0 引言
微機型線路保護裝置已經在國內各電力系統中得到廣泛使用，但由于其特有的復雜性，供電企業(yè)對微機保護的使用和維護一直處于較低的水平。隨著電力工業(yè)及仿真技術的發(fā)展，人們對繼電保護仿真培訓系統的認識逐漸增強，對仿真的逼真性、實用性、靈活性的要求也日益提高[1]。
目前，所有的繼電保護仿真系統都不能完全地仿真繼電保護裝置[2]，仿真系統實現的僅僅是部分功能或特性，缺乏對繼電保護裝置整體性功能的仿真。例如文獻[3]開發(fā)的以 RCS-901 為例的距離保護仿真軟件；文獻[4]開發(fā)的繼電保護裝置動作邏輯的仿真系統；文獻[5]開發(fā)的以微機保護為基本建模單元的通用數據庫模型，等等。
繼電保護仿真系統的仿真方法主要有兩種：定值比較法和邏輯比較法[6-7]。邏輯比較法基于保護規(guī)制，實時性好[8]，但在某些運行條件下仿真結果與實際情況有較大出入，仿真的逼真性較差[9]。定值比較法是將電力系統計算的電氣量與整定值相比較而實現故障判別的仿真方法，該方法與微機保護裝置的保護原理類似，逼真度高。
本文開發(fā)的基于實際裝置的 500 kV 線路保護仿真培訓系統采用定值比較法，對某 500 kV 變電站線路保護柜的功能進行完整仿真。針對培訓這一仿真目的，引入模擬運行線路完成線路保護仿真裝置的動態(tài)模擬實驗測試，引入繼電保護測試儀仿真裝置完成線路保護仿真裝置的保護調試，形成了集動模試驗仿真及調試仿真為一體的仿真培訓系統。該系統改進了以往的電力系統仿真只能顯示簡單的交互界面，對動態(tài)、復雜畫面內容表達能力欠佳；操作方式和操作界面單一；實時性不好[10]等不足，在逼真性、交互性、實時性等方面都有較好表現，具有很高的實用價值。
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模擬運行線路的功能：電力系統運行方式選擇（甲線、乙線同時運行或甲線退出乙線運行）；發(fā)電機、變壓器、線路、系統等仿真線路參數的查詢與修改；故障點設置；開關工作狀態(tài)、保護動作狀態(tài)、故障狀態(tài)顯示；潮流數據實時顯示。
故障計算：1）潮流計算。直接將發(fā)電機輸出功率減半，作為支路功率；根據功率計算發(fā)電機機端電壓和交軸暫態(tài)電勢。2）短路計算。假定發(fā)電機交軸暫態(tài)電勢和系統電壓不變，計算短路電流。
系統整體結構
仿真系統由三部分組成：運行線路、保護柜、繼電保護測試儀。運行線路與保護柜構成動模試驗仿真平臺，用于線路保護仿真裝置電力系統動態(tài)模擬試驗；繼電保護測試儀與保護柜構成保護調試仿真平臺，用于線路保護仿真裝置定值校驗測試。
運行線路：模擬一條典型的 500 kV 雙回線運行線路，采用二分之三開關接線。
保護柜：模擬某 500 kV 變電站的微機線路保護柜 。該保護柜 的主要布置 如下： RCS-931D 、RCS-925A、RCS-902D、電源開關、切換開關等。 繼電保護測試儀：模擬廣東電網范圍內普遍使用的昂立 A460 及博電 PW466A 繼電保護測試儀。 2 仿真系統建模。
2.1 運行線路模型
模擬運行線路用于完成線路保護仿真裝置的電力系統動態(tài)模擬試驗。本系統仿真的運行線路為500 kV 電壓等級，包含雙回線，二分之三開關接線。
2.2 保護裝置模型
保護模型是繼電保護仿真系統的主要組成部分，也是仿真系統的重點和難點?；诙ㄖ当容^法的保護模型根據輸入的電氣數據作出保護判斷，動作特性不受運行方式的影響。
2.2.1 模型設計
微機線路保護裝置的軟件工作流程如圖 3 所示 。 本 文 開 發(fā) 的 微 機 線 路 保 護 裝 置（RCS-902D/RCS-925A/RCS-931D）依據此工作流程開發(fā)設計，對于不同的裝置，其仿真流程一致，區(qū)別在于流程中各部分的具體實現不一樣。仿真系統工作流程的功能設計如下：
1）采樣程序：對故障電壓、故障電流、開關量等電氣量進行采集；
2）啟動：啟動判據的計算，根據是否滿足條件進入正常程序或故障計算程序；
3）正常程序：開關位置狀態(tài)檢查、交流電壓斷線檢查、交流電流斷線檢查、重合閘充電等；
4）故障計算程序：各種保護的算法計算、跳閘邏輯判斷、事件報告、故障報告、波形整理；
5）整組復歸：**臨時標志、收回各種操作命令，保護裝置返回到故障前的狀態(tài)，為下一次保護動作做準備。
2.2.2 關鍵問題
判斷故障是否在保護的范圍內是保護裝置模型設計中的關鍵問題。本文設計的線路保護仿真裝置對實際線路保護裝置的動作邏輯及各保護算法進行仿真，使保護仿真裝置能作出與實際裝置一致的保護動作。在設計保護模型時，將線路保護裝置各保護配置模塊化處理，滿足啟動條件時進入相應的保護模塊進行保護判斷。
