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CN103105550A - 一种智能化继电保护装置检测方法及系统 - Google Patents

一种智能化继电保护装置检测方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种智能化继电保护装置检测方法及系统，其针对现有技术无法在智能变电站现场对继电保护装置动态性能进行有效检测的情况，从智能变电站二次系统数字化、信息化共享的特点出发，提出一种以数字仿真系统为数据源、多台数字化继电保护测试仪同步工作为检测手段的检测方法，并组建了智能化继电保护装置检测系统。本发明可在实验室中根据智能变电站实际电气拓扑结构及设备参数构建仿真模型，模拟变电站内可能发生的各种运行工况，进行仿真计算并转换得到与实际运行工况相似度较高的暂态测试数据，在智能变电站现场“回放”输出暂态测试数据，开展继电保护装置动态性能测试和保护定值的校验工作。

Description

一种智能化继电保护装置检测方法及系统
技术领域
本发明涉及数模混合仿真试验及智能变电站试验技术领域，具体是一种智能化继电保护装置检测方法及系统。
背景技术
智能电网的建设已成为国家的发展战略，智能变电站逐步取代传统的变电站综合自动化变电站势在必行；目前，智能变电站已进入到推广应用阶段。与传统变电站相比，智能变电站二次设备的结构以及设备之间的信息传输方式发生了较大变化，导致智能化二次设备检测技术发生了相应的改变。现有的智能化继电保护装置检测方法和系统主要有三种，如下：
1、数字化继电保护测试仪
数字化继电保护测试仪是目前使用最多的智能化继电保护装置检测装置，能够输出符合IEC61850以及IEC60044-8规范的数字报文，并可以在输出信号中加入谐波、直流分量等成分，在智能变电站现场对智能化继电保护装置进行检测，具有携带方便、检测功能多、使用广泛等优点。但是，数字化继电保护测试仪输出的测试数据无法模拟变电站部分工况下电气量的暂态过程，因此不能对智能化继电保护装置开展有效的动态性能试验。
2、基于IEC61850标准的数字化保护动模测试系统
动模实验室按照实际电力系统模型进行设计、建造，可提供比较接近实际的运行环境，是检测继电保护装置的良好平台，数字化改造后的动模测试系统可以将试验数据转换为符合IEC61850规范的报文数据，对智能化二次设备进行动态性能测试和研究。但是，动模测试系统投资大、占地广，受试验系统结构和规模的限制，试验对象有较大的局限性、试验灵活性较差，并且无法在智能变电站现场开展检测工作。
3、基于IEC61850标准的数字仿真测试系统
基于IEC61850的数字仿真系统可以根据智能变电站实际电气拓扑结构及设备参数构建仿真模型，模拟变电站内可能发生的各种运行工况，对智能化二次设备进行动态性能检测；变电站拓扑结构及设备参数发生改变时，在仿真软件中对模型进行修改，无需增加或改变硬件设备，灵活性较高。但是，该试验系统仅可以在实验室内开展检测工作。
综上所述，数字化继电保护测试仪虽然可以在变电站现场对智能化继电保护装置开展稳态性能试验，但是无法开展有效的动态性能试验；基于IEC61850标准的数字化保护动模测试系统以及数字仿真测试系统虽然可以对智能化继电保护装置开展动态性能试验，但是不能够在智能变电站现场开展相应的试验工作。
发明内容
针对现有检测方法和检测设备无法在智能变电站现场对继电保护装置进行有效动态性能检测的现状，本发明提出了一种智能化继电保护装置检测方法，并组建了检测系统。该方法及系统可以根据智能变电站电气拓扑结构和设备参数构建仿真模型，模拟变电站现场可能发生的各种运行工况，进行仿真计算并转换得到与实际运行工况相似度较高的暂态测试数据，在智能变电站现场开展继电保护装置动态性能检测和保护定值的校验工作，该方法及系统解决了目前检测方法存在的缺陷。
本发明提供一种智能化继电保护装置检测方法，包括如下步骤：
步骤1：搜集智能变电站现场资料，所述现场资料包括变电站拓扑结构、一次设备参数和电流/电压互感器变比等，并根据检测需求制定相应的试验方案，试验方案的内容包括检测项目、检测范围、故障点设置、故障类型和测试输出数据类型；
步骤2：根据现场资料构建智能变电站一次系统仿真模型，设置仿真数据输出通道，保证仿真输出测试数据与试验需求相符；
步骤3：在数字仿真试验系统中，使用所述仿真模型对智能变电站各种运行工况进行仿真计算，并输出暂态仿真数据；
