隨著電網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，變電站綜合自動化技術(shù)進入了基于IEC 61850通信規(guī)范的數(shù)字化變電站時代，數(shù)字化保護設(shè)備的邏輯功能測試面臨著眾多新的挑戰(zhàn)。目前，數(shù)字化保護設(shè)備的邏輯功能主要采用基于題庫式的IED智能檢測設(shè)備、實時數(shù)字仿真裝置、繼電保護測試儀等方式進行測試。其中，基于題庫式的IED智能檢測設(shè)備通過回放保護設(shè)備故障電流、電壓波形來完成檢測，是一種便捷、簡單且準確性較高的檢測手段，可在實驗室環(huán)境下實現(xiàn)保護的入網(wǎng)檢測，也可對保護設(shè)備進行定期檢修，但該檢測方式對題庫的依賴度很高，且實際投運線路多種工況的故障波形難以獲取，無法通過實際故障波形回放對保護功能進行檢測，具有一定的局限性。為了豐富基于IEC 61850的IED智能檢測設(shè)備邏輯測試題庫樣本，**檢驗IED在多種工況下的邏輯功能，本文提出了一種基于RTDS 的數(shù)字化線路保護邏輯功能測試方法，有效解決了上述難題。

1 RTDS概述

RTDS數(shù)字仿真裝置是加拿大Manitoba高壓直流研究中心開發(fā)的專門用于實時研究電力系統(tǒng)的數(shù)字動模系統(tǒng)，是目前應(yīng)用*為廣泛的實時數(shù)字仿真器。RTDS建立的電力系統(tǒng)元件模型和仿真算法已經(jīng)得到了業(yè)界的認可，且模型以EMTDC為基礎(chǔ)進行開發(fā)，其仿真結(jié)果與實際的真實情況基本一致[1-2]。

2 GTNET卡的應(yīng)用

GTNET 卡是RTDS 與保護通訊接口板卡，支持IEC 61850的GOOSE輸入輸出和基于IEC6 1850-9-2的采樣值傳輸，其主要作用為：（1）接收保護裝置

發(fā)出的跳閘GOOSE報文，并傳遞至RTDS進行仿真運算；（2）將RTDS運算得到的模擬量或者斷路器的位置等轉(zhuǎn)換為符合IEC 61850的SV或者GOOSE 報

文，然后發(fā)送給保護裝置[3-4]。但在某個仿真情景下，GTNET 卡僅能選擇 GTNET- SV 模式或者 GT?NET-GSE模式來運行。本文選擇GTNET-SV模塊，將保護安裝處的故障電流、電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字化保護設(shè)備可識別的IEC 61850-9-2報文。目前，GTNETSV模塊*大支持4路電流和4路電壓，采樣速率為80或256 樣本/周期。

值得注意的是，絕大多數(shù)的IED設(shè)備在接收采樣值SV數(shù)據(jù)時需要檢測通道數(shù)、通信方式（點對點或者組網(wǎng)）、MAC地址、采樣頻率、APPID、SV-ID以及 VLAN-ID，因此需要將 IED 設(shè)備接收的數(shù)據(jù)與GTNET-SV發(fā)送的數(shù)據(jù)進行匹配，當(dāng)RTDS的SV模塊配置完成后，GTNET-SV模塊將自動生產(chǎn)SV.ICD文件，用于與IED設(shè)備做虛連接匹配。將二者的通道數(shù)進行配對的方法有兩種：一是修改RTDS 中仿真模型所在子文件夾下的SV.ICD文件，并導(dǎo)入保護設(shè)備的后臺；二是直接在保護設(shè)備的FTP文件中將SV參數(shù)行進行數(shù)據(jù)的修改。使用時根據(jù)需要選用相應(yīng)的配置方法，參數(shù)修改后通常使用網(wǎng)絡(luò)抓包工具抓取通訊報文進行匹配度測試。

3 測試系統(tǒng)

測試系統(tǒng)由被測保護裝置、網(wǎng)絡(luò)交換機、RTDS構(gòu)成，其系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

被測保護裝置采用 110 kV 線路保護，型號為CSC-163，保護定值設(shè)置根據(jù)現(xiàn)場定值單設(shè)置，投入零序過流、接地距離、相間距離、零序方向、TV斷線

等壓板。測試過程如下：

（1）運行仿真案例，由保護接收報文，設(shè)置故障發(fā)生，查看保護視窗的動作信息；

（2）對比被測保護裝置的動作記錄與 RTDS 波形文件，根據(jù)預(yù)期值判定測試結(jié)果；

（3）保存包含故障波形Comtrade文件。

4 算例分析

為了驗證測試方法的有效性，本文以220 kV雷村變電站為算例，對該變電站 110 kV 出線進行建模，搭建雷楊建Ⅰ線線路保護邏輯功能測試系統(tǒng)，仿真數(shù)據(jù)采用 2013 年夏季豐大運行方式的數(shù)據(jù)。雷村變電站110 kV出線圖如圖2所示。

