一種基于ADPSS的小電流接地選線裝置測試方法的研究

徐明宇，王 冰，于海洋，武國良，崔佳鵬

（1.黑龍江省電力科學研究院，黑龍江 哈爾濱 150030；2.哈爾濱智能熱電設計院，黑龍江 哈爾濱 150090）

一種基于ADPSS的小電流接地選線裝置測試方法的研究

徐明宇1，王 冰2，于海洋1，武國良1，崔佳鵬1

（1.黑龍江省電力科學研究院，黑龍江 哈爾濱 150030；2.哈爾濱智能熱電設計院，黑龍江 哈爾濱 150090）

小電流接地系統經常發生故障，影響電網的安全運行。以ADPSS仿真系統為主要研究工具，分析對比了中性點不接地、經消弧線圈接地、小電阻接地3種不同小電流接地方式下4種選線裝置的性能。同時，結合實例對選線裝置性能進行了分析，結果表明各裝置都能可靠動作。

小電流接地系統；選線裝置；接地方式

我國大多數配電網均采用中性點不直接接地系統，即小電流接地系統，它通常包括3種方式，即中性點不接地方式、經消弧線圈接地方式、經電阻接地方式［1］。此類系統在發生單相接地時，由于故障點的電流很小，并不破壞系統電壓的對稱性，對負荷供電沒有影響，因此允許故障線路或設備再繼續運行1～2 h，而不必立即跳閘［2］。但是單相接地故障發生后，由于其它兩相對地電壓要升高為原來的3倍，對設備絕緣造成威脅，如不及時處理可發展成相間短路［3］。所以當系統發生首次單相接地故障時，應該迅速地把故障線路檢測出來，并及時切除。國內多家風場曾發生過由于35kV系統單相故障沒有及時切除而誘發的風電機群連鎖反應切出事故，嚴重影響了電網安全［4］。由此可見，小電流接地選線裝置對提高供電可靠性起著重要作用，小電流接地選線裝置的檢測具有重要意義［5］。

本文針對35kV小電流接地系統，利用ADPSS全數字仿真系統搭建模型，對多家小電流接地選線裝置進行檢測，分析了3種不同接地方式下（不接地、經消弧線圈接地、小電阻接地）裝置的性能，并對裝置的動作特性進行比較，驗證了試驗方法的可行性［6］。

1 搭建模型

本文基于ADPSS仿真系統搭建典型的35kV系統配網線路模型進行故障模擬仿真，并對相應小電流接地選線裝置進行故障測試，對比分析各選線裝置的性能。ADPSS系統是由中國電科院研發的基于高性能PC機群的全數字仿真系統。該仿真裝置可模擬電力系統的各種暫態過程，具備標準化電網模型、故障序列庫以及各類自動化測試流程。仿真系統與物理接口箱、功率放大裝置連接以后，能夠將仿真計算所模擬出的實時電壓、電流直接輸入到待檢的小電流接地選線裝置，實現對選線裝置的動態檢測。利用ADPSS無窮大電壓源來進行等值，對系統進行建模，模型如圖1所示。

圖1 仿真試驗模型

無窮大系統經降壓變對4條線路供電，降壓變可實現3種不同接地方式（不接地、經消弧線圈接地、小電阻接地）。為了全面檢測小電流選線裝置性能，4條不同長度線路包含架空線、電纜、架空線與電纜混合3種。其中1號線為8 km電纜線路，2號線為10 km架空線路，3、4號線為10 km電纜架空混合線路。變壓器及線路參數如圖2—圖4所示。

圖2 降壓變參數

圖3 電纜參數

圖4 架空線參數

2 試驗分析

2.1 試驗方法

利用本試驗模型對4家小電流選線裝置進行測試，裝置的選線原理一般分為中性點不接地系統選線原理、中性點經消弧線圈接地系統選線原理及中性點經電阻接地系統選線原理。中性點不接地系統和中性點經電阻接地系統選線原理一般是實時檢測母線零序電壓和各出線零序電流，通過判斷零序電壓的大小、零序電流的大小及各量之間的相位關系進行選線。中性點經消弧線圈接地系統選線原理主要分為零序電流5次諧波法、有功功率法及有效域法，這種接地方式故障選線比較困難。

試驗分為以下工況。

a.35kV為不接地系統情況下1～4號線路故障。

b.35kV為經0.871 2 H消弧線圈（過補償）接地系統情況下1～4號線路故障。

c.35kV為經800 Ω電阻接地系統情況下1號、2號線路故障。

試驗錄取數據如表1—表3所示，試驗錄取波形如圖2—圖4所示。其中UA、UB、UC分別為35kV三相母線電壓，UL為母線零序電壓，I01、I02、I03、I04分別為1～4號線路零序電流，35kV母線的TV變比為35kV／100 V，線路零序電流采用三相電流相量和的方式，TA變比為300 A／5 A。

2.2 動作分析

圖5—圖8是35kV為不接地系統時4條線路故障錄波圖。其中圖5為1號線A相金屬性永久接地故障，故障時母線電壓UA降低為0，UB、UC升高為線電壓值，母線零序電壓UL上升為相電壓值，1號線零序電流I01為其它非故障3條線路零序電流之和，UL超前I01為91.22°，符合典型的小電流不接地系統單相金屬性接地故障原理。圖6—圖8同樣符合小電流不接地系統故障現象，圖5—圖8詳細數據見表1所示。