下面僅以 RCS-931D 的三段式接地和相間距離保護為例，介紹線路保護仿真裝置保護模塊的開發(fā)。 １）保護動作邏輯保護動作邏輯是保護模塊的基礎，根據測量比較元件輸出邏輯信號的性質、先后順序、持續(xù)時間等，判定故障的類型和范圍，*后確定是否發(fā)出跳閘、重合閘、不動作等信號。除啟動元件和延時元件外，保護動作邏輯可視為一個二值系統的組合，即由這些二值元件的組合實現特定的功能[4]。由此將保護動作邏輯加以簡化，認為保護動作邏輯傳遞的主要是開和關的信號，即“0”和“1”的信號，這樣保護動作邏輯就可以簡化為一個二值系統[11]。對保護動作邏輯仿真可簡化為對該二值系統的分析仿真。
RCS-931D 的三段式接地和相間距離保護動作邏輯如圖 4 所示。該保護動作邏輯由測量比較元件、開放元件、保護啟動、壓板投入等按照一定的邏輯（“與”、“或”、“非”等）并與延時元件配合而成。該仿真系統基于定值比較法，保護動作邏輯中的測量比較元件涉及電氣量比較運算，具體計算見保護算法。
２）保護算法
采用定值比較法的保護算法的實現：通過輸入的電氣量與給定的值比較，根據比較結果，給出“真”、“假”、“0”、“1”性質的一組邏輯信號，從而判斷保護是否應該啟動。三段式距離保護，阻抗繼電器由正序電壓極化，對不對稱短路有較大的保護 過 渡 電 阻 的 能 力 。 其 動 作 方 程 為 ： o o
op p ?90 < arg (U U ) < 90 ，其中：Uop 為工作電壓，UP為極化電壓。距離保護的保護算法通過計算輸入電氣量是否滿足動作方程而給出“真”、“假”性質的邏輯信號，從而用于判斷距離保護是否該啟動。三段式距離保護各段工作電壓及極化電壓的算法.參數說明：φ –A，B，C；φφ –AB，BC，CA；ZZD為整定阻抗；K 為零序補償系數；I0為零序電流；UOPφ，UOPφφ 為工作電壓；UPφ ，UPφφ為極化電壓；U1φ ，U1φφ為記憶故障前正序電壓；θ1，θ2 為移相角。
2.3 繼電保護測試儀模型
線路保護裝置的保護調試通過繼電保護測試儀來完成，本文設計的繼電保護測試儀仿真裝置依據各線路保護裝置的調試大綱，模擬了如下試驗項目：電壓/電流、距離保護、零序保護、工頻變化量保護、阻抗特性、阻抗繼電器等。仿真的繼電保護測試儀能完成表 1 所示的各保護的測試。
繼電保護測試儀的各實驗項目由如下模塊成：
1）參數設置模塊：模擬實際裝置的參數設置界面，如整定值、整定倍數、系統參數、開關量等參數設置。
2）輸出顯示模塊：試驗過程中的電壓、電流實時輸出顯示界面，如：矢量圖、輸出監(jiān)視、歷史曲線等。
3）試驗結果模塊：整理試驗結果，生成實驗結果及實驗報告。
4）輸出算法模塊：測試儀的核心部分，測試結果是否正確的關鍵。本文設計的繼電保護測試儀仿真裝置模擬了實際裝置的內部輸出算法，具有與實
際裝置一致的輸出，可保證調試結果的正確性。 3 開發(fā)及應用介紹
綜合考慮網絡發(fā)布、執(zhí)行效率、顯示效果等因素，該仿真系統采用 Flash CS4 開發(fā)。Flash CS4 是當前流行的動畫制作軟件，它把向量圖的**性和靈活性與位圖、聲音、動畫、**交互性融合在一起，能夠創(chuàng)作出**吸引力的動畫效果，使培訓效果事半功倍，且其制作的動畫文件較小，適合網絡發(fā)布。
本文開發(fā)的 500 kV 線路保護仿真系統應用于廣東電網公司教育培訓中心的線路保護遠程培訓系統中。通過與實際裝置的對比表明該仿真系統具有極高的逼真度：
(1) 一致的操作界面。線路保護仿真裝置及繼電保護測試儀仿真裝置具有與實際系統一致的操作界面，使用戶有身臨其境的感覺。該仿真系統對保護柜操作界面進行仿真，保護柜上的開關關合、壓板投切、保護屏的小鍵盤等操作均與實際系統一致，且真實有效；繼電保護測試儀仿真裝置中的參數設置、圖形顯示、試驗報告等界面也與實際裝置一致。 (2) 一致的保護動作。針對不同的故障，線路保護仿真裝置能正確動作。線路保護仿真裝置像實際裝置一樣區(qū)分出動作邊界，反向故障時能正確區(qū)分出方向。
(3) 一致的故障輸出。仿真的運行線路的潮流計算無誤，且滿足實時性要求；繼電保護測試儀仿真裝置具備與實際系統一致的輸出?？傮w看來，該仿真系統在實用性、逼真性、靈活性等方面均有很好的表現，能滿足培訓的要求。
4 結語
本仿真系統采用面向實際裝置的思想，以廣東電網廣泛使用的線路保護裝置為研究對象，針對培訓這一特殊目的，引入了繼電保護測試儀仿真裝置進行測試仿真，實現了真正意義上的現場運行仿真培訓。該仿真系統具有界面友好、操作簡捷、功能齊全等特點，適用于線路保護現場運行人員的仿真培訓，對于其他的微機型繼電保護仿真系統的開發(fā)也有一定的借鑒意義。
