海上石油平台继电保护设备动态模型测试技术研究

2021-03-27郭骏魏晓丰彭友君张慧

电器工业 2021年3期

郭骏魏晓丰彭友君张慧

（中海油能源发展装备技术有限公司）

关键字：继电保护；DDRTS；海上石油平台；动模测试

0 引言

海上石油平台当前使用测试仪测试，采用定值逼近方式测试设备动作性能，由于测试仪只能输出基波分量，无法对保护设备进行全电流应对能力测试。同时，测试仪只能对单台设备进行测试，无法搭建保护设备实际运行环境，测试并评价各种故障工况下保护设备动作合理性。由此，采用实时仿真技术的动模测试技术应运而生，动模测试系统通过信号转换器和功率放大器实现仿真模型和测试设备的互联，通过系统建模，故障设置和电气量传输，测试保护设备在接近实际运行工况下的动作性能。

1 DDRTS动模测试系统的组成及试验流程

1.1 动模测试系统结构

（1）微机系统

采用高速CPU元件、快速存储器，满足系统实时性要求，配置包含NETSP在内的动模仿真系统。

1）电网仿真软件NETSP：可以对所建工况进行常规潮流分析和故障暂态仿真计算，并在实时仿真的基础上实现外部设备的动模试验。

2）实时仿真进程控制系统：实时通讯、同步控制、底层硬件驱动以及信号转换和输入输出处理单元。

3）DDRTS系统辅助功能单元：静态继电器试验单元、信号发生及谐波试验单元、实时回访试验单元等。

图1 DDRTS动模测试系统结构图

（2）高速通讯系统

基于DSP和PCI总线技术，用于微机、信号转换器间的通讯。

（3）信号转换与输入输出系统

包括A/D、D/A模块及接入保护跳闸出口的开关量DI/DO模块。

（4）电压、电流功率放大器

用于模拟量输出信号的功率放大。

1.2 保护设备动模测试流程

在DDRTS系统中搭建平台电力系统一次模型，根据被测试设备的测试大纲，在模型上设置相应故障，并在仿真输出通道中配置所需输出的电压、电流信号量及CT、PT变比。当仿真启动后，电压、电流信号将经过A/D转换、功率放大传输至被测试保护设备，保护设备的动作开出量则通过D/A输入至仿真模型，从而实现实时、闭环保护设备动模测试流程。

保护动模测试流程如图2所示。

图2 DDRTS系统动模测试流程图

2 电网建模及继电保护设备动模测试

以我国渤海辽东海域某固定式石油开采平台为例，搭建平台仿真模型，利用动模试验平台及与现场同型号保护设备进行动模测试。

2.1 平台主要电气设备参数

发电机参数如表1所示。

表1 发电机参数表

变压器参数如表2所示。

表2 变压器参数表

海缆参数如表3所示。

表3 海缆参数表

2.2 微机保护动模测试试验模型

根据上述参数，结合平台一次系统图，搭建以海缆保护P543为研究对象的动模仿真模型，如图3所示。

图3 某平台海缆保护动模测试模型

（1）保护区内两相短路故障

模拟在最小工况下海缆差动保护区内发生两相短路，检验保护设备对保护区内故障的动作能力，如图4所示。

图4 海缆差动保护区内故障电流波形

当最小工况下海缆差动保护区两相短路故障时，海缆差动保护立刻发出跳闸信号，这个信号从I/O端口输入仿真系统，从而跳开仿真系统中的海缆两侧开关，故障被切除，保护动作行为正确。

（2）保护区外转区域内发展型故障

模拟保护区外A相接地故障经20ms转为保护区内B相接地故障，检验保护设备对复杂故障的动作能力，如图5所示。

图5 转换型故障中海缆CT电流波形图

由于海上石油平台电网为不接地系统，在1s时，发生区外A相单相接地后，系统依然对称，差动保护不动作。1.02s后，区外A相故障发展为区内A相故障，且两故障同时存在，此时故障现象与两相接地故障相似，短路电流经变压器变换后，在幅值以及相位上都有所变化，B相短路电流的最大，约为A、C两相短路电流的两倍，差动保护动作切除故障，保护动作行为正确。

（3）系统振荡及振荡过程中保护区内短路

差动保护关闭，通过切除大负载触发系统振荡，并在系统振荡同时触发保护区内两相短路故障，检验振荡过程中发生故障保护动作性能。