基于RTDS的光学差动型线路保护动模试验研究

金世鑫，李 华，金晓非

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，辽宁 沈阳 110015；3.国网大连供电公司，辽宁 大连 116011）

专论

基于RTDS的光学差动型线路保护动模试验研究

金世鑫1，李 华2，金晓非3

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，辽宁 沈阳 110015；3.国网大连供电公司，辽宁 大连 116011）

随着电子式互感器技术的发展成熟，传统的电磁式互感器逐渐被新型光原理互感器所取代，随之也产生了新型的适应光原理互感器的保护，基于电磁暂态的RTDS仿真试验平台是对新原理保护进行闭环测试的有效手段，通过RTDS建模对光学差动型线路保护原理样机进行动模试验，试验内容包括光学差动保护原理样机性能试验及光计算模块性能测试。

光学差动保护；光计算模块；RTDS

新型光原理互感器的保护不同于传统的微机式保护装置，结构较为简单，没有复杂的保护运算逻辑，通过两侧线路的光原理互感器直接进行光信号的传输，在一侧计算产生差电流与合电流，计算结果直接传送到控制单元进行故障判断［1］。而传统的方法是将互感器采集到的光信号转化为电信号，再接入到保护装置进行逻辑运算的。因此，光学型差动保护较之传统的保护动作时间更短，目前，传统的差动保护动作时间一般为20～30ms，而光学差动保护的动作时间一般小于10ms，能够满足继电保护主保护的速动性要求，甚至超越了相关规程的要求。

由于这种新型的光学型差动保护还没有实际运行的先例，目前仅研制出了样机，为保证保护样机的可靠性，需要对其进行动模试验来考察在不同类型的故障下保护的动作行为是否符合规程要求，本文主要介绍了动模试验模型的搭建以及试验的测试内容。

1 动模试验系统模型

1.1 试验系统

试验中采用的RTDS动模试验模型系统接线如图1所示，试验模型由双回220 kV线路、三组电源、一组负荷、一次系统故障、系统模拟量输出、二次闭环控制系统逻辑模块组成，一次系统故障包含3种类型：单相接地故障、相间故障和跨线故障，二次闭环控制系统逻辑模块包含试验模型中的开关闭环控制以及一次系统故障的触发逻辑，系统模拟量输出的作用是将试验模型中的母线电压和线路电流输出，通过GTAO板卡转变为0～10 V的交流小信号，再通过功率放大器接入到保护装置的模拟量采集板卡，通过设置模拟量输出的变比即可得到实际的二次电压和电流［2］。

图1 线路保护动模试验模型系统接线

1.2 模型参数

电压等级：220 kV，系统电源：系统容量Sn＝1 000 000 MVA；系统阻抗Z＝100＋j 15 700 Ω。线路参数：正序电阻R1＝0.925 Ω；正序电抗XL1＝18.83 Ω；正序容抗XC1＝4 558 Ω；阻抗角87°；零序电阻R0＝18.09 Ω；零序电抗XL0＝61.385 Ω；零序容抗XC0＝6 902.8 Ω；线路全长100 km（2条线路参数相同）。发电机参数：发电机容量Sn＝352 MVA；机端电压U＝20 kV；直轴电抗Xd＝1.836；直轴暂态电抗Xd′＝0.2；直轴次暂态电抗Xd″＝0.155；交轴暂态电抗Xq′＝0.378；交轴次暂态电抗Xq″＝0.152（3台发电机参数相同）。变压器参数：变比220／20 kV；容量Sn＝360 MVA；阻抗Z＝4.729＋j90.946 Ω。负载容量：P＝200 MW。电流互感器变比：1 800／1 A。电压互感器变比：220／0.1 kV。

