基于RTDS系統的小電流接地選線裝置測試技術

張婉婕，王軍，趙斌超，楊超，黃秉青

（國網山東省電力公司電力科學研究院，濟南250003）

基于RTDS系統的小電流接地選線裝置測試技術

張婉婕，王軍，趙斌超，楊超，黃秉青

（國網山東省電力公司電力科學研究院，濟南250003）

分析小電流接地系統接地故障特征，建立小型配電網仿真模型，模擬中性點不接地、中性點經消弧線圈接地等不同系統運行工況下各類單點接地、多點接地故障。對RTDS系統仿真波形進行分析，通過仿真不同系統工況下的接地故障，形成測試項目從易到難的閉環仿真測試平臺，同時應用本測試平臺完成多臺不同原理選線裝置的選線性能測試工作。

小電流接地；RTDS仿真；配電網模型；故障選線

0 引言

我國的中壓配電網大多采用中性點非有效接地方式，稱為小電流接地系統。與高壓大電流接地系統不同，小電流接地系統發生單相接地故障后，并不會出現過大的零序電流，能夠保持單點接地狀態持續運行1～2 h。

單點接地故障狀態下，故障相電壓下降為0，非故障相電壓幅值升高倍。電壓升高可能導致絕緣薄弱區域發生擊穿故障，造成兩相接地短路，擴大故障范圍。因此，單點接地故障狀態是一種危險運行狀態，必須盡快定位故障點并加以排除，確保配電網安全［1］。

小電流接地系統故障類型復雜，故障特征不明顯，故障選線難度高。目前在運的小電流接地系統接地故障選線裝置種類繁多，選線算法和原理各不相同，在安裝使用和適用環境等方面也存在非常大的差異［2-4］。

在小電流接地故障選線方面，現有選線裝置技術規范相對較少，測試手段和測試標準并不完備。文獻［5～7］分別運用PSCAD、RTDS、MATLAB技術手段，在選線裝置算法比較、原理分析、仿真手段對比等方面提出測試方案。

基于RTDS系統提出一種較為全面的選線裝置測試技術，建立小型配電網仿真模型，結合現場實際設定仿真故障類型及故障參數，通過模擬現場可能出現的故障類型，對十余種不同廠家和原理的選線裝置選線準確度進行測試。

1 小電流接地系統故障特征分析

小電流接地系統突出特點是單相接地后電弧能夠自動熄滅。小電流接地系統的接地方式主要包括中性點不接地、中性點經消弧線圈接地、中性點經高阻接地。由于存在供電可靠性、過電壓等問題，中性點經高阻接地方式應用較少［8-9］。本文選線裝置測試技術建模只討論中性點不接地、中性點經消弧線圈

接地兩種方式。

小電流接地系統發生單相接地故障時，零序電流分布如圖1所示。

圖1 中性點非有效接地零序電流方向示意

如圖1中所示的小電流接地系統，若接地方式為中性點不接地，發生單相接地故障時，故障線路故障點上游零序電流方向為從線路指向母線，非故障線路及非故障相別零序電流方向為從母線指向線路，故障線路零序電流為所有非故障線路零序電流之和。

若接地方式為中性點經消弧線圈接地，由于電感電流的存在，欠補償方式下故障線路零序電流方向為從線路指向母線，過補償方式下為從母線指向線路，故障線路零序電流大小與系統參數和失諧度相關，故障點上游零序電流值隨測量點到母線距離的增加而減小。

2 基于RTDS系統的測試模型建立

參照110 kV玉涵站10 kV低壓側出線，建立基于RTDS系統的小型配電網仿真模型如圖2所示。模型采用110 kV電源供電，經Y／△變壓器降壓后形成包含I段母線、6條饋出線的10 kV小型配電網，饋出線包括2條電纜線路、2條架空線路、1條架空電纜混合線路和1條T接架空線路，基本涵蓋配電網在運的線路類型。

模型中架空線路、電纜線路均根據配電網現場典型應用選型，架空線路仿真模型參照JKLYJ／Q-10 1×120 mm2鋁芯交聯聚乙烯絕緣架空線，電纜線路仿真模型參照YJV22-8.7／10 1×300 mm2交聯聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜，線路模型參數與真實線路參數保持一致。

圖2 小型配電網仿真模型

結合配電網現場實際情況，分析配電網中可能發生的各接地故障類型，仿真小型配電網發生金屬性接地、弧光接地、間歇性接地、間歇性弧光接地、高阻接地、發展性故障等類型的接地故障工況，用于測試選線裝置對不同類型接地故障的選線準確度。

3 基于RTDS系統的測試仿真結果分析

基于圖2所示小型配電網仿真模型，對配電線路發生金屬性接地、弧光接地、間歇性接地、間歇性弧光接地4種類型故障進行仿真。對于中性點不接地方式配電網模型，仿真故障零序電壓、故障相零序電流波形如圖3所示。

