备自投装置运行方式快速切换及复归逻辑的仿真设计

赵 明

（东方电子股份有限公司，山东烟台264000）

0 引言

备自投装置能够在供电电源因故障断开时，将负荷自动转供至备用电源，是保证电力系统连续可靠供电的重要设备[1-4]。“两线三变”扩大内桥接线方式可以满足负荷增长及电网规划建设的需要，兼具运行方式灵活等优点，在城区110kV扩容改造变电站和110kV新建变电站工程中均得到了推广应用[5-13]。

国家电网公司发布的文件Q/GDW10766—2015《10kV～110（66）kV线路保护及辅助装置标准化设计规范》中表明，扩大内桥备自投装置需自适应4中运行方式：进线备自投方式（备自投方式1、备自投方式2）和桥断路器备自投方式（备自投方式3、备自投方式4），系统运行方式灵活多变，因此对备自投装置的保护逻辑提出了较高的要求。搭建备自投装置动模测试平台，模拟扩大内桥系统在各种运行方式下发生各种故障工况，对备自投装置保护逻辑的进行全方位的考核。

基于RTDS仿真平台可以灵活的开展继电保护装置动模试验工作，由于动模试验的可变因素较多（如：运行方式、故障点、故障类型），动模试验次数多大上千次，工作量较大。每一次动模试验可以划分为三个阶段：系统初始化阶段、故障模拟阶段及待测装置动作阶段。每次试验均会引起系统拓扑结构发生变化，不同的运行方式下也需对系统拓扑进行调整，因此有必要设计高集成度、一键操作式的系统初始化切换逻辑。

1 扩大内桥备自投系统

扩大内桥接线方式系统结构如图1所示，一次系统划分为：系统供电区域、扩大内桥接线测试区域、均衡负荷测试区域。二次控制系统包括：故障触发模块、断路器控制模块、虚拟保护模块及运行方式控制逻辑。其中，S1、S2分别为进线电源1和电源2；L1、L2分别为进线1和进线2；1DL、2DL分别为进线1断路器和进线2断路器；5DL、6DL分别为进线1、进线2的电源侧断路器；3DL、4DL分别为桥1断路器和桥2断路器。UL1、UL2分别为进线1、进线2的抽取电压；U1ABC、U2ABC分别为I母、II母的三相电压；I1、I2、I3、I4分别为进线1、进线2、桥1、桥2的电流。K1、K2、K3、K4、K5分别为进线1区内故障点、进线2区内故障点、1号主变区内故障点、2号主变区内故障点、3号主变区内故障点。扩大内桥接线有四种运行方式，备自投方式1、备自投方式2为进线备自投模式；备自投方式3、备自投方式4为桥开关备自投模式。

图1 扩大内桥接线方式系统结构

四种运行方式下个断路器状态如表1所示。即1）备自投方式1：1DL、3DL、4DL为合闸状态，2DL为分闸状态。即1号进线运行，2号进线备用。2）备自投方式2：2DL、3DL、4DL为合闸状态，1DL为分闸状态。即2号进线运行，1号进线备用。3）备自投方式3：1DL、2DL、4DL为合闸状态，3DL为分闸状态。即1号进线2号进线均运行，内桥1分闸状态。4）备自投方式4：1DL、2DL、3DL为合闸状态，4DL为分闸状态。即1号进线2号进线均运行，内桥2分闸状态。

表1 各运行方式下的断路器状态

试验过程中，断路器的操作可以划分为三类：手动分、合闸；保护装置分、合闸；模拟断路器偷跳分闸。试验系统初始化阶段需根据试验项目调整运行方式，对断路器进行状态操作；单次试验结束后，系统运行方式遭到破坏需进行复归操作，因此进行一键式的运行方式快速切换及复归逻辑设计是很有必要的。

