郭駿 魏曉豐 彭友君 張慧

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司）

關(guān)鍵字：繼電保護(hù)；DDRTS；海上石油平臺(tái)；動(dòng)模測(cè)試

0 引言

海上石油平臺(tái)當(dāng)前使用測(cè)試儀測(cè)試，采用定值逼近方式測(cè)試設(shè)備動(dòng)作性能，由于測(cè)試儀只能輸出基波分量，無(wú)法對(duì)保護(hù)設(shè)備進(jìn)行全電流應(yīng)對(duì)能力測(cè)試。同時(shí)，測(cè)試儀只能對(duì)單臺(tái)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，無(wú)法搭建保護(hù)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，測(cè)試并評(píng)價(jià)各種故障工況下保護(hù)設(shè)備動(dòng)作合理性。由此，采用實(shí)時(shí)仿真技術(shù)的動(dòng)模測(cè)試技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，動(dòng)模測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換器和功率放大器實(shí)現(xiàn)仿真模型和測(cè)試設(shè)備的互聯(lián)，通過(guò)系統(tǒng)建模，故障設(shè)置和電氣量傳輸，測(cè)試保護(hù)設(shè)備在接近實(shí)際運(yùn)行工況下的動(dòng)作性能。

1 DDRTS動(dòng)模測(cè)試系統(tǒng)的組成及試驗(yàn)流程

1.1 動(dòng)模測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（1）微機(jī)系統(tǒng)

采用高速CPU元件、快速存儲(chǔ)器，滿(mǎn)足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求，配置包含NETSP在內(nèi)的動(dòng)模仿真系統(tǒng)。

1）電網(wǎng)仿真軟件NETSP：可以對(duì)所建工況進(jìn)行常規(guī)潮流分析和故障暫態(tài)仿真計(jì)算，并在實(shí)時(shí)仿真的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)外部設(shè)備的動(dòng)模試驗(yàn)。

2）實(shí)時(shí)仿真進(jìn)程控制系統(tǒng)：實(shí)時(shí)通訊、同步控制、底層硬件驅(qū)動(dòng)以及信號(hào)轉(zhuǎn)換和輸入輸出處理單元。

3）DDRTS系統(tǒng)輔助功能單元：靜態(tài)繼電器試驗(yàn)單元、信號(hào)發(fā)生及諧波試驗(yàn)單元、實(shí)時(shí)回訪試驗(yàn)單元等。

圖1 DDRTS動(dòng)模測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（2）高速通訊系統(tǒng)

基于DSP和PCI總線(xiàn)技術(shù)，用于微機(jī)、信號(hào)轉(zhuǎn)換器間的通訊。

（3）信號(hào)轉(zhuǎn)換與輸入輸出系統(tǒng)

包括A/D、D/A模塊及接入保護(hù)跳閘出口的開(kāi)關(guān)量DI/DO模塊。

（4）電壓、電流功率放大器

用于模擬量輸出信號(hào)的功率放大。

1.2 保護(hù)設(shè)備動(dòng)模測(cè)試流程

在DDRTS系統(tǒng)中搭建平臺(tái)電力系統(tǒng)一次模型，根據(jù)被測(cè)試設(shè)備的測(cè)試大綱，在模型上設(shè)置相應(yīng)故障，并在仿真輸出通道中配置所需輸出的電壓、電流信號(hào)量及CT、PT變比。當(dāng)仿真啟動(dòng)后，電壓、電流信號(hào)將經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換、功率放大傳輸至被測(cè)試保護(hù)設(shè)備，保護(hù)設(shè)備的動(dòng)作開(kāi)出量則通過(guò)D/A輸入至仿真模型，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、閉環(huán)保護(hù)設(shè)備動(dòng)模測(cè)試流程。

保護(hù)動(dòng)模測(cè)試流程如圖2所示。

圖2 DDRTS系統(tǒng)動(dòng)模測(cè)試流程圖

2 電網(wǎng)建模及繼電保護(hù)設(shè)備動(dòng)模測(cè)試

以我國(guó)渤海遼東海域某固定式石油開(kāi)采平臺(tái)為例，搭建平臺(tái)仿真模型，利用動(dòng)模試驗(yàn)平臺(tái)及與現(xiàn)場(chǎng)同型號(hào)保護(hù)設(shè)備進(jìn)行動(dòng)模測(cè)試。

2.1 平臺(tái)主要電氣設(shè)備參數(shù)

發(fā)電機(jī)參數(shù)如表1所示。

表1 發(fā)電機(jī)參數(shù)表

變壓器參數(shù)如表2所示。

表2 變壓器參數(shù)表

海纜參數(shù)如表3所示。

表3 海纜參數(shù)表

2.2 微機(jī)保護(hù)動(dòng)模測(cè)試試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h3>