2 光学差动保护原理样机试验系统

2.1 试验系统

光学差动保护原理样机系统接线示意图如图2所示。

单相光学差动保护原理样机主要包括：光源、光学电流互感器1、光学电流互感器2、光触发器和激光器，光触发器由激光器供能，各模块之间均通过多模光纤连接。

光源发出的光信号通过多模光纤发送给光学电流互感器1，光学电流互感器1感应继电保护测试系统产生的电流i1后的光信号再通过多模光纤输入光学电流互感器2，光学电流互感器2感应继电保护测试系统产生的电流i2，得到和电流和差电流的两路光信号，两路光信号进入光触发器，光触发器根据故障电流信息进行故障判定，如果判定为区内故障，则发出跳闸触发电平信号。

图2 单相光学差动保护原理样机性能试验系统接线

继电保护测试系统模拟线路故障，产生故障电流分别发送给线路两侧的光学电流互感器1和光学电流互感器2，并接收光触发器发出的跳闸触发电平信号。

2.2 试验参数

光学差动保护原理样机试验参数设置如表1所示（通道类型为光纤）。

表1 光学差动保护原理样机试验参数

3 光学差动保护原理样机性能试验

本次动模试验测试设备为光学差动型线路保护原理样机，设备配置的功能为基于光学模拟量信号瞬时值的差动主保护功能，试验按照《电力系统继电保护产品动模试验规范》（DL／T 871—2004）的要求分别对保护样机进行了区内故障、区外故障、转换性故障、经电阻接地故障、系统振荡、频率偏移等不同类型故障的模拟（因电子式互感器不存在TA饱和的情况所以没有进行该项测试），考察保护样机的动作行为和动作时间［3］。动模试验录波波形如图3所示，经试验测试，保护样机的动作行为满足规程要求，通过测试发现保护样机在故障时的动作时间会随着一些情况而变化，发生金属性接地故障时，保护动作时间最短，一般不超过2～3ms，故障经过渡电阻接地时，保护动作时间相应增加，过渡电阻值越大，动作时间越长，经测试，经25 Ω过渡电阻接地时动作时间为4～6ms，经100 Ω过渡电阻接地时动作时间为10～11ms。另外，在系统频率偏移时模拟故障，保护动作时间出现大幅度波动，在48 Hz时动作时间为4～5ms，在52 Hz时动作时间为10～11ms，由此可以证明光学差动保护的动作时间与故障接地的过渡电阻阻值和故障发生时系统的频率有关，尽管如此，在各种特殊情况下，保护样机的出口时间仍然远小于传统的差动保护动作时间，因此，作为主保护，该样机能够满足规程要求［4］。

图3 动模试验录波波形

4 光计算模块性能测试

4.1 测试系统

光源通过多模光纤与同载光学电流传感器1连接，同载光学电流传感器1再通过多模光纤与同载光学电流传感器2串联，同载光学电流传感器2分别通过2根多模光纤输出光学加法运算信号和光学减法运算信号，之后送入采集单元，测试平台接受采集单元的输出，分别显示光学加法运算信号和光学减法运算信号输出的方均根值［5］。

电流源产生的测试电流送入2个串联连接的螺线管，系统同时串入1台高精度电流表，监测测试电流大小。图4（a）为测试光学加法运算的接线示意图，电流均从螺线管的同名端流入，此时光计算模块的光学加法运算信号输出端得到和电流输出结果，光计算模块的光学减法运算信号输出端得到差电流输出结果；图4（b）为测试光学减法运算的接线示意图，电流从1个螺线管的同名端流入，从另1个螺线管的异名端流入，此时光计算模块的光学加法运算信号输出端得到差电流输出结果，光计算模块的光学减法运算信号输出端得到和电流输出结果。

4.2 测试结果

图4 光计算模块运算性能测试系统接线

电流源产生测试电流，根据光计算模块的误差计算公式，得到光计算模块误差测试信息，光学加法运算和光学减法运算的测试结果见表2和表3。测试误差结果表明：光计算模块的计算误差满足小于2%的技术要求。

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 光学加法运算输出误差测试结果

TM773

A

1004－7913（2016）06－0001－03