2 运行方式逻辑设计

控制逻辑的核心设计思想有两点：1）确保系统拓扑与系统运行方式相匹配的前提下，便捷的进行方式切换；2）拓扑结构与运行方式不匹配时，便捷的进行复位匹配。逻辑设计框图如图2所示，主要有三部分组成：断路器状态预设、运行方式选择及断路器控制逻辑融合。

图2 运行方式逻辑设计框图

“运行方式选择”为系统运行方式切换操作、复位操作的接口设计部分。“模式拨盘”可以灵活选择运行方式，单击“复位按钮”触发断路器状态复位操作。“运行方式”为运行方式设定值，取值范围为1、2、3、4；“刷新载入”为复位触发脉冲，当“运行方式”取值发生变化、复位按钮执行操作时，产生100ms的脉冲信号。“断路器状态预设”参照表1采用多输入单输出选择器进行运行方式和断路器状态的匹配，“Ty_xDL”（x=1，2，3，4）为断路器状态的匹配结果。“SH_xDL”、“ST_xDL”（x=1，2，3，4）分别为断路器的手合、手跳信号，“Brkx_x”为断路器状态的驱动信号。断路器控制模块通过接收合闸、跳闸脉冲信号，实现断路器位置状态的分、合闸操作。“Ty_xDL”和“刷新载入”进行与逻辑，“Ty_xDL”经非逻辑后和“刷新载入”进行与逻辑操作。当“模式拨盘”完成定值设定后，刷新“运行方式”，进而刷新“Ty_xDL”，同时触发“刷新载入”脉冲信号，驱动断路器控制模块。当时“复位按钮”执行后，触发“刷新载入”脉冲信号，且不刷新“Ty_xDL”值，驱动断路器控制模块，实现了两点核心设计思想。

3 仿真算例

在RTDS仿真系统中搭建所设计的逻辑，设计2个典型仿真算例进行试验，对逻辑中关键变量录波分析，进行逻辑功能验证。仿真算例1：系统运行方式切换。扩大内桥备自投系统的初始运行方式为备自投方式1，操作模式拨盘，切换至备自投方式2运行状态，图3为仿真算例录波图。0s时刻，系统运行方式设定值发生变化：运行方式由1阶跃至2，“Ty_xDL”（x=1，2，3，4）刷新数值。刷新载入产生100ms的脉冲信号，驱动断路器控制模块。“WZ_xDL”（x=1，2，3，4）为断路器的实际状态，分析录波图可知，2DL由分闸状态切换至合闸状态，相对于Ty_2DL有60ms的延迟，该延迟模拟了实际断路器执行机构的延时。

图3 运行方式切换

仿真算例2：拓扑结构复归操作。模拟系统运行方式为备自投方式2时，由于其他操作导致断路器状态与运行方式不匹配，该算例中零xDL（x=1，2，3，4）断路器均处于分闸状态，执行复归操作，令运行方式与系统拓扑结构相匹配。图4为仿真算例录波图。“Ty_xDL”（x=1，2，3，4）数值正确匹配备自投方式2，0s时刻，操作复位按钮（Rest），触发“刷新载入”产生100ms的脉冲信号，重新将“Ty_xDL”（x=1，2，3，4）数值录入断路器控制模块，“WZ_xDL”（x=1，2，3，4）刷新，各断路器位置正确匹配系统设定的运行方式。

图4 拓扑结构复归

仿真算例结果表明，该控制逻辑具备设计功能：1）确保系统拓扑与系统运行方式相匹配的前提下，便捷的进行方式切换；2）拓扑结构与运行方式不匹配时，便捷的进行复位匹配。

4 结语

扩大内桥备自投装置动模试验过程中，涉及多次的运行方式转换、系统拓扑结构重构，逐次手动操作试验前状态准备、试验后状态复归，工作量大、效率低下。以系统运行方式快捷切换、系统快捷复归位设计目标，进行了断路器控制逻辑开发。仿真验证表明，所设计的控制逻辑满足试验需求，能够便捷的实现系统拓扑结构与运行方式相匹配、系统运行方式自由切换、系统拓扑结构复位匹配。