隨著電網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)入了基于IEC 61850通信規(guī)范的數(shù)字化變電站時(shí)代，數(shù)字化保護(hù)設(shè)備的邏輯功能測(cè)試面臨著眾多新的挑戰(zhàn)。目前，數(shù)字化保護(hù)設(shè)備的邏輯功能主要采用基于題庫(kù)式的IED智能檢測(cè)設(shè)備、實(shí)時(shí)數(shù)字仿真裝置、繼電保護(hù)測(cè)試儀等方式進(jìn)行測(cè)試。其中，基于題庫(kù)式的IED智能檢測(cè)設(shè)備通過(guò)回放保護(hù)設(shè)備故障電流、電壓波形來(lái)完成檢測(cè)，是一種便捷、簡(jiǎn)單且準(zhǔn)確性較高的檢測(cè)手段，可在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下實(shí)現(xiàn)保護(hù)的入網(wǎng)檢測(cè)，也可對(duì)保護(hù)設(shè)備進(jìn)行定期檢修，但該檢測(cè)方式對(duì)題庫(kù)的依賴(lài)度很高，且實(shí)際投運(yùn)線(xiàn)路多種工況的故障波形難以獲取，無(wú)法通過(guò)實(shí)際故障波形回放對(duì)保護(hù)功能進(jìn)行檢測(cè)，具有一定的局限性。為了豐富基于IEC 61850的IED智能檢測(cè)設(shè)備邏輯測(cè)試題庫(kù)樣本，**檢驗(yàn)IED在多種工況下的邏輯功能，本文提出了一種基于RTDS 的數(shù)字化線(xiàn)路保護(hù)邏輯功能測(cè)試方法，有效解決了上述難題。

1 RTDS概述

RTDS數(shù)字仿真裝置是加拿大Manitoba高壓直流研究中心開(kāi)發(fā)的專(zhuān)門(mén)用于實(shí)時(shí)研究電力系統(tǒng)的數(shù)字動(dòng)模系統(tǒng)，是目前應(yīng)用*為廣泛的實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器。RTDS建立的電力系統(tǒng)元件模型和仿真算法已經(jīng)得到了業(yè)界的認(rèn)可，且模型以EMTDC為基礎(chǔ)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，其仿真結(jié)果與實(shí)際的真實(shí)情況基本一致[1-2]。

2 GTNET卡的應(yīng)用

GTNET 卡是RTDS 與保護(hù)通訊接口板卡，支持IEC 61850的GOOSE輸入輸出和基于IEC6 1850-9-2的采樣值傳輸，其主要作用為：（1）接收保護(hù)裝置

發(fā)出的跳閘GOOSE報(bào)文，并傳遞至RTDS進(jìn)行仿真運(yùn)算；（2）將RTDS運(yùn)算得到的模擬量或者斷路器的位置等轉(zhuǎn)換為符合IEC 61850的SV或者GOOSE 報(bào)

文，然后發(fā)送給保護(hù)裝置[3-4]。但在某個(gè)仿真情景下，GTNET 卡僅能選擇 GTNET- SV 模式或者 GT?NET-GSE模式來(lái)運(yùn)行。本文選擇GTNET-SV模塊，將保護(hù)安裝處的故障電流、電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字化保護(hù)設(shè)備可識(shí)別的IEC 61850-9-2報(bào)文。目前，GTNETSV模塊*大支持4路電流和4路電壓，采樣速率為80或256 樣本/周期。

值得注意的是，絕大多數(shù)的IED設(shè)備在接收采樣值SV數(shù)據(jù)時(shí)需要檢測(cè)通道數(shù)、通信方式（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或者組網(wǎng)）、MAC地址、采樣頻率、APPID、SV-ID以及 VLAN-ID，因此需要將 IED 設(shè)備接收的數(shù)據(jù)與GTNET-SV發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，當(dāng)RTDS的SV模塊配置完成后，GTNET-SV模塊將自動(dòng)生產(chǎn)SV.ICD文件，用于與IED設(shè)備做虛連接匹配。將二者的通道數(shù)進(jìn)行配對(duì)的方法有兩種：一是修改RTDS 中仿真模型所在子文件夾下的SV.ICD文件，并導(dǎo)入保護(hù)設(shè)備的后臺(tái)；二是直接在保護(hù)設(shè)備的FTP文件中將SV參數(shù)行進(jìn)行數(shù)據(jù)的修改。使用時(shí)根據(jù)需要選用相應(yīng)的配置方法，參數(shù)修改后通常使用網(wǎng)絡(luò)抓包工具抓取通訊報(bào)文進(jìn)行匹配度測(cè)試。