步骤4：将暂态仿真数据转换为符合IEC61850协议的报文数据，该数据为变电站保护装置所能够识别的报文数据，可以是符合IEC61850-9-2协议的数据；
步骤5：存储设备中导入变电站全站配置文件(SubstationConfiguration Description，SCD)，将以上步骤生成的报文数据按照SCD的配置进行存储，如有需要可以转换为COMTRADE格式的录波文件进行存储，存储的数据即为暂态测试数据；
步骤6：将存储的数据携带至测试现场，转存至参与测试工作的数字化继电保护测试仪设备中；
步骤7：利用时钟同步设备向参与测试工作的数字化继电保护测试仪发送对时信号，确保测试数据可以同步输出；
步骤8：根据变电站全站配置文件(SCD)配置各台数字化继电保护测试仪的输出，在同步信号的协调下，在智能变电站现场同步输出暂态测试数据；根据检测需求可以选择输出测试数据的类型：需要输出测试数据至对应的合并单元时，设置测试仪输出符合IEC60044-8协议的报文数据，如果需要输出测试数据至对应的智能化继电保护装置，则输出符合IEC61850-9-2协议的报文数据；
步骤9：考核智能化继电保护装置的动态性能、校验相关保护定值和检测二次回路的正确性。
如上所述的智能化继电保护装置检测方法，所述步骤9具体为：判断是否检测全站二次回路或全站联调，
如果判断结果为是，则执行步骤91：数字化继电保护测试仪输出符合IEC60044-8协议的报文数据至合并单元，然后执行步骤92：进行智能化继电保护装置动态性能、保护定值和二次回路的检测；
如果判断结果为否，则执行步骤93：数字化继电保护测试仪输出符合IEC61850-9-2协议的报文数据至智能化继电保护装置，然后执行步骤94：进行保护装置动态性能、保护定值的检测。
如上所述的智能化继电保护装置检测方法，所述步骤1中的暂态仿真数据的仿真步长不大于250微秒；所述步骤4中转换生成的报文数据的采样率为80点/周波；步骤5中生成的录波数据的采样率不低于80点/周波。
本发明还提供一种智能化继电保护装置检测系统，包括数字仿真单元、信号转换单元、数据存储单元和测试输出单元。其中：
所述数字仿真单元，由数字仿真系统(例如：ADPSS、RTDS等)或者数字仿真软件(例如：PSCAD/EMTDC、EMTP等)构成，用于根据变电站电气拓扑结构和设备参数构建仿真模型，模拟变电站现场可能发生的各种运行工况，进行仿真计算生成暂态仿真数据。
所述信号转换单元，用于将数字仿真单元输出的暂态仿真数据换为符合IEC61850-9-2协议(为变电站二次设备所能识别的报文数据格式)的报文数据；
所述数据存储单元，用于将信号转换单元生成的报文数据进行存储，该单元应该具有将符合IEC61850-9-2协议的报文数据转换为COMTRADE格式的录波文件的能力；
所述时钟同步单元，用于对多台数字化继电保护测试仪进行对时，保证参与检测的所有测试仪同步发出测试数据；
所述检测输出单元，由多台数字式继电保护测试仪组成，参与检测的测试仪在同步时钟的协调下，将数据存储单元转存过来的测试数据同步进行解析并输出至检测点，开展检测工作。可以根据检测目标和检测需求选择输出检测信号类型，如果需要输出测试数据至对应的合并单元时，设置测试仪解析出IEC60044-8协议的报文数据，如果需要输出测试数据至对应的智能化继电保护装置，则解析出IEC61850-9-2协议的报文数据。
如上所述的智能化继电保护装置检测系统，所述信号转换单元由物理接口箱、功率放大器、采集器和合并单元组成，数字仿真单元输出的暂态仿真数据经过物理接口箱转换为小电压信号；功率放大器将小电压信号放大为电磁式互感器二次侧电压/电流信号；采集器将电磁式互感器二次侧电压/电流信号转换为符合IEC60044-8(FT3)规约的报文数据；合并单元中导入SCD配置文件，按照SCD配置文件将采集器输出的IEC60044-8规约报文数据转换为相应的IEC61850-9-2报文数据。
本发明所述的基于模拟故障回放原理的智能化继电保护装置检测方法和系统的优点在于：
(1)本发明所述检测方法及系统可以在智能变电站中开展继电保护装置动态性能和保护定值的校验工作，该方法及系统弥补了目前检测方法存在的不是；
(2)本发明所述检测方法及系统可以根据智能变电站电气拓扑结构和设备参数构建仿真模型，模拟变电站内可能发生的各种运行工况，进行仿真计算并转换得到与实际运行工况相似度较高的暂态测试数据；