圖3 中性點不接地方式故障波形

對于中性點經消弧線圈接地方式配電網模型，調節消弧線圈失諧度使配電網系統工作于過補償方式，模擬故障類型與中性點不接地方式相同，故障零序電壓、故障相零序電流波形如圖4所示。

圖4 中性點經消弧線圈接地（過補償）方式故障波形

比較圖3和圖4可以看出，中性點接地方式不同對接地故障零序電壓、電流有較大影響。圖3中性點不接地系統發生接地故障時的暫態、穩態特征更為明顯；圖4中性點經消弧線圈接地系統接地故障時，電感電流的存在使得故障零序電流特征減弱，選線難度增加。

對于多點接地故障類型，仿真模擬配電網中某兩條饋線先后發生接地故障的情況，故障零序電壓、故障線路零序電流波形如圖5所示。

圖5 多點接地仿真波形

對比圖5中不同接地方式下，系統發生多點接地故障前后的零序電流波形可知，中性點不接地系統發生多點接地故障后，零序電流幅值明顯增加，中性點經消弧線圈接地系統多點接地后，故障電流稍有增加，但增幅較小。

此外，還有經過渡電阻接地故障、發展性故障、多點接地故障、系統不平衡時的發生接地故障等仿真測試項目，以及中性點經消弧線圈接地在欠補償、全補償方式下的各類接地故障測試項目，此處不再贅述。

4 基于RTDS系統的測試技術應用

基于RTDS系統搭建閉環仿真測試平臺，用于選線裝置選線性能及選線準確度測試。閉環仿真測試平臺主要由RTDS實時數字仿真系統、功率放大器、被測選線裝置和故障錄波器組成，如表1所示。

RTDS系統仿真結果通過GTAO模擬量輸出板

卡輸出，經功率放大器輸出為交流二次電壓、電流量，同步接入所有被測裝置及故障錄波器，最后各被測裝置選線結果通過GTDI數字量輸入板卡返回至RTDS系統，形成閉環仿真測試平臺。

在閉環仿真測試平臺上對多臺不同原理的選線裝置的選線準確度展開測試，被測裝置所采用的選線原理包括故障電流穩態分量比較法、故障電流暫態分量比較法、零序電流功率方向比較法以及分布式故障零序電流基波分量比較法等。

表1 閉環仿真測試平臺

基于RTDS系統的小電流接地選線裝置測試模型中包括不同系統工況下接地故障類型共計100余種、測試項目6 000余次，測試結果能夠較為全面地體現選線裝置的選線性能、不同工況下選線準確度變化趨勢、長時間運行時選線裝置穩定性。測試結果能夠有效支撐選線裝置比對評價。

5 結語

通過建立小型配電網RTDS仿真模型和閉環測試平臺，分別在中性點不接地、中性點經消弧線圈接地方式下，引入金屬性接地、弧光接地、多點接地等故障類別的仿真分析，完成十余種選線裝置6 000余次測試。測試結果表明，該方法在選線裝置性能測試方面有良好的效果。

［1］要煥年，曹梅月.電力系統諧振接地［M］.北京：中國電力出版社，2000.

［2］肖白，束洪春，高峰.小電流接地系統單相接地故障選線方法綜述［J］.繼電器，2001，29（4）：16-20.

［3］李冬輝，史臨潼.非直接接地系統單相接地故障選線方法綜述［J］.繼電器，2004，32（18）：74-78.

［4］程路，陳喬夫.小電流接地系統單相接地選線技術綜述［J］.電網技術，2009，33（18）：219-224.

［5］莊良文，黃立濱，柳山，等.基于RTDS的小接地系統單相接地故障選線方法比較分析［J］.繼電器，2003，31（11）：32-35.

［6］王波.基于PSCAD與RTDS的配電網小電流接地故障仿真結果分析［J］.電氣技術，2014（8）：7-10.

［7］于然，付周興，王清亮，等.基于MATLAB的里約熱內盧建模仿真及故障分析［J］.高壓電器，2011，47（9）：95-99.

［8］劉明巖.配電網中性點接地方式的選擇［J］.電網技術，2004，28（16）：86-89.

［9］蘇繼鋒.配電網中性點接地方式研究［J］.電力系統保護與控制，2013，41（08）：141-148.

Testing Technology of Line-selection Device in Small Current Grounding System Based on RTDS

ZHANG Wanjie，WANG Jun，ZHAO Binchao，YANG Chao，HUANG Bingqing
（State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China）

Based on the analysis of fault characteristics in small current grounding system，a simulation model of small distribution network is introduced.The simulation model may be used to calculate fault cases of single-point grounding and multi-point grounding conditions in ungrounded and neutral grounding via arc extinguishing coil systems.By means of different fault cases simulation on different power system conditions，a closed-loop simulation testing platform is conformed.With the testing platform，several line selection devices tests with different principles have been accomplished.

small current grounding system；RTDS simulation；distribution network model；