表1 35kV為不接地系統時試驗數據

表2 35kV為經800 Ω電阻接地系統時試驗數據

圖9—圖12是35kV為經800 Ω接地系統時4條線路故障錄波圖。其中圖9為1號線A相金屬性永久接地故障，故障時母線電壓UA降低為0，UB、UC升高為線電壓值，母線零序電壓UL上升為相電壓值，1號線零序電流I01由于中性點接地電阻的存在有所增大，非故障相零序電流不變，UL超前I01約為120°，符合中性點經電阻接地系統單相金屬性接地故障原理。圖9—圖12詳細數據見表2所示。

表3 35kV為經0.871 2 H消弧線圈（過補償）接地系統時試驗數據

圖5 35kV為不接地系統下1號線0%處A相金屬性永久接地

圖6 35kV為不接地系統下2號線100%處AB相金屬性永久接地

圖7 35kV為不接地系統下3號線0%處AB相經100 Ω過渡電阻永久接地

圖8 35kV為不接地系統下4號線100%處A相經100 Ω過渡電阻永久接地

圖9 35kV為經800 Ω電阻接地系統下1號線0%處A相金屬性永久接地

圖10 35kV為經800 Ω電阻接地系統下2號線100%處AB相金屬性永久接地

圖11 35kV為經800 Ω電阻接地系統下3號線0%處AB相經80 Ω過渡電阻永久接地

圖12 35kV為經800 Ω電阻接地系統下4號線100%處AB相經80 Ω過渡電阻永久接地

圖13—圖14是35kV為經消弧線圈（過補償）接地系統時2條線路故障錄波圖。其中圖13為1號線A相金屬性永久接地故障，故障時母線電壓UA降低為0，UB、UC升高為線電壓值，母線零序電壓UL上升為相電壓值，1號線零序電流I01由于中性點消弧線圈的存在有所減小，非故障相零序電流不變，UL超前I01約為－93.92°，符合中性點經消弧線圈系統單相金屬性接地故障原理。圖13—圖14詳細數據見表3所示。

圖13 35kV為經0.871 2 H消弧線圈接地系統下1號線0%處A相金屬性永久接地

圖14 35kV為經0.871 2 H消弧線圈接地系統下2號線100%處AB相經80 Ω過渡電阻永久接地

測試過程中，4臺裝置在不接地系統、電阻接地系統測試中動作正確，沒有發生誤動情況。在消弧線圈接地系統測試中，各小電流選線裝置采用的原理不同。有2家裝置采用5次諧波法，其中1臺裝置需要判斷零序電壓及零序電流的5次諧波含量及它們之間的相位關系，另1臺裝置只需要判斷零序電壓及零序電流的5次諧波含量，不判相位關系。第3家裝置則采用有效域的技術，即把多種方法如5次諧波法、有功分量法、小波法等相結合，各方法界定了有效域。在實際試驗中，如故障量存在5次諧波含量，采用5次諧波法的裝置能夠可靠動作，但由于其中1臺需要判斷諧波相位，所以對含量要求會更高一些。采用有效域技術的裝置則無論故障量有沒有諧波含量，都能動作。

3 結束語

在實際應用中，由于接地故障的復雜性、線路不平衡電流與零序電流互感器的誤差，以及電網中諧波分量，小電流選線裝置的動作準確性受到一定影響，所以小電流選線裝置應根據實際應用情況將工作原理進行有機結合，這樣才能達到滿意的效果。

通過試驗證明，基于ADPSS仿真系統實現的小電流接地選線裝置檢測方法實用、有效，能夠檢測裝置的各項性能指標。

［1］李也白，唐克義，張霄霄，等.小波包原理小電流接地選線裝置的研發與應用［J］.電力系統及其自動化學報，2013，25（2）：159－162.

［2］武衛平，孔玉娟.變電運行培訓小電流接地選線裝置應用［J］.東北電力技術，2010，31（12）：27－28.

［3］陳昌鵬.小電流接地選線及故障定位方法［J］.東北電力技術，2004，25（6）：6－10.

［4］李大鵬，張 畫，李 騰.基于特征頻帶小波包分析的小電流接地故障選線研究［J］.東北電力技術，2012，33（7）：17－19，26.

［5］邵寶珠，宋 丹，王優胤.小電流接地系統單相接地故障選線方法［J］.東北電力技術，2010，31（8）：23－26.

［6］王 龍.新型小電流接地選線裝置的開發應用［J］.中國科技信息，2014，26（13）：149－150.

Study on Test Method of Small Current Grounding Line Selection Device Based on ADPSS

XU Ming?yu1，WANG Bing2，YU Hai?yang1，WU Guo?liang1，CUI Jia?peng1
（1.Heilongjiang Electric Power Research Institute，Harbin，Heilongjiang 150030，China；2.Harbin Intelligence Thermo?electricity Designing Institute，Harbin，Heilongjiang 150090，China）

The small current grounding system often fails which affects the grid safe.Performance function for four kinds line selection devices which are applied to the small current grounding system through three different earthed modes are analyzed comparatively.The conclusion indicates that all devices can act reliably.

Small current grounding system；Line selection device；Earthed mode

TM862

A

1004－7913（2016）07－0029－05

徐明宇（1983—），男，碩士，高級工程師，從事繼電保護及自動化研究工作。

2016－04－16）