谷 君，闻 宇，吕立平，许冲冲
(国网北京电力科学研究院，北京100075)
摘 要： 基于ADPSS仿真系统搭建了继电保护装置物理闭环试验仿真平台，依托该平台针对某厂家变压器保护装置，进行了变压器区内、外故障，转换性故障，空载合闸等试验项目，通过分析试验结果验证了保护装置动作逻辑的正确性与实用性。同时，该平台还可以应用在故障分析、人员培训等方面，进一步提高电力系统安全稳定运行水平。
关键词： ADPSS；变压器保护；闭环测试；区内、外故障；励磁涌流
0 引言
继电保护装置作为保障电网安全稳定运行的第一道防线，是否能自动地、迅速地、有选择性地将故障从电力系统中切除，是保障电力系统安全、稳定运行的重要环节。在保护装置投入电网运行前，对其逻辑功能进行测试及验证就显得尤为重要。但在实际系统上做保护试验极为困难，将对电网造成巨大冲击。而仅靠电力系统离线计算分析又不能真实反应电力系统的运行情况，因此更多的是在实验室内进行各种试验，如通过电力系统动态模拟装置、数模混合仿真或继电保护测试仪等装置等进行试验。
本文基于ADPSS仿真系统搭建继电保护装置物理闭环试验仿真平台，利用仿真系统对测试地区全网进行电磁暂态或机电暂态—电磁暂态混合仿真建模，真实地反映测试地区电网一次系统的运行情况。通过配置物理接口，使被测继电保护装置的输入、输出电气量与仿真系统有序地对应起来，即完成接入点模型与物理接口装置、继电保护设备的通道映射关系，从而保证试验的真实有效性，可以对即将接入电网的保护装置进行入网测试，验证其保护定值及其动作逻辑是否合理，从而提高继电保护装置的可靠性，保证电网的稳定运行。
1 技术方案
1.1 仿真系统的选择
从国内应用情况来看，在各种实时数字仿真系统中，以RTDS和ADPSS这两种仿真系统应用较多。RTDS系统的仿真规模与rack的硬件数量有关，且rack价格昂贵，一个rack价格在30万美元左右。而就目前的技术，一个rack最多能计算48个电网节点数。因此，电网规模越大，需要配置的rack模块越多，投资越大。ADPSS系统基于当前先进的计算机技术，实现了机电暂态和电磁暂态混合仿真系统，大大突破了以前的仿真规模。因此，本文选用ADPSS仿真系统搭建继电保护装置物理闭环试验仿真平台（以下简称平台）。
1.2 平台搭建
平台由五大部分组成，分别为仿真机群、物理接口箱、功率放大器、录波仪以及被测物理装置，连接如图1所示。
物理接口箱1 000 M网口通过RJ-45网线与仿真机群服务器的网卡相连。仿真机群服务器通过网线为物理接口箱提供了通道，实现物理接口箱与仿真机群之间的数据交互，使系统中的仿真变量与被测装置的输入输出电气量有序地对应起来，能够在实时仿真中保证物理接口输入输出通道的实时性和准确性，形成对二次设备闭环试验的测试能力。同时，物理接口箱通过接线端子与功率放大器、外部物理装置及录波仪等连接，这样就在机群和外部物理装置之间建立了信号交互的通道。
2 变压器保护测试
2.1 试验系统
根据《电力系统继电保护产品动模试验》的要求，利用该平台对某型号数字式变压器保护装置进行闭环试验，来检验其技术性能指标是否符合相关规程及电网运行的要求。通过在仿真模型中设置各种故障形式，包括区、内外故障、转换性故障、变压器涌流等情况，完成仿真装置动作逻辑正确性的校验，并可以针对保护装置出口跳开仿真模型中的断路器、故障隔离后的系统运行情况进行研究分析。
根据实际电网参数在ADPSS系统上建立被测试电网中某变电站220 kV三绕组变压器模拟系统，该变压器为YYD接线，额定容量200 MVA，有载调压，额定电压220±8×1.25% /115/10.5，如图2、图3所示。变压器故障点分别为K1、K2、K3，K4、K5、K6、K7、K8。
2.2 试验项目