根據(jù)上述參數(shù)，結(jié)合平臺(tái)一次系統(tǒng)圖，搭建以海纜保護(hù)P543為研究對(duì)象的動(dòng)模仿真模型，如圖3所示。

圖3 某平臺(tái)海纜保護(hù)動(dòng)模測(cè)試模型

（1）保護(hù)區(qū)內(nèi)兩相短路故障

模擬在最小工況下海纜差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生兩相短路，檢驗(yàn)保護(hù)設(shè)備對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)故障的動(dòng)作能力，如圖4所示。

圖4 海纜差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)故障電流波形

當(dāng)最小工況下海纜差動(dòng)保護(hù)區(qū)兩相短路故障時(shí)，海纜差動(dòng)保護(hù)立刻發(fā)出跳閘信號(hào)，這個(gè)信號(hào)從I/O端口輸入仿真系統(tǒng)，從而跳開(kāi)仿真系統(tǒng)中的海纜兩側(cè)開(kāi)關(guān)，故障被切除，保護(hù)動(dòng)作行為正確。

（2）保護(hù)區(qū)外轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)發(fā)展型故障

模擬保護(hù)區(qū)外A相接地故障經(jīng)20ms轉(zhuǎn)為保護(hù)區(qū)內(nèi)B相接地故障，檢驗(yàn)保護(hù)設(shè)備對(duì)復(fù)雜故障的動(dòng)作能力，如圖5所示。

圖5 轉(zhuǎn)換型故障中海纜CT電流波形圖

由于海上石油平臺(tái)電網(wǎng)為不接地系統(tǒng)，在1s時(shí)，發(fā)生區(qū)外A相單相接地后，系統(tǒng)依然對(duì)稱(chēng)，差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作。1.02s后，區(qū)外A相故障發(fā)展為區(qū)內(nèi)A相故障，且兩故障同時(shí)存在，此時(shí)故障現(xiàn)象與兩相接地故障相似，短路電流經(jīng)變壓器變換后，在幅值以及相位上都有所變化，B相短路電流的最大，約為A、C兩相短路電流的兩倍，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作切除故障，保護(hù)動(dòng)作行為正確。

（3）系統(tǒng)振蕩及振蕩過(guò)程中保護(hù)區(qū)內(nèi)短路

差動(dòng)保護(hù)關(guān)閉，通過(guò)切除大負(fù)載觸發(fā)系統(tǒng)振蕩，并在系統(tǒng)振蕩同時(shí)觸發(fā)保護(hù)區(qū)內(nèi)兩相短路故障，檢驗(yàn)振蕩過(guò)程中發(fā)生故障保護(hù)動(dòng)作性能。

圖6 系統(tǒng)振蕩過(guò)程中發(fā)生短路故障

海纜CT電流波形圖在1s時(shí)，負(fù)荷被切除，系統(tǒng)出現(xiàn)明顯振蕩現(xiàn)象，在振蕩過(guò)程中，保護(hù)未發(fā)生誤動(dòng)。在1.5s時(shí)，觸發(fā)保護(hù)區(qū)內(nèi)AB兩相相間短路后，故障相電流迅速增大，非故障相電流幾乎為0，在2.53s時(shí)，過(guò)流保護(hù)動(dòng)作切除故障（設(shè)定延時(shí)1s），保護(hù)動(dòng)作行為正確。

3 結(jié)束語(yǔ)

運(yùn)用DDRTS搭建的動(dòng)模測(cè)試系統(tǒng)可以模擬真實(shí)系統(tǒng)，觸發(fā)短路故障、轉(zhuǎn)換故障、系統(tǒng)振蕩、CT飽和等各類(lèi)型工況，輸出電流包含非周期分量，對(duì)保護(hù)性能測(cè)試更為全面。同時(shí)，相較于純物理動(dòng)模測(cè)試平臺(tái)，基于DDRTS系統(tǒng)的半實(shí)物動(dòng)模測(cè)試在平臺(tái)建設(shè)、占用空間、系統(tǒng)維護(hù)、建模和試驗(yàn)靈活度等方面均具有突出優(yōu)勢(shì)。

DDRTS繼電保護(hù)設(shè)備動(dòng)模測(cè)試平臺(tái)為海洋石油平臺(tái)繼電保護(hù)設(shè)備選型、性能研究，以及關(guān)聯(lián)實(shí)際設(shè)備的系統(tǒng)穩(wěn)定性研究提供了重要平臺(tái)，對(duì)提升電網(wǎng)故障處置能力具有積極意義。