3 測(cè)試系統(tǒng)

測(cè)試系統(tǒng)由被測(cè)保護(hù)裝置、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、RTDS構(gòu)成，其系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

被測(cè)保護(hù)裝置采用 110 kV 線(xiàn)路保護(hù)，型號(hào)為CSC-163，保護(hù)定值設(shè)置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)定值單設(shè)置，投入零序過(guò)流、接地距離、相間距離、零序方向、TV斷線(xiàn)

等壓板。測(cè)試過(guò)程如下：

（1）運(yùn)行仿真案例，由保護(hù)接收?qǐng)?bào)文，設(shè)置故障發(fā)生，查看保護(hù)視窗的動(dòng)作信息；

（2）對(duì)比被測(cè)保護(hù)裝置的動(dòng)作記錄與 RTDS 波形文件，根據(jù)預(yù)期值判定測(cè)試結(jié)果；

（3）保存包含故障波形Comtrade文件。

4 算例分析

為了驗(yàn)證測(cè)試方法的有效性，本文以220 kV雷村變電站為算例，對(duì)該變電站 110 kV 出線(xiàn)進(jìn)行建模，搭建雷楊建Ⅰ線(xiàn)線(xiàn)路保護(hù)邏輯功能測(cè)試系統(tǒng)，仿真數(shù)據(jù)采用 2013 年夏季豐大運(yùn)行方式的數(shù)據(jù)。雷村變電站110 kV出線(xiàn)圖如圖2所示。

4.1 元件模型

4.1.1 線(xiàn)路模型

在動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)中，線(xiàn)路模型僅考慮電壓與電流隨時(shí)間變化過(guò)程相似，無(wú)需要求具有相似的空間電磁場(chǎng)，因此，電力系統(tǒng)的各種運(yùn)行方式和機(jī)電暫態(tài)過(guò)程可采用等值鏈型電路，以分段集中參數(shù)模型來(lái)模擬分布參數(shù)模型[5]。集中參數(shù)的等值鏈型電路一般采用π形電路，等效線(xiàn)路模型如圖3所示。

圖3中，虛線(xiàn)上半部為分布參數(shù)模型，下半部分為集中參數(shù)模型；x1、r1、b1分別表示單位長(zhǎng)度的正序電抗、正序電阻和正序電納；L表示線(xiàn)路長(zhǎng)度；xN、rN、bN分別表示線(xiàn)路電抗、電阻、電納。以x0、r0、b0分別表示單位長(zhǎng)度的零序電抗、零序電 阻 和 零 序 電 納 ，則 ：rN = r0 - r13 ，xN = x0 - x13 ，

bN = 3b0b1b1 - b0。線(xiàn)路具體參數(shù)通過(guò)查詢(xún)《電力工程高壓送電線(xiàn)路設(shè)計(jì)手冊(cè)》進(jìn)行計(jì)算。

4.1.2 負(fù)荷模型

圖1中的負(fù)荷可以采用RLC并聯(lián)模型等值。若已 知 流 過(guò) 線(xiàn) 路 潮 流 為 S = P + jQ ，線(xiàn) 路 阻 抗 為Z = R + jX ，線(xiàn)路的額定電壓為UN ，可得線(xiàn)損：ΔS = ΔP + jΔQ= P2 + Q2U2NR2 + jP2 + Q2U2NX2 （1）

負(fù)荷的功率：

SL = PL + QL= P - ΔP + j(Q - ΔQ)= P - P2 + Q2U2NR2 + j(Q - P2 + Q2U2NX2) （2）

則負(fù)荷的等效R、L、C為：ìí?????????RL = U2NPLL = U2NQ1ω，Q > 0C = |Q|ωU2N，Q < 0（3）

4.1.3 電源模型

電源模型的建立根據(jù)交流系統(tǒng)的短路容量做等值。電源容量 S = U2/X ，其中 X 為電源內(nèi)阻。圖1中雷村變電站作為電源點(diǎn)向6條出線(xiàn)供電，雷村變電站110 kV母線(xiàn)短路容量為1 776 MVA，則電源內(nèi)阻 RS = 1102/11 776 = 6.813 Ω 。

