變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)所涉及的微機(jī)型繼電保護(hù)子系統(tǒng)是電力系統(tǒng)教學(xué)的一個(gè)重要部分，也是運(yùn)行和調(diào)度人員培訓(xùn)的核心內(nèi)容。目前，在電力系統(tǒng)變電運(yùn)行和調(diào)度自動(dòng)化培訓(xùn)中，有關(guān)微機(jī)繼電保護(hù)的培訓(xùn)內(nèi)容還是以純軟件仿真為主〔1〕?各種事故處理及繼電保護(hù)管理均在計(jì)算機(jī)上模擬操作，控制室僅有 1臺(tái)仿真計(jì)算機(jī)，無(wú)繼電保護(hù)裝置、監(jiān)控裝置、電纜、保護(hù)屏等二次設(shè)備，無(wú)真實(shí)的二次信號(hào)，和現(xiàn)場(chǎng)相比有很大區(qū)別。為解決以上問(wèn)題，本項(xiàng)目研制了 1套構(gòu)成與現(xiàn)場(chǎng)類(lèi)似、符合實(shí)際操作的微機(jī)繼電保護(hù)培訓(xùn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用真實(shí)的保護(hù)測(cè)控屏柜、繼電保護(hù)裝置和監(jiān)控系統(tǒng)，利用微機(jī)繼電保護(hù)測(cè)試儀產(chǎn)生與實(shí)際變電站相同的真實(shí)二次信號(hào)，多臺(tái)測(cè)試儀可組態(tài)任意結(jié)構(gòu)的變電站或電網(wǎng)，可任意設(shè)置故障點(diǎn)和故障類(lèi)型，模擬一次和二次系統(tǒng)的運(yùn)行〔2〕。利用該培訓(xùn)系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行變電站一次系統(tǒng)組態(tài)、變電站二次設(shè)備操作和變電站綜自監(jiān)控實(shí)訓(xùn)等，接近于實(shí)際的變電站運(yùn)行操作；同時(shí)該平臺(tái)具有很好的組態(tài)功能和開(kāi)放性，可根據(jù)需要組態(tài)真實(shí)的變電站，使培訓(xùn)具有很好的針對(duì)性。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
變電站微機(jī)繼電保護(hù)培訓(xùn)系統(tǒng)平臺(tái)可與國(guó)內(nèi)不同廠家的微機(jī)繼電保護(hù)裝置接口，能夠組成各種不同電壓等級(jí)的培訓(xùn)系統(tǒng)。本項(xiàng)目應(yīng)用該平臺(tái)構(gòu)建了1套 110ｋＶ變電站微機(jī)繼電保護(hù)培訓(xùn)系統(tǒng)。項(xiàng)目采用 3臺(tái)微機(jī)型繼電保護(hù)測(cè)試裝置聯(lián)網(wǎng)同步模擬變電站的二次系統(tǒng)，為 4臺(tái)保護(hù)和監(jiān)站二次信號(hào)?并且通過(guò)與測(cè)試裝置配套的電力網(wǎng)信號(hào)模擬系統(tǒng)軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的變電站微機(jī)保護(hù)培訓(xùn)項(xiàng)目。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用了許繼的以太網(wǎng) ＴＣＰ103協(xié)議?經(jīng) ＮＷＪ－801以太網(wǎng)關(guān)將 4臺(tái)微機(jī)繼電保護(hù)、測(cè)控裝置接入以太網(wǎng)，并利用開(kāi)放式變電站綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)與保護(hù)裝置的通信。
1．1 變電站一次系統(tǒng)模型的建立
根據(jù) 110ｋＶ典型變電站一次接線圖，本系統(tǒng)建立了仿真變電站的一次模型，基本包括：110ｋＶ單母分段的 2條進(jìn)線、2臺(tái)變比為 110ｋＶ／10ｋＶ的主變壓器和 10ｋＶ單母分段的 4條出線。其構(gòu)成示意圖如圖 1所示。在其中的 1條 110ｋＶ進(jìn)線斷路器處設(shè)置 1臺(tái)繼電保護(hù)測(cè)試儀作為信號(hào)源，使之與ＷＸＨ811微機(jī)線路保護(hù)裝置聯(lián)機(jī)完成線路保護(hù)物理仿真；采用 2臺(tái)測(cè)試儀分別在 1臺(tái)變壓器高、低壓側(cè)斷路器處作為信號(hào)源與 ＷＢＨ812微機(jī)變壓器保護(hù)裝置、ＷＢＨ813／Ｈ微機(jī)變壓器后備保護(hù)裝置和ＷＢＨ822微機(jī)變壓器保護(hù)裝置一起聯(lián)機(jī)完成主變繼電保護(hù)物理仿真控裝置提供變電。
1．2 變電站微機(jī)保護(hù)培訓(xùn)系統(tǒng)的構(gòu)成
培訓(xùn)系統(tǒng)分為二次信號(hào)系統(tǒng)、變電站保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)和變電站監(jiān)控系統(tǒng) 3部分〔3-4〕，各部分的組成和實(shí)現(xiàn)方式是：ａ．二次信號(hào)系統(tǒng)由 3臺(tái)微機(jī)型繼電保護(hù)測(cè)試裝置構(gòu)成，設(shè)備之間聯(lián)成 ＲＳ485網(wǎng)絡(luò)，同步產(chǎn)生變電站各主要節(jié)點(diǎn)的二次信號(hào)。其中測(cè)試儀 1作為變壓器高壓側(cè)信號(hào)源，測(cè)試儀 2作為變壓器低壓側(cè)信號(hào)源，測(cè)試儀 3作為 110ｋＶ線路信號(hào)源。ｂ．變電站保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)由 2塊保護(hù)屏構(gòu)成：