(3)检测系统可以在同步时钟的协调下，使用多台数字式继电保护测试仪同步开展检测工作；测试仪模拟智能变电站现场所有的远端模块，对相应的合并单元输出测试数据，同时向变电站全站输出测试数据，开展全站协同检测。
(4)可以实现在智能变电站现场对保护装置进行保护定值及保护定值间的配合关系的校验。
(5)将数字仿真系统功能强大、故障设置方便的优点和保护测试仪使用广泛的特点相结合，检测系统构成简单，检测方便，成本低。
附图说明
图1为本发明智能化继电保护装置检测方法的工作流程图；
图2为本发明智能化继电保护装置检测系统的结构示意图；
图3为本发明一个实施例中一次系统主接线及设备安装位置示意图；
其中，ECT表示电子式电流互感器，EVT表示电子式电压互感器，MU表示合并单元，ST表示智能终端，K表示故障点；
图4为本发明一个实施例中检测系统结构及检测信号传输示意图。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明一个实施例中智能变电站一次系统主接线及设备安装位置示意图如图3所示，所述智能变电站为一个220kV智能变电站试验系统，系统配置有后台监控装置，二次设备单套配置，并且保护装置采用直采直跳组网方式；所述智能变电站现场过程层设备包括6台电子式电压互感器(EVT)、6台电子式电流互感器(ECT)、7台合并单元(MU)、6台智能终端(ST)组成，各台过程层设备安装位置及对应关系如图3所示。
所述试验系统需要进行全站二次回路检测和二次系统联调，所以制定试验方案如下：
(1)使用7台同型号的(PNF-801)数字式继电保护测试仪(编号为PNF1-PNF7)模拟12台远端模块(ECT1-ECT6、EVT1-EVT6)向7台合并单元(MU1-MU7)输出试验数据，测试数据格式符合IEC60044-8规约。
(2)本发明实施例主要考核低压侧后备保护定值及其与主变保护定值的配合，所以，设置主变低压侧不同位置发生各种类型的短路故障(故障点设置如图3中的K1-K6)，检测保护暂态特性及校核低压侧后备保护、主变保护定值。
(3)检测系统中数据存储单元需要将获取的IEC61850-9-2报文数据转换为COMTRADE格式的录波文件。
本发明智能化继电保护装置检测系统其中一个实施例包括数字仿真单元、信号转换单元、数据存储单元、时间同步单元和测试输出单元。智能化继电保护装置检测系统结构及检测信号传输示意图如图4所示，其中：
所述数字仿真单元，由ADPSS仿真系统组成，包括ADPSS仿真软件、服务器硬件、终端工作站以及其他辅助设备。根据智能变电站一次设备参数(包括电流/电压互感器变比及安装位置)在ADPSS仿真系统中构建仿真模型，制定试验方案，进行仿真计算，输出暂态仿真数据(数字量)。试验方案包括检测项目、检测范围、故障点及故障类型和测试输出数据类型等，例如，故障点选择如图3所示的K1-K6。
所述信号转换单元，由物理接口箱、功率放大器、采集器和合并单元组成。数字仿真单元输出的暂态仿真数据(数字量)经过物理接口箱转换为小电压信号(0-10V)；功率放大器将小电压信号放大为电磁式互感器二次侧电压/电流信号(电压量程为100V、电流量程为5A/1A)；采集器将电磁式互感器二次侧电压/电流信号转换为符合IEC60044-8(FT3)规约的报文数据；合并单元中导入SCD配置文件，按照SCD配置文件将采集器输出的IEC60044-8规约报文数据转换为相应的IEC61850-9-2报文数据。
所述数据存储单元，主要由网络分析仪组成，该网络分析仪具有报文分析和故障录波功能；本实施例中，网络分析仪将信号转换单元输出的IEC61850-9-2报文数据转变为COMTRADE格式的录波文件进行存储。
所述测试输出单元，包括7台同型号的数字化继电保护测试仪。数字化继电保护测试仪中导入SCD配置文件和录波文件后进行数据通道配置；经过B码对时后，7台测试仪均设置为过零点启动，同步输出符合IEC60044-8规约的测试数据至合并单元(MU1-MU7)，数字化继电保护测和合并单元一一对应关系如图4所示。
所述时钟同步单元，包括同步时钟系统及光纤若干，时钟同步系统采用B码对时方式向7台数字式继电保护测试仪发送对时信号。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种智能化继电保护装置检测方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：搜集智能变电站的现场资料，所述现场资料包括智能变电站的拓扑结构、设备参数，并根据检测需求制定相应的试验方案，试验方案的内容包括检测项目、检测范围、故障点设置、故障类型和测试输出数据类型；