4.2 故障類(lèi)型設(shè)置

雷楊建Ⅰ線(xiàn)全長(zhǎng) 11.342 km，雷楊建Ⅱ線(xiàn)全長(zhǎng)11.393 km，110 kV線(xiàn)路保護(hù)安裝在雷楊建Ⅰ線(xiàn)首端斷路器處。本文的動(dòng)模試驗(yàn)將在雷楊建Ⅰ線(xiàn)和雷楊建Ⅱ線(xiàn)設(shè)置不同類(lèi)型的故障，各故障點(diǎn)的分布示意圖如圖4所示，其中FD1為雷楊建Ⅰ線(xiàn)出口故障；FD2 為雷楊建Ⅰ線(xiàn)出口 100 m 處故障；FD3 為雷楊建Ⅰ線(xiàn)中點(diǎn)故障；FD4為雷楊建Ⅰ線(xiàn)末端故障；FD5為雷楊建Ⅱ線(xiàn)出口 100 m 處故障；FD6 為雷楊建Ⅱ線(xiàn) 10%處故障；FD7 為雷楊建Ⅱ線(xiàn) 1/3 處故障；FD8為雷楊建Ⅱ線(xiàn)2/3處故障；FD9為雷楊建Ⅱ線(xiàn)90%處故障。故障內(nèi)容設(shè)置見(jiàn)表1。

4.3 仿真結(jié)果

系統(tǒng)建模完成后，根據(jù)表1設(shè)定的故障類(lèi)型進(jìn)行仿真，檢測(cè)保護(hù)動(dòng)作響應(yīng)特性與預(yù)期結(jié)果是否相同。為了驗(yàn)證線(xiàn)路距離保護(hù)Ⅰ段動(dòng)作可靠性，僅投入保護(hù)距離Ⅰ段功能壓板。下面選取雷楊建Ⅰ線(xiàn)末端區(qū)內(nèi)金屬性瞬時(shí)短路故障以及雷楊建Ⅱ線(xiàn)1/3處區(qū)外金屬性瞬時(shí)短路故障進(jìn)行說(shuō)明。

4.3.1 雷楊建Ⅰ線(xiàn)末端區(qū)內(nèi)金屬性瞬時(shí)短路故障

模擬雷楊建Ⅰ線(xiàn)末端發(fā)生 AB 相對(duì)地故障，保護(hù)裝置動(dòng)作信息見(jiàn)表2。

保護(hù)裝置錄波圖與RTDS仿真結(jié)果如圖5所示。

從保護(hù)裝置動(dòng)作情況來(lái)看，保護(hù)完成了故障信息的捕捉，判定為 AB 相故障，并給出了故障距離，保護(hù)動(dòng)作特性正確。

4.3.2 雷楊建Ⅱ線(xiàn)1/3處區(qū)外金屬性瞬時(shí)短路故障

模擬雷楊建Ⅱ線(xiàn)1/3處AB相間故障，保護(hù)裝置錄波圖與RTDS仿真波形如圖6所示。區(qū)外發(fā)生故障，引起雷楊建Ⅰ線(xiàn)出口處電壓和電流波動(dòng)，雷楊建Ⅰ線(xiàn)出口保護(hù)檢測(cè)到擾動(dòng)，啟動(dòng)并判斷出 AB 相故障，由于未達(dá)到該處保護(hù)動(dòng)作條件因此未動(dòng)作出口，保護(hù)動(dòng)作特性正確。

5 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一種基于RTDS的數(shù)字化線(xiàn)路保護(hù)邏輯功能測(cè)試方法，該方法具有較強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值，可拓展到變壓器保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)的邏輯功能測(cè)試。此外，本文的仿真結(jié)果可作為題庫(kù)儲(chǔ)備，為數(shù)字化變電站便攜式檢測(cè)儀提供數(shù)據(jù)來(lái)源。