDS模拟的模拟量以小信号形式输出；

GTDO板卡（共配置1块）：将RTDS模拟的开关刀闸状态及其他开关量信号输出；

GTDI板卡（共配置1块）：将外部继电器的节点信号（开关刀闸的控制信号以及线路保护的跳闸信号、重合闸信号等）输入到RTDS模拟系统中；

串补测试装置（共配置1台）：用于接收GTAO输出的模拟量电压（小信号），将模拟量转换为数字量光信号；

串补控制保护系统：与实际串补工程中配置完全一致，包括串补保护装置、断路器测控装置、故障录波装置以及后台监控系统等。

图2串补RTDS仿真系统配置图

RTDS建模包含等值系统和串补装置。

等值系统包括电源、线路、高抗等组件，电源模拟系统等值后的电压、相角、内阻，线路模拟输电电路的阻抗。

固定串补建模完全再现串补的实际结构，一次回路部分包含有电容器组、MOV、间隙、旁路开关、阻尼回路、隔离开关、接地刀闸以及主旁路刀闸等，如图1所示。

串补采用H形桥差接线结构，分成了两个桥臂并联，每个桥臂又由两个电容器组串联组成，可对电容器不平衡电流保护进行考核。每个桥臂由多个电容器单元串并联组成，每个电容器单元由多个电容器元件串并联组成，电容器元件是电容器组实际最小组成部分。在RTDS中建立精确到元件的电容器组模型，可有效仿真元件损坏后的电容器不平衡电流。

采用最新RTDS版本中增加的MOV模型，对每套串补的MOV进行模拟。模型中的MOV模型根据实际MOV的结构以及MOV的V&I设计特性，每组MOV采用RTDS中的一个独立的MOV模型进行模拟。可根据需要模拟MOV阀片损坏后的伏安特性，测试MOV不平衡保护功能。

在RTDS仿真环境中，对串补控制保护功能进行了全面的测试，控制保护功能运行正常，符合预期。

4.结论

（1）总结了串补保护典型配置各功能的作用。

（2）在RTDS中建立了详细的等值系统、串补装置的模型。

（3）在RTDS环境中，与控制保护系统联合进行了安装串补后的系统仿真校验，校验了一次设备参数的合理性、控制保护功能的正确性。

参考文献

【1】安德森PM，法墨RG．电力系统串联补偿[M]．周孝信．等译．北京：中国电力出版社，2008.

【2】曾玉．汪建．500 kV河池串补站控制保护系统的设计与实现[J]．继电器，2005，33(10)：75—78．

【3】刘长浥. 电力系统串联补偿[M]. 中国电科院，北京：中国电力出版社. 2008.