220kV变电站主设备继保自动化培训仿真系统的开发与设计

吴罡明,王志军

（江苏省电力公司检修分公司南京运维分部,210019）

220kV变电站主设备继保自动化培训仿真系统的开发与设计

吴罡明,王志军

（江苏省电力公司检修分公司南京运维分部,210019）

随着我国经济发展水平的不断提高，各项生产与生活用电需求不断增大，对电力系统安全与稳定提出了更高要求，国外电力调度与控制相统一，国内调度仿真培训装置由记录系统、报警装置、模拟屏以及调度控制台组成，操作准确性直接影响到电网运行安全。

变电站；培训仿真系统；开发与设计

在社会各项用电需求不断增大下，电网规模不断扩充，人们对电网运行安全有了更高关注度，每出现一次安全事故都会造成不可估量的损失。开发一套系统、与电网实际结构、运行特征相契合的仿真培训系统非常重要，满足变电站人员培训、考核等方面需求，实现各项操作与管理的科学与高效。

1 220kV变电站自动化培训仿真系统开发与设计

1.1 总体方案设计

依据人员数量以及资金情况，对总体方案进行设计：方案1：应用智能型模拟装置作为变电站断路器与隔离开关操作机构，通过计算机仿真实现一次设备各项操作，监控系统、保护与测控装置、直流系统、信号系统均作为现场配备的物理设备。方案2：计算机仿真外，现场物理设备还有五防系统、信号系统、测控装置、监控系统等，此方案目的是建成独立变电站，母线、引信均不通电，保护装置动作仅应用驱动断路器。这种方案设计可以展现真实变电站，但投资较大，受场地限制大。

1.2 功能设计

将仿真系统功能归纳为操作功能、巡视功能、事故及异常功能几种。操作功能包含：操作断路器分合闸以及隔离开关分合闸；检查投停、定值；切换电流互感器、自动重合闸方式；绝缘监视电压表；操作按钮（解除音响、信号复归）；巡视功能设计：变压器、断路器、隔离开关、线圈、母线、电容器等设备的巡视检查，还包括电抗器、耦合电容器、阻波器巡视检查；事故异常功能设计包括：引用真实物理设备（隔离开关、断路器），引用智能模拟装置，可以在二次回路中将故障模拟装置嵌入，进而实现二次回路故障模拟，判断事故与异常是否与现场一致。故障设置需要直观、真实、多样。

1.3 系统硬件设计

围绕“开放、兼容、多样以及可维护性原则”，为仿真培训提供更加灵活、可靠的环境，硬件设备选择需遵循以下要求：简单、先进，质量合格；保留适当冗余量，为扩充提供准备；需能够便于安装、维护，具有自行诊断功能。

2 220kV变电仿真系统硬件支撑平台实现

2.1 硬件平台系统结构

培训系统中软件系统由电磁暂态仿真软件、短路器机构以及仿真软件、操作系统、二次回路故障模拟软件等组成。电网实时电磁暂态仿真软件可进行仿真模拟，提供给继电器或者测控装置需要的电流、电压，还可以提供故障电压、电流，提高配合性能；

图1 软件系统结构

2.2 实时电磁暂态仿真软件

220kV变电站自动仿真培训系统中心组成为电磁暂态仿真软件，应用计算机可输电线路任意一个故障点在线进行仿真演算，从而实现电磁暂态仿真软件持续运行，增强交互性。构建出了交流电压源以及变压器、交直流滤波器、电感与电容等设备的电磁暂态模型。可以将实际系统暂态过程真实反映出来。

电网元件中输电线路是重要组成，可将其分为几种参数模型与分布式参数模型，可实现不同工况与故障模拟。几种参数模型适合应用在长度＜50km的线路中；分布式参数模型适合应用在长度＞50km的线路中，为减少仿真误差，100km以上线路适合应用分布式参数模型，分布式模型可对任意点故障暂态仿真，故障仿真仅能使用型串联，其他动作情况培训要求将无法满足。

3 220kV变电站自动化培训仿真系统应用

故障发生后，值班人员需对跳闸情况、继电保护、自动装置动作情况检查并记录，然后对系统信号进行监控，汇报事故情况，指导现场调度。结合故障特征，对故障发生前后的相关事项进行判断与分析，明确停电范围；加强内外故障点检查，明确隔离故障点的位置；故障点隔离后，及时恢复供电，减少故障影响；对损毁的设备及时隔离与处理，加强安全方案；另外，编写故障跳闸报告。事故处理后，及时对故障处理全过程进行总结与归纳，生成报告，列出详细的故障发生过程。以“1号主变内部故障”为例介绍，将变电站二次设备交流与直流电源启动，进入到启动教员系统，点击桌面上的教员系统图标，在教员系统与工控仿真程序间建立有效连接，然后进入到“培训菜单”，教员系统在点击了“启动”后会发送启动指令，此时，放大器出于预工作状态，仿真软件与硬件开始工作，将变电站二次设备激活；点击“事件序列”设置故障，将设置好的故障发送到仿真系统内，在系统接收到故障指令后，可将电流、电压计算出来，再传输给二次设备。通过执行以上操作，得出以下结论：当#1内部出现故障后，将跳开主变保护动作，可在后台对相应保护动作光字进行查看，会发现“保护动作”灯亮起，并且三相跳闸灯也相继亮起，呈现出更加真实的仿真培训系统。

4 结语

本文主要对220kV变电站主设备自动化培训仿真系统设计与应用方法进行了探究，介绍培训仿真系统的结构、功能设计、硬件组成以及实现方法，简要说明了系统应用，表现了构建培训仿真系统可使变电站运行维护水平与效率提高，是值得尝试与推广的技术。

[1]谢成.基于虚拟实境技术的变电站三维仿真培训平台的研制[D].上海交通大学,2010.

[2]张泽林.珠海地区电网500kV、220kV、110kV变电站工频电场强度的测量与分析[D].华南理工大学,2012.

[3]周鑫.变电站数字物理混合仿真培训系统的研究与应用[D].华北电力大学（北京）,2010.

Development and design of 220kV substation main equipment relay protection automation training simulation system

Wu Gangming,Wang Zhiming
（Jiangsu electric power maintenance branch company Nanjing operation and maintenance branch,210019）

As China's economic development level has been improved,the production and life of electricity demand increases unceasingly,put forward higher requirements on the safety and stability of power system, foreign power dispatch and control of unity,domestic dispatching simulation training device by the recording system,alarm device,simulation screen and dispatching console,the accuracy of operation directly affect the safe operation of power grid.

substation;training simulation system;development and design