基于RTDS的牵引变压器建模及仿真

陈新华，付永良，薛志伟，沙海轩，王吉祥

(国网德州供电公司，山东 德州 253000)

基于RTDS的牵引变压器建模及仿真

陈新华，付永良，薛志伟，沙海轩，王吉祥

(国网德州供电公司，山东 德州 253000)

本文在RTDS中搭建了牵引变压器的仿真模型，经仿真系统模拟后，通过GTAO/GTDO卡输出仿真模型得出的电气量，并利用功率放大器将计算得到的电气量传输到保护装置，保护装置根据自身的逻辑判断条件给出对应的信号。实时数字仿真仪(real time digital simulator，RTDS)具备仿真精度高，计算速度快，搭建模型方便，模拟故障不会对设备造成损害等优点，利用RTDS对保护装置进行闭环测试，可实时的模拟保护装置运行状况，因此，可减少保护装置的试验周期。

牵引变压器；模型；RTDS；闭环测试

1 基于RTDS的牵引变压器建模

本文采用的牵引变压器的参数如表1所示[1-2]。

表1 牵引变压器参数

基于RTDS的牵引变电所的模型如图1所示。图中所示的牵引变电所是由两个单相变压器组成，牵引变压器的电流分别采自高压侧和低压侧断路器装设的CT。CT可实时采集牵引变压器的电流值，当电流值达到保护的动作值时，保护即跳开变压器的低压侧断路器和高压侧断路器。图1中，牵引变压器的仿真模型中，有各种作用的封装模块，其中最主要的有控制牵引变压器断路器的合闸角度、有模拟各种变压器短路试验的封装模块[3-5]。

2 闭环测试

选用某厂家基于二次谐波制动的比率差动保护的牵引变压器保护装置。根据基于RTDS搭建的模型，对该厂家的牵引变压器保护装置进行闭环测试，以验证基于RTDS的建模是正确有效的。

图1 牵引变电所仿真模型

整个保护装置的闭环测试流程如图2所示[6-7]。

图2 牵引变压器保护闭环测试流程

将RTDS的输出端与保护装置连接，其接线形式如图3所示。

图3 硬件连接

至此，硬件连接已完成，可根据仿真模型对保护装置进行测试，其具体测试内容如下。

2.1 空载合闸

变压器空载合闸，当选择的合闸角度不同，其励磁涌流的大小也各不相同。在RTDS中，牵引变压器合闸角度的控制模块如图4所示。

图4 合闸控制模块

0.2s时，进行空载合闸，牵引变压器两端的差动电流如图5所示。

图5 差动电流

图5可见，断路器空载合闸，伴随着较大的励磁涌流产生，且励磁涌流的大小不断衰减，直至消失。0.5s时刻，变压器的差动电流值发生了突变，这是因为电流和磁通累积叠加，致使高压侧的电流互感器达到饱和，从而对励磁涌流产生影响。此刻，保护装置的事件报告见图6。

图6 空载合闸的事件报告

利用TA21工具软件，可得图7所示的实时报告。

图7 实时报告

综合图6、图7的过程可得，被测保护装置能可靠闭锁由励磁涌流产生的差动电流，符合保护可靠性的要求。

2.2 空载合闸于各类故障

(1) 高压侧单相接地故障

空载合闸前，牵引变压器高压侧A相接地，在其合闸角度为0°时进行空载合闸，此时，保护装置测得的差流波形见图8，且其动作记录见图9。

图8 保护装置测得的差流波形

图9 动作记录

利用TA21工具软件可得实时报告见图10。

图10 实时报告

对比分析图8、图9、图10可得，当牵引变压器空载合闸于A相接地故障时，牵引变压器的三相差动电流幅值显著增加，特别是A相差动电流远远大于B相、C相差动电流，并达到了差动速断保护的定值，因此A相差动速断能够动作出口，跳开牵引变压器的高压侧断路器。

此外，本文还模拟了空载合闸于另外两相接地故障的试验，其测试结果见表2。

表2 单相接地故障

从表2可以看出，高压侧断路器合闸于单相接地故障时，接地相差动电流的幅值可迅速达到速断保护的动作值，保护能可靠地出口。

(2) 高压侧相间故障

本文还模拟了空载合闸于两相相间短路故障的试验，其测试结果见表3。

从表3中可以看出，合闸于相间短路故障时，被测装置的差动速断保护能可靠动作。

(3) TR、FR型故障

带α、β相TR、FR型故障空载合闸时，保护装置的动作情况统计如表4所示。

表3 相间短路故障

表4 TR、FR型故障

表4中，故障类型中的下标αβ分别表示αβ相的故障。从表4可以看出，故障在β相时，采用“三相或门”方式的谐波制动原理闭锁了比率差动保护，致使差动保护拒动，相反，故障在α相时，差动电流超过了差动速断的动作值，保护能够出口。

(4)TF型故障

被测装置的动作情况见表5。

表5 TF型故障

同表4一样，故障类型中的下标、分别表示、相的故障。

发生相TF型故障时，二次谐波制动的比率差动保护闭锁，保护拒动；故障在相时，差动电流大于差动速断的动作值，因此差动速断保护能够可靠动作于出口。

3 结论

实时数字仿真仪(real time digital simulator，RTDS)搭建模型方便，并且模拟故障时，跟实际的测试结论一致，并且不会对设备造成损害。利用RTDS对保护装置进行闭环测试，可实时的模拟保护装置运行状况，因此，可减少保护装置的试验周期。

[1] 李升健,黄灿英.主变跳闸事故的RTDS仿真试验研究[J].自动化应用,2011(1):43-46.

[2] Tang D,Yan G,Yi X.Analysis of the 220kV line distance protection′s measuring impedance when V/X traction transformer is in short circuit[C].2010.

[3] 陈新华.牵引变压器保护双重化[D].西南交通大学,2013.

[4] Hu G,Chen W,Li Y,et al.Simulation of traction transformer based on PSCAD / EMTDC[C].2011.

[5] 一种基于差流波形特征的励磁涌流识别方法[J].电力系统保护与控制,2015,43(6):19-24.

[6] 付雨林.牵引变压器保护装置开发及理论研究[D].华中科技大学,2011.

[7] 郭蕾,高仕斌,李群湛.基于模型的阻抗匹配平衡牵引变压器的保护[J].西南交通大学学报,2006(6):737-742.

Research on Modeling and Simulation of Traction Transformer Based on RTDS

CHENXin-hua，FUYong-liang，XUEZhi-wei，SHAHai-xuan,WANGJi-xiang

(State Grid Dezhou Power Supply Company,Dezhou 253000,China)

In this paper,the model of traction substation is build based on a series of function of RTDS,the dateis calculated bythe RTDS simulator，then GTAO/GTDO card output voltage and current,and the output of the power amplifier to protection device,a signal corresponding to the action of protection device.Real time digital simulator with high simulation accuracy,the fast calculation,convenient build model，fault simulation with no damage of equipment,can do closed-loop test protection to device,and simulate the real situation of field operation,greatly shorten the development cycle of the protection device.

traction transformer;model;RTDS;closed loop test

1004-289X(2016)06-0054-04

TM922.73

B

2015-10-24

陈新华(1987-)，女，硕士，工程师，研究方向变压器保护双重化及电能质量控制; 付永良(1987-)，男，硕士,工程师，研究方向柔性直流输电及电能质量控制; 薛志伟(1986-)，男，硕士，工程师，研究方向变压器保护; 沙海轩(1989-)，男，本科,助理工程师，研究方电能质量控制; 王吉祥(1987-)，男，硕士,工程师，研究方向柔性直流输电。