根据保护定值单对被测变压器保护装置进行设置，依据《电力系统继电保护产品动模试验》，对变压器区内、外故障、发展性故障、转换性故障、空载合闸等项目进行实测。
（1）金属性单相接地（K1点）
在K1点设置A相金属性接地故障，对变压器而言为区内故障，故障录波图如图4所示，图中所示分别为高压侧三相电压、电流、高压侧断路器三相的状态及保护装置动作信号，可以看出发生变压器区内单相接地故障后，保护装置迅速动作。
（2）金属性两相短路接地（K1点）
在K1点设置A、B两相金属性接地故障，对变压器而言为区内故障，故障录波图如图5所示，可以看出发生变压器区内两相接地故障后，保护装置迅速动作。
（3）金属性单相接地（K4点）
在K4点设置A相金属性接地故障，对变压器而言为区外故障，故障录波图如图6所示，可以看出发生变压器区外单接地故障后，保护装置不动作。
（4）区外转区内故障
K5点B相接地故障经20 ms转为K2点A、B相短路接地故障，对变压器而言为区外转区内故障，故障录波图如图7所示，可以看出在转换为区内故障后，保护装置迅速动作。
（5）经过渡电阻短路
在K1点设置A相经过渡电阻接地故障，电阻=100 Ω，故障录波图如图8所示，可以看出在区内故障且经过渡电阻的情况下，保护装置正确动作。
（6）变压器合闸于故障
变压器在空载状态下，在K1处设置A相接地故障，手合高压侧开关，故障录波图如图9所示，可以看出此时保护装置正确动作。
（7）调节变压器分接头
模拟改变变压器分接头造成差动回路电流不平衡，变压器分接头调节范围为±12.5%，将其调至5档，此时又发生变压器高压侧区外A相接地故障，录波图如图10所示，可以看出此时保护装置不动作。
（8）区外连续故障
模拟区外K4点连续发生3次A相接地故障。故障持续时间为200 ms，间隔1 000 ms，故障录波图如图11所示，可以看出此时保护装置不动作。
（9）变压器过激磁
升高变压器高压侧电源电压至1.3倍额定电压，造成变压器过激磁，故障录波图如图12所示，保护不应动作。
（10）变压器空载合闸
当变压器空载合闸时，由于铁心中的磁通不能突变，将产生数值较大的励磁涌流，其峰值可达额定电流的6~8倍[1]，引起较大的差流，容易引起差动保护误动，通常采用二次谐波制动[2]、间断角原理[3]、波形对称[4]等方法防止保护装置误动。该型号装置采用谐波或波形畸变的方法闭锁涌流，且两种方法可选。
本次空投实验采用二次谐波制动判据，二次谐波制动比例选为15%，模拟变压器空载情况下，由变压器高压侧空载合闸，合闸角度随机。故障录波图如图13所示，空投时产生很大的励磁涌流，利用付氏变换分析其二次谐波含量，远远大于15%，保护装置正确闭锁。
2.3 试验总结
依托ADPSS继电保护装置物理闭环试验仿真平台共开展变压器保护装置试验100余次，限于篇幅这里只给列出了10类典型试验项目，总结保护装置的动作情况，如表1所示，可以得出结论：该变压器保护装置的动作逻辑正确，定值设计符合实际电网运行需要。
3 结论
基于ADPSS仿真系统的继电保护装置物理闭环试验仿真平台通过建模仿真、物理接口箱、功率放大器、接入实际保护装置，可实现变压器保护等实际物理装置的功能校验。依托该平台，还可以对某个特定变电站进行故障分析和故障回放；对从事二次检修的工作人员进行更为全面的培训,提高其故障分析及排除故障的能力，从而对整个系统有更全面的理解；同时能提高变电站运行人员的水平，进一步防范运行中的二次事故的发生。
参考文献
[1] 许建安.电力系统继电保护[J].北京：中国水利水电出版社，2004.
[2] 王维俭.电气主设备继电保护原理与应用（第二版）[M].北京：中国电力出版社，2002.
[3] 王祖光.间断角原理的变压器差动保护[J].电力系统自动化，1979，3(1)：18-30．
[4] 孙志杰，陈云仑.波形对称原理的变压器差动保护[J].电力系统自动化，1996，20(4)：42-46.