步骤2：参照现场资料构建智能变电站资料一次系统仿真模型，设置仿真数据输出通道，保证仿真输出测试数据与试验需求相符；
步骤3：在数字仿真试验系统中，使用所述仿真模型对智能变电站各种运行工况进行仿真计算，输出暂态仿真数据；
步骤4：将暂态仿真数据转换为符合IEC61850-9-2协议的报文数据；
步骤5：将以上步骤生成的符合IEC61850-9-2协议的报文数据进行存储，根据需要可以将所述报文数据转换为COMTRADE格式的录波文件进行存储，存储的数据即为暂态测试数据；
步骤6：将存储的暂态测试数据携带至测试现场，转存至参与测试工作的数字化继电保护测试仪中；
步骤7：利用时钟同步设备向参与测试工作的数字化继电保护测试仪发送对时信号，确保测试数据可以同步输出；
步骤8：根据智能变电站全站配置文件(Substation ConfigurationDescription，SCD)配置各台数字化继电保护测试仪的输出，在步骤7所述对时信号的协调下同步输出暂态测试数据；根据检测需求可以选择输出测试数据的类型：需要输出测试数据至对应的合并单元时，设置数字化继电保护测试仪输出符合IEC60044-8协议的报文数据，如果需要输出测试数据至对应的继电保护装置，则输出符合IEC61850-9-2协议的报文数据；
步骤9：考核智能化继电保护装置的动态性能、校验相关保护定值和检测二次回路的正确性。
2.如权利要求1所述的智能化继电保护装置检测方法，其特征在于：所述步骤9具体为：判断是否检测全站二次回路或全站联调，
如果判断结果为是，则执行步骤91：数字化继电保护测试仪输出符合IEC60044-8协议的报文数据至合并单元，然后执行步骤92：进行智能化继电保护装置动态性能、保护定值和二次回路的检测；
如果判断结果为否，则执行步骤93：数字化继电保护测试仪输出符合IEC61850-9-2协议的报文数据至智能化继电保护装置，然后执行步骤94：进行保护装置动态性能、保护定值的检测。
3.如权利要求1所述的智能化继电保护装置检测方法，其特征在于：所述步骤1中的暂态仿真数据的仿真步长不大于250微秒；所述步骤4中转换生成的报文数据的采样率为80点/周波；步骤5中生成的录波数据的采样率不低于80点/周波。
4.一种智能化继电保护装置检测系统，其特征在于：包括数字仿真单元、信号转换单元、数据存储单元和测试输出单元，其中：
所述数字仿真单元，用于根据智能变电站的电气拓扑结构和设备参数构建仿真模型，模拟变电站内可能发生的各种运行工况，进行仿真计算输出暂态仿真数据；
所述信号转换单元，用于将数字仿真单元输出的暂态仿真数据换为符合IEC61850-9-2协议的报文数据；
所述数据存储单元，用于将信号转换单元生成的报文数据进行存储，该单元应该具有将符合IEC61850-9-2协议的报文数据转换为COMTRADE格式的录波文件的能力；
所述时钟同步单元，用于对多台数字化继电保护测试仪进行对时，保证参与检测的所有测试仪同步发出测试数据；
所述测试输出单元，由多台数字化继电保护测试仪组成，参与测试的数字化继电保护测试仪在对时信号的协调下，将数据存储单元中存储的报文数据进行解析后，同步输出测试数据至检测点，开展检测工作；
所述测试输出单元输出的测试数据有两类，根据检测需求可以选择输出测试数据的类型：需要将测试数据输出至合并单元时，设置数字化继电保护测试仪输出符合IEC60044-8协议的报文数据，如果需要将测试数据输出至对应的智能化继电保护装置，则输出符合IEC61850-9-2协议的报文数据。
5.如权利要求4所述的智能化继电保护装置检测系统，其特征在于：所述信号转换单元由物理接口箱、功率放大器、采集器和合并单元组成，数字仿真单元输出的暂态仿真数据经过物理接口箱转换为小电压信号；功率放大器将小电压信号放大为电磁式互感器二次侧电压/电流信号；采集器将电磁式互感器二次侧电压/电流信号转换为符合IEC60044-8(FT3)规约的报文数据；合并单元中导入SCD配置文件，按照SCD配置文件将采集器输出的IEC60044-8规约报文数据转换为相应的IEC61850-9-2报文数据。
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