4.1 元件模型

4.1.1 線路模型

在動態(tài)模擬實驗中，線路模型僅考慮電壓與電流隨時間變化過程相似，無需要求具有相似的空間電磁場，因此，電力系統(tǒng)的各種運行方式和機電暫態(tài)過程可采用等值鏈型電路，以分段集中參數(shù)模型來模擬分布參數(shù)模型[5]。集中參數(shù)的等值鏈型電路一般采用π形電路，等效線路模型如圖3所示。

圖3中，虛線上半部為分布參數(shù)模型，下半部分為集中參數(shù)模型；x1、r1、b1分別表示單位長度的正序電抗、正序電阻和正序電納；L表示線路長度；xN、rN、bN分別表示線路電抗、電阻、電納。以x0、r0、b0分別表示單位長度的零序電抗、零序電 阻 和 零 序 電 納 ，則 ：rN = r0 - r13 ，xN = x0 - x13 ，

bN = 3b0b1b1 - b0。線路具體參數(shù)通過查詢《電力工程高壓送電線路設(shè)計手冊》進行計算。

4.1.2 負荷模型

圖1中的負荷可以采用RLC并聯(lián)模型等值。若已 知 流 過 線 路 潮 流 為 S = P + jQ ，線 路 阻 抗 為Z = R + jX ，線路的額定電壓為UN ，可得線損：ΔS = ΔP + jΔQ= P2 + Q2U2NR2 + jP2 + Q2U2NX2 （1）

負荷的功率：

SL = PL + QL= P - ΔP + j(Q - ΔQ)= P - P2 + Q2U2NR2 + j(Q - P2 + Q2U2NX2) （2）

則負荷的等效R、L、C為：ìí?????????RL = U2NPLL = U2NQ1ω，Q > 0C = |Q|ωU2N，Q < 0（3）

4.1.3 電源模型

電源模型的建立根據(jù)交流系統(tǒng)的短路容量做等值。電源容量 S = U2/X ，其中 X 為電源內(nèi)阻。圖1中雷村變電站作為電源點向6條出線供電，雷村變電站110 kV母線短路容量為1 776 MVA，則電源內(nèi)阻 RS = 1102/11 776 = 6.813 Ω 。

4.2 故障類型設(shè)置

雷楊建Ⅰ線全長 11.342 km，雷楊建Ⅱ線全長11.393 km，110 kV線路保護安裝在雷楊建Ⅰ線首端斷路器處。本文的動模試驗將在雷楊建Ⅰ線和雷楊建Ⅱ線設(shè)置不同類型的故障，各故障點的分布示意圖如圖4所示，其中FD1為雷楊建Ⅰ線出口故障；FD2 為雷楊建Ⅰ線出口 100 m 處故障；FD3 為雷楊建Ⅰ線中點故障；FD4為雷楊建Ⅰ線末端故障；FD5為雷楊建Ⅱ線出口 100 m 處故障；FD6 為雷楊建Ⅱ線 10%處故障；FD7 為雷楊建Ⅱ線 1/3 處故障；FD8為雷楊建Ⅱ線2/3處故障；FD9為雷楊建Ⅱ線90%處故障。故障內(nèi)容設(shè)置見表1。

4.3 仿真結(jié)果

系統(tǒng)建模完成后，根據(jù)表1設(shè)定的故障類型進行仿真，檢測保護動作響應(yīng)特性與預(yù)期結(jié)果是否相同。為了驗證線路距離保護Ⅰ段動作可靠性，僅投入保護距離Ⅰ段功能壓板。下面選取雷楊建Ⅰ線末端區(qū)內(nèi)金屬性瞬時短路故障以及雷楊建Ⅱ線1/3處區(qū)外金屬性瞬時短路故障進行說明。

4.3.1 雷楊建Ⅰ線末端區(qū)內(nèi)金屬性瞬時短路故障

模擬雷楊建Ⅰ線末端發(fā)生 AB 相對地故障，保護裝置動作信息見表2。

保護裝置錄波圖與RTDS仿真結(jié)果如圖5所示。

從保護裝置動作情況來看，保護完成了故障信息的捕捉，判定為 AB 相故障，并給出了故障距離，保護動作特性正確。

4.3.2 雷楊建Ⅱ線1/3處區(qū)外金屬性瞬時短路故障

模擬雷楊建Ⅱ線1/3處AB相間故障，保護裝置錄波圖與RTDS仿真波形如圖6所示。區(qū)外發(fā)生故障，引起雷楊建Ⅰ線出口處電壓和電流波動，雷楊建Ⅰ線出口保護檢測到擾動，啟動并判斷出 AB 相故障，由于未達到該處保護動作條件因此未動作出口，保護動作特性正確。

5 結(jié)語

本文介紹了一種基于RTDS的數(shù)字化線路保護邏輯功能測試方法，該方法具有較強的工程應(yīng)用價值，可拓展到變壓器保護、發(fā)電機保護的邏輯功能測試。此外，本文的仿真結(jié)果可作為題庫儲備，為數(shù)字化變電站便攜式檢測儀提供數(shù)據(jù)來源。