1000kV特高压变电仿真培训系统功能设计与开发.pdf

vo 1 33 ad d de c 2 00 9 湖 北 电 力 箜塑鲞缝 型 2 0 0 9 年l 2 月 1 0 0 0 k v特高压变 电仿 真培训 系统 功能设计 与开发 陈小珞 ， 廖 自强 ( 1 湖北省超 高压 输 变电公 司， 湖 北 武 汉4 3 0 0 6 4 ； 2 武汉 电力职业技 术学 院 ， 湖 北 武汉4 3 0 0 7 9 ) 摘要 该 文介 绍 了 1 0 0 0 k v特 高压 变电站仿 真培 训 系统 的功 能和特 点 ， 仿 真 系统 的设 计 思 路 。 着重说 明 了特 高压 变 电站 生产 过 程仿 真的 特点 ， 综合 自动 化及 五 防 系统 功 能仿 真 ， 系统开展 培训 的 多种 模 式等 ， 并对该 系统 的特 点进行 了总结 。 关键词 特高压 ； 仿真 ； 仿真培训功能 中图分类号t p 3 0 9 9 文献标识码b 文章编号1 0 0 6 3 9 8 6 ( 2 0 0 9 ) 增刊 i一 0 0 6 7 0 3 建立一 个与 1 0 0 0 k v实 际 变 电站 运行 状 况 相 同 或相 似的仿 真环 境来对 特 高压变 电 站 的运 行人 员进 行培训 ， 通过 在仿 真培训 系统 上完 成各 种训 练 ， 不仅 可 以全 面而 快速地 提 高 运行 人 员 的操 作 技 能 ， 而 且 通过 反映特 高压设 备在各 种 可能 的异 常和 故 障下 的 现象 、 动作过 程 、 相互 影 响 等 ， 还 可 以提 高 运行 人 员 分析处 理事故 的 能 力 。为使 运行 人 员 更 为 直 观 、 有 效地掌 握交 流特 高压 变 电站 的运 行 技 能 ， 设 计 开 发 了特高 压变 电运行 仿真 培训 系统 。 本 文介绍 了该 系统多 用户 、 多 层次 的结 构 ， 适 应 变 电站设 备 、 综 合 自动 化 系 统 仿 真 的界 面组 态 软 件 开发 ， 灵 活 的的教 练员 控 制 功 能 及 生产 过 程 仿 真 软 件的构 成等 。 1 仿真 系统 的构成 1 1 硬 件构成 该仿真 培训 系统采 用基 于 p c机 的局 域 网 络系 统 ， 它要 求仿 真 系统 的支撑 、 建模 、 运行 、 调度 、 培训 过程全 部在 微机上 完成 。 仿 真 系统 的规 模 由几 台到 几 十 台 p c机 构 成 ， 每台 p c除 了通 常的 配置外 ， 还要 配备 声 音输 入 输 出设备 ， 其中一 台机器作为仿真室控制机 。仿真控 制 机可 控制培 训模式 ， 指 定各 机 的运行 方式 ， 既可 以 使 整个 系统各 单机 独 立 运行 ， 也 可 以 由多 台机 构 成 联合 仿真 系统 。即 特高 压 长 治 站 、 南 阳站 和 荆 门站 可以各站独立运行 ， 也 可以三站联合成网运行 。变 电站仿真培训系统的硬件结构如图 1 所示。 收稿 13期 2 0 0 9 一 l o 一 1 8 作者简介 陈小 珞( 1 9 7 3 一) ， 女 ， 湖北人 ， 湖北省超 高压输 变 电 公 司 工 程 师 。 图 1 仿 真 培训 系 统 的 硬 件 结 构 1 2软件 结构 软 件 是仿 真 系 统 的核 心 ， 包 括 系 统软 件 和 应用 软件 。