基于虚拟仪器技术的二次回路仿真系统研究与应用

赵晓明

（浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014）

输配电技术

基于虚拟仪器技术的二次回路仿真系统研究与应用

赵晓明

（浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014）

介绍了一种基于虚拟仪器技术与FPGA技术的继电保护二次回路仿真系统。利用LabView可视化编程语言，对二次回路的实体形态进行模块化编程形成元件库，调用元件库并进行逻辑组态，实现二次回路的精确仿真。通过对RADSS母差保护二次回路的实例仿真，再现了寄生回路与接点竞争现象，验证了母差保护二次回路存在的缺陷，有助于提高电网运行的安全可靠性，构建的二次回路仿真系统具有良好的应用效果。

虚拟仪器；二次回路；仿真系统

近年来，因继电保护二次回路原因导致事故跳闸的例子时有发生，比如某220 kV变电站由于二次寄生回路引起母联断路器偷合，造成母线全停的事故。二次回路数量多，设计和施工不当极易产生寄生回路和接点竞争问题。传统二次回路检测主要依靠图纸审核、接线检查和传动试验来完成，对于复杂的二次回路，依靠人工图纸审核难以发现回路中的问题。另外，传统方法下事故查找和分析也比较困难。

为此，提出一种新的解决途径——基于虚拟仪器技术的电力系统继电保护二次回路仿真系统，克服了传统检测方法的弊端。仿真系统基于虚拟仪器的技术架构，利用可视化的编程语言，采用FPGA（可编程门阵列）的硬件系统，对二次回路各个元件进行建模并形成元件库，通过调用元件库和逻辑组态对二次回路实时仿真。

1 仿真系统介绍

1.1 仿真系统组成

基于虚拟仪器的继电保护二次回路仿真系统，软件部分的研制开发采用美国NI公司的Lab-View图形化开发平台，主要包含上位机程序、元件库、下位机FPGA程序、驱动程序等。其中元件库由不同类别的二次回路元件通过图形化编程封装而成。硬件系统，上位机采用NI PXIe-1062Q实时控制器，下位机和I/O采用基于FPGA技术的PXI-7852R实时采集控制板卡，输入输出接口采用定制的高精度功放和传感器。图1为硬件系统的结构原理，图2为软件系统的结构原理。

图1 硬件系统的结构

图2 软件系统的结构

1.2 仿真流程

实际二次回路由复杂继电器和一般元件以及各种连线构成。对不同类型的复杂继电器进行分析，编程封装成各个不同的元件模块并形成元件库，简单的二次回路元件也可以由用户自定义控件形成，最终结合“与”、“非”等逻辑形成用于仿真的虚拟二次回路。图3为二次回路仿真流程。

2 仿真实例

以前文提到的220 kV母线全停事故进行仿真实例验证，因为其具有典型的二次寄生回路引起误动特点，具有代表性。事故中采用的母差保护为1997年投运的早期中阻抗RADSS母线保护，事故原因为母联断联回路和母联电流切换回路存在寄生回路和接点竞争，当母联断路器分闸后，具有自动启动合闸的隐患。图4为RADSS母线保护合闸寄生回路。

由于手合回路1D110与1D112短接，当母线动作或母联开关分闸后，母线（失灵）动作接点或母联开关辅接点导通，经延时（230 ms）后，时间继电器D25.137:26-25接点闭合，此时1D110端子带上正电源。由于D25.125（母联电流互感器断联双位置继电器）继电器动作时间约为30 ms（母差动作后230 ms＋30 ms），在该30 ms时间内D25.125:116-115接点仍为闭合状态，存在合闸回路中间继电器（SHJ）和D25.125继电器竞争，这样就形成了合闸寄生回路。事故发生后，对母差二次回路进行了改进：将1D110至1D112短接线拆除，增加D25.137:27至1D112连线，改进接线后寄生回路消除，回路动作正确。

图3 二次回路仿真流程

图4 母联合闸寄生回路

图5 为仿真界面（部分），图6为断联回路LabView图形化程序（部分）。程序中设置有1个寄生回路仿真按钮，用来仿真上述由于寄生回路和接点竞争引起的母联断路器误合现象，当寄生回路仿真按钮返回时，相当于拆除引起母联误合的寄生回路。表1为寄生回路存在时，母联断路器误合仿真结果。使寄生回路仿真按钮返回，重新做上述仿真试验，结果如表2所示。试验结果说明母联合闸存在寄生回路是导致母联断路器误合闸事故发生的最终原因。

图5 RADSS母线保护二次回路仿真界面

图6 断联回路部分LabView图形化程序

3 结语

通过仿真平台再现了事故过程，精确地研究了断联时间继电器的整定时间和裕度配合问题。实例验证表明仿真系统具备良好的二次回路仿真功能。对于二次回路事故再现、调查、预想和隐患排查有着良好的应用前景，运用仿真系统可将二次回路关键调试环节与设计同步开展，最大程度地提高二次回路正确性，大幅减少二次寄生回路与接点竞争问题，降低二次回路安全风险。仿真系统也可以应用于二次回路的教育培训工作以及科学研究领域。

表1 寄生回路拆除前母联断路器分闸仿真结果ms

表2 寄生回路拆除后母联断路器分闸仿真结果ms

[1]赵晓明，周小军．REB103母线保护回路设计缺陷分析及改进[J]．电力系统保护与控制，2009，37（6）:91-92.

[2]张春晓，汪祥兵．基于LabView的微机保护装置培训系统研究与实现[J]．电力系统保护与控制，2009，37（17）: 110-112.

[3]余志慧，赵晓明，吴俊．提高REB103母线保护安全运行的几点改进措施[J]．继电器，2007，35（7）:80-82.

[4]程利军，杨奇逊．中阻抗母线保护原理、整定及运行的探讨[J]．电网技术，2000，24（6）:65-69.

（本文编辑：杨勇）

Research and Application of Simulation System of Secondary Circuit Based on Virtual Instrument Technology

ZHAO Xiao-ming
（Z（P）EPC Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

This paper introduces a simulation system of secondary circuit based on virtual instrument technology and FPGA technology.LabView visual programming language is used for modular programming，the programming of physical form of the secondary circuit is implemented to form the element library and component library is transferred for logic configuration for the purpose of accurate simulation of secondary circuit.By simulation on secondary circuit for RADSS busbar differential protection，the paper reflects the rivalry between parasitic circuits and contacts，and defects of secondary circuit for busbar differential protection are checked，which helps to improve safety and reliability of power grid operation.The simulation system of secondary circuit established is effective in application.

virtual instrument；secondary circuit；simulation system

TP391.9

：A

：1007-1881（2013）01-0001-03

2012-05-24

赵晓明（1976-），男，河北保定人，高级工程师，从事继电保护试验和研究工作。