110ｋＶ進(jìn)線保護(hù)屏和主變保護(hù)屏?包括 4套繼電保護(hù)裝置 （ＷＸＨ811微機(jī)線路保護(hù)裝置、ＷＢＨ812微機(jī)變壓器保護(hù)裝置、ＷＢＨ813／Ｈ微機(jī)變壓器后備保護(hù)裝置和 ＷＢＨ822微機(jī)變壓器保護(hù)裝置 ）。ｃ．變電站監(jiān)控系統(tǒng)，利用 1臺(tái)安裝 “電力自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng) ” 軟件的監(jiān)控主機(jī)組成。
1．2．1 變電站保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)
變電站 保 護(hù) 測(cè) 控 系 統(tǒng) 由 2塊 保 護(hù) 屏 構(gòu) 成：110ｋＶ進(jìn)線保護(hù)屏和主變保護(hù)屏。其中，110ｋＶ進(jìn)線保護(hù)屏上安裝有 ＷＸＨ811微機(jī)線路保護(hù)裝置，用于實(shí)現(xiàn)對(duì) 110ｋＶ線路的保護(hù)。主變保護(hù)屏上安裝有 ＷＢＨ812，ＷＢＨ813／Ｈ和 ＷＢＨ822保護(hù)裝置?分別用來(lái)實(shí)現(xiàn)變壓器主保護(hù)、變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)測(cè)控和變壓器低壓側(cè)后備保護(hù)測(cè)控功能。
1．2．2 二次信號(hào)系統(tǒng)
提供給變電站保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)的二次信號(hào) （二次模擬量?開(kāi)關(guān)量 ） 由專(zhuān)用的信號(hào)源系統(tǒng)構(gòu)成。根據(jù)一次系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)的信號(hào)源由 3臺(tái)微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)測(cè)試儀組成，提供變電站系統(tǒng)的二次模擬量和開(kāi)關(guān)量給保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)，如圖 2所示。
3臺(tái)微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)測(cè)試儀分別作為110ｋＶ線路信號(hào)源、變壓器高壓側(cè)信號(hào)源、變壓器低壓側(cè)信號(hào)源。3臺(tái)測(cè)試儀之間的硬同步信號(hào)線連接在一起，將其中 1臺(tái)測(cè)試儀作為同步主機(jī)，實(shí)現(xiàn)變電站二次信號(hào)的同步。測(cè)試儀具有 ＲＳ485通信接口，3臺(tái)測(cè)試儀聯(lián)成 ＲＳ485通信網(wǎng)絡(luò)，連接至485集線器上。485集線器*多可集中 10路 ＲＳ485信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成 ＲＳ232信號(hào)，與信號(hào)源控制主機(jī)相連。
該部分的工作過(guò)程是：利用信號(hào)源控制主機(jī)的電力網(wǎng)信號(hào)模擬仿真系統(tǒng)軟件設(shè)置變電站模型，控制 3臺(tái)測(cè)試儀發(fā)出信號(hào)，模擬系統(tǒng)正常運(yùn)行和各種故障情況。變電站正常運(yùn)行時(shí)， “電力網(wǎng)信號(hào)模擬仿真系統(tǒng) ” 軟件進(jìn)行變電站潮流計(jì)算，控制主機(jī)將計(jì)算出的潮流信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信同步下載到 3臺(tái)信號(hào)源系統(tǒng)中，由信號(hào)源系統(tǒng)產(chǎn)生模擬量和各種開(kāi)關(guān)量給保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)；當(dāng)模擬系統(tǒng)故障運(yùn)行時(shí)，“電力網(wǎng)信號(hào)模擬仿真系統(tǒng) ” 軟件進(jìn)行變電站故障運(yùn)算，控制主機(jī)將計(jì)算出的故障信號(hào)同步下載到信號(hào)源系統(tǒng)中，提供給保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)。
二次信號(hào)系統(tǒng)中的各測(cè)試儀與變電站保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)的 2塊保護(hù)屏之間應(yīng)通過(guò)控制電纜進(jìn)行連接，如圖 3所示。
連接的信號(hào)包括：
（1） 主變高壓側(cè)信號(hào)源、主變低壓側(cè)信號(hào)源與主變保護(hù)屏的連接
具體包括高壓側(cè)、低壓側(cè)三相電流信號(hào)、高壓側(cè)、低壓側(cè)三相電壓信號(hào)；變壓器主保護(hù)、高壓側(cè)后備保護(hù)與低壓側(cè)后備保護(hù)的動(dòng)作出口信號(hào)；變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)斷路器的位置信號(hào)；變壓器本體
信號(hào)等。
（2） 110ｋＶ線路信號(hào)源與 110ｋＶ進(jìn)線保護(hù)屏的連接具體包括線路三相電流信號(hào)、三相電壓信號(hào)；線路保護(hù)的動(dòng)作出口信號(hào)；110ｋＶ線路斷路器的位置信號(hào)等。
（3） 110ｋＶ線路信號(hào)源與主變保護(hù)屏的連接由于主變本體信號(hào)較多，因此利用 110ｋＶ線路信號(hào)源提供部分主變本體信號(hào)。
“電力網(wǎng)信號(hào)模擬仿真系統(tǒng) ” 軟件具有強(qiáng)大的組態(tài)功能，可任意組態(tài)實(shí)際變電站的一次結(jié)構(gòu)，如在各節(jié)點(diǎn)上配置測(cè)試儀，可模擬實(shí)際變電站的二次信號(hào)。
1．2．3 變電站監(jiān)控系統(tǒng)
變電站監(jiān)控系統(tǒng)由變電站監(jiān)控計(jì)算機(jī)和 ＮＷＪ－801以太網(wǎng)關(guān)組成。變電站監(jiān)控計(jì)算機(jī)上安裝有“電力自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng) ” 軟件，用來(lái)實(shí)現(xiàn)變電站監(jiān)控功能。ＮＷＪ－801以太網(wǎng)關(guān)是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中后臺(tái)計(jì)算機(jī)與保護(hù)裝置之間的規(guī)約轉(zhuǎn)換器，它把不具備以太網(wǎng)接口而只有 ＲＳ485接口的繼電保護(hù)裝置和測(cè)控裝置接入以太網(wǎng)。
變電站監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 4所示。該部分工作過(guò)程：系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，測(cè)控單元將采集的各種信號(hào)上傳至監(jiān)控主機(jī)實(shí)時(shí)顯示，監(jiān)控主機(jī)可下發(fā)控制命令至測(cè)控單元；系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，各保護(hù)單元可將動(dòng)作信號(hào)上傳到監(jiān)控主機(jī)實(shí)時(shí)顯示。
變電站監(jiān)控系統(tǒng)具有的變電站監(jiān)控功能：變電站組態(tài)、遙測(cè)、遙信、遙控、實(shí)時(shí)事件管理、報(bào)警信息管理、實(shí)時(shí)電氣量趨勢(shì)曲線、保護(hù)動(dòng)作信息光字牌、報(bào)表查詢(xún)、圖像編輯、裝置通信狀態(tài)管理、保護(hù)定值管理與修改、遠(yuǎn)方投退保護(hù)軟壓板、操作票等。
3 結(jié) 論
該變電站微機(jī)繼電保護(hù)培訓(xùn)系統(tǒng)平臺(tái)具有很好的組態(tài)功能和開(kāi)放性，可通過(guò)增加信號(hào)源和保護(hù)測(cè)控裝置的數(shù)量，擴(kuò)大仿真模擬的變電站的規(guī)模，模擬真實(shí)的變電站，達(dá)到良好的培訓(xùn)效果。本項(xiàng)目所做的研究工作填補(bǔ)了電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)變電站繼電保護(hù)和綜合自動(dòng)化技術(shù)培訓(xùn)的空白。目前，項(xiàng)目已建成 1個(gè) 110ｋＶ小型變電站微機(jī)繼電保護(hù)培訓(xùn)平臺(tái)，通過(guò) 3臺(tái)微機(jī)測(cè)試儀同步發(fā)出電壓電流信號(hào)，對(duì) 4條線路和主變微機(jī)保護(hù)裝置進(jìn)行操作和監(jiān)控，配合變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)進(jìn)行微機(jī)繼電保護(hù)和綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)教學(xué)，并且學(xué)院電力工程系的電力系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)學(xué)生利用該系統(tǒng)平臺(tái)能較好地完成繼電保護(hù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。利用該系統(tǒng)平臺(tái)所提供的監(jiān)控軟件和通訊接口，本系統(tǒng)還可與國(guó)內(nèi)不同廠家的不同電壓等級(jí)的保護(hù)裝置屏柜組合構(gòu)建新的變電站微機(jī)繼電保護(hù)培訓(xùn)系統(tǒng)?？蓮V泛用于對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行、調(diào)度人員進(jìn)行崗位技術(shù)培訓(xùn)，對(duì)增強(qiáng)變電值班員的運(yùn)行技術(shù)素質(zhì)、提高電力系統(tǒng)安全運(yùn)行水平發(fā)揮很好的作用。