系统软件是 构成仿真系统开 发和运行 的支 撑 ， 包括 仿真 开发 工具 、 通讯 、 操作 过 程 、 连 锁 控制 和 画 面组 态和调 试 软 件 等 ； 应 用软 件 由仿 真 模 型 软件 构成 ， 对 生产 过程 进行仿 真 。 仿 真支 撑 平 台 在 系统 开 发过 程 中提 供编 程 、 数 据变量管理、 图形组态、 在线调试 等开发工具 ， 在仿 真 系统运 行 中 ， 支 撑 系 统 提 供 实 时 运 行 库 ， 实 时 响 应 。软件 结构 如 图 2所示 。 图 2 仿真培训系统的软件结构 2 系统功能 1 0 0 0 k v 特 高压交 流 试 验示 范工 程 变 电仿 真 培 6 7 箜 誊 型 2 0 0 9年 1 2月 湖 北 电 力 v o 1 3 3 a d d de c 2 009 训 系统仿 真 的对象 包 括 三个 变 电站 及其 连接 电网 ， 考虑 到各 站运 行人 员 不 同 的培 训 需 要 ， 本仿 真 系 统 设计 形式 为 ： 可 自由选 择 为 单 站运 行 模 式 和 三站 运 行模 式 ， 三站模 式 即 为在 独 立 变 电站 的仿 真 系统 基 础上 ， 构 建特 高压 系统 的局部 电 网， 实现站 际之 间的 配合运行操作 ， 反事故演习等联合培训。 2 1 生 产过 程的仿 真 以 1 0 0 o k v特 高 压 变 电 运行 工作 为 主 线 ， 对 特 高压 变 电站 的生产 过 程 进行 全范 围全 过程 的仿 真 。 过程 仿 真模 型 以变 电站 电气 原 理 为 基础 ， 依据 特 高 压 变 电站 的生 产运 行资料 ， 描述 变 电站动 态 、 静态 全 工况 行 为 ； 故 障计算 采用 分布 系数修 改快 速算法 ， 反 映故障时全网络各点 电气参数 的变化过程 ； 全部控 制 、 信号 、 测量 及保 护部分 的数 学模 型及逻 辑模 型与 现 场设计 一致 。 ( 1 ) 监控 主 站 功能 仿 真 ：特 高 压监 控 主站 实 现 对 全站 一次设 备 的监视 、 测量 、 控制 、 管理 、 记 录和报 警 等功 能 ， 是 与运 行 人 员之 间 的接 口。也 可 实现 与 远 方控 制 中心 及 其 它 系 统 的 通 讯 ， 实 现信 息 共享 。 本系统对其主要功能进行 了仿真。 ( 2 ) 综合 自动化 系统 功能仿 真 ： 仿 真 系统对数 据 的采 集 通过对 测控 装 置进 行 仿 真 来 实现 ， 根据 测 控 装 置 内部逻辑关 系 ， 直 接 从 变 量库 中收 集 一次 运 算 数据 。 ( 3 ) 运行监 控仿 真 ： 这 一部分 内容 包含 了对变 电 运行 人 员 日常工作 中 ， 对 全 站设 备 状 态 进行 监 控所 应用 的各 种技术 手段 的仿 真 ， 如 安全监 视功 能 、 报警 信号 、 事 件顺 序 记 录、 故 障记 录、 故 障 录波、 通 过 c r t屏 幕进 行 的操作 控制 等 。 ( 4 ) 仿真 系统对继 电保 护 的仿 真 ： a 保 护定 值 管 理 ： 通过联网， 直接进行任一保护中 ， 读取当前定值 、 修 改定值 ， 打 印 记 录 当 前 定 值 。b 录 波 数 据 分 析 ： 将分 散在 各保护 装 置 中 的录 波 插 件 的记 录保存 ， 将 录波 数据 以波形 显 示 ， 分 析 其最 大 值 、 故 障类 型 、 故 障距 离等 。c 设 备 在 线 智 能 管理 ： 记 录 断 路 器切 断 电流 数值及 相应 的 动作 次 数 ， 为 安 排 断路 器 检修 时 间提供 帮 助 。 ( 5 ) 防误闭锁控制功能仿真 ： 防误功能在“ 五防” 操 作界 面上 实现 。正 常情 况下 ， “ 五 防 ” 可 以监 视 仿 真系统 开关 、 隔离 刀 闸分 合 状 态 。操 作 时 ， 运 行 人 员先在“ 五防” 系统上开列操作票 ， 主要针对一次设 备 的操 作 ， 加 载在 “ 五 防” 系 统上 的防 误 闭锁 逻 辑 判 断遥 控 是否 可以执 行 ， 再 将 操作 的允 许 或禁 止 命 令 下发 到监 控 主站 ， 断路 器 或 刀 闸根 据 接 到 的命 令 执 6 8 行或 取 消操作 。对 于禁 止操 作 的命 令 ， “ 五 防” 系 统 在告 警 窗 内显 示“ x x x操作 防误逻辑 禁止 ! ” 信 号 。 其 次 ， “ 五 防” 系统采 用事件触 发方 式 ， 在 任何 断 路器 的“ 远方 就地 ” 控制 把手打 到“ 就地 ” 位 置 ， 运行 人员 到现 场操 作 ， 监 控 及 调 度端 的遥 控命 令 被 断 路 器控制单元屏蔽 ， 以防止现场有人时 ， 遥控命令下传 导致 事故 发生 。 ( 6 ) 潮流 和短路 计算 ： 通过 网络拓朴 处理 把站 内 一 次设备 操作 开关 或隔离 刀 闸投 切及故 障所 造成 的 实 际 电网结构 变化通 过 动态计算 反映运 行状 态下 的 电压 、 电流 、 有 功及 无 功 分 布 ， 为保 证 仿 真系 统 运行 的速度 ， 必须 采用 快 速 的 网络 拓朴 分 析 、 参 数计 算 ， 避免 迭代 时 间过长 或不 收敛情 况 。 仿 真潮 流 计 算 的 目的不 同于 电网潮 流 计算 ， 在 变 电站 内部 ， 节点 之间 主要是连 通性 的计算 。因此 ， 本设 计 中采用 分部 线 性 化措 施 ， 将 计算 转 为 直 流 网 络 先进行 连通 性计 算 ， 再 根 据外 部 环境 的设 置 进行 各节 点 参数 的计算 。 2 2培 训组 织模式 基于 p c的仿真系统结构， 为组织培训提供 了 灵 活方便 的模 式 ， 从 最简单 的单 机 自培 训模式外 ， 还 可多人共一个主机 ， 在一个站内相互配合进行培训 ， 以及 实现 仿真 培训 教室 ， 多人进行 分别 培训 ， 共 同接 受教 练员 的指 导 。 同时 ， 其 培训 功 能 可 以不 断补 充 扩大 ， 使之成为一个多功能的适应不同对象、 不同层 次学 员 的仿 真 培训 系统 。 ( 1 ) 单 机培 训 ： 单人 独立 在微 机 上 进行 培 训 ， 培 训项 目可 由受训 人 自定 或按 事先 准 备 的 教案 进 行 ， 操作命 令 、 事故 随机或 按教案 顺序发 出 。 ( 2 ) 多 机培 训 ： 多 台微 机 共 同连 接 为一 个 系 统 ， 可进 行多 人 在 同一 仿 真 变 电 站 内的操 作 或 事 故 处 理 ， 加强对 学员 相互配 合 的训 练 。 ( 3 ) 联 网培训 ： 多 台微 机通 过 局 域 网联 接 ， 培 训 过程 由教练 员决定 。培训任务 由教 练员制 订 。教 练 员 可对 每个 学员 分别进 行监控 、 指导 、 记 录和评定 。 2 3学员培 训 功能 ( 1 ) 运行 人员 在仿 真培 训 系统 上 进 行特 高 压 变 电站内所有正常操作 、 巡视及 日常工作的培训， 如电 气的倒闸操作 ： 1 0 0 0 k v输电线路的停 送 电、 5 o 0 k v 输电线路的停 送电、 主变停 送电、 母线停 送电、 倒 母线、 tv停 送电等变电站各项操作。 ( 2 ) 在 仿真 培训 系统上进 行事故 分析 处理 训练 。 仿真 系统实 时仿 真非 正 常 和紧 急 条 件 ( 包 括 故 障和 设 备 异常 ) ， 显 示 变 电站 固 有 的 响应 和 自动 控 制 功 vo 1 3 3 ad d de c 2 009 湖 北 电 力 釜 鲞 型1 2 0 0 9 年1 2 月 能 。当操作 人员 的操 作 随故 障的严 重程度 有 所不 同 时， 仿真模型应能够反映此类 故障严重程度所波及 的范 围及影 响程 度 。 仿真系统所设置的故障可分为离散型故障和连 续性故障两种 ， 这两种故障都能在变电站的设备、 系 统和控 制 过程 中遇 到 。离 散型 故障包 括变 电站在特 定条件 的故 障 ， 如 tv 断 线 、 位 置信 号 不 到 位等 ； 连 续型故障包括站内设备、 系统 和控制过程中在连续 状态下的故障， 如 1 0 0 0 k v、 5 0 0 k v输 电线路各种类 型故障、 1 0 0 0 k v母线 故 障、 5 0 0 k v母 线故 障、 主变 内部 、 外 部 故障 、 所用 交流 、 直流 故障及 全站 停 电 、 系 统 振荡 等各 种变 电站 故障 和异 常 。 2 4教 练 员站控 制 功能 教 练 员站 是 控 制 和指 导培 训 的工具 ， 它 能组 织 培训 模 式 ， 对 各个 学 员 的 仿真 系统 进 行 监 视 、 控 制 、 记 录 ， 并 通 过仿 真 教 室 指 导 各 个 学 员 ， 安 排 培 训 内 容 ， 如操作项 目、 设置故障等 ， 同时， 在培训中它也承 担 生产 调度 的任务 。 ( 1 ) 培训监 视 ： 可 任 意进 人某 一 学 员 机 ， 对 学 员 的操 作过 程进行 监 视 ， 并 可 通 过语 音 系统 与 学 员对 话指 导 。 ( 2 ) 讲课及演示 ： 以广播形式对学员讲课并在仿 真上 演示 。 ( 3 ) 培 训记 录打 印 ： 学 员操作 过 程和事 件 可 由教 练员查 阅 ， 翻看 ， 并存 储 ， 并 可将 学员 培训 过程 、 步骤 打印存 档 。 ( 4 )仿 真 系统控 制 ： a 启动 和初 始 工 况选 择 ： 根 据培训进程的要求启动预先规定或存储 的工况 ， 包 括 零压工 况 、 部 分送 电工 况 、 故 障后 工 况 等 ； b 瞬 时 记 录和设 置初 始状 态 ： 在培训 进行 过程 中， 教练员 可 以存 储任 一 瞬间 的工 况 ， 以便 作 为将 来 的初 始 工 况 调用 ； c 修改 参 数 ： 教 练员 可 以修 改 外 部 参 数 ， 例 如 修改输电线路的负荷大小、 变压器的初始温度等 ； d 故 障设置 ： 教 练员 能控 制 仿 真 系 统 随 时 注入 预 先设 置的故障或撤消正在进行的故障 ， 可以是单项故障， 也可以是设置 的成组故障， 成组故障可以是多个故 障 同时 发 出 ， 也 可按 顺 序 发 出 ； e 冻结 和运 行 ： 根 据 培训 进展 的需 要 ， 随 时 冻结 所 有 的动 态 仿 真 进程 或 解 除冻结 。 3系统技术特点 本 仿真 系统 是 国 内首 次对 1 o 0 o k v 特 高压 交 流 系统运 行培 训进 行 的仿 真 开 发 ， 对 该 系 统 的 总体 设 计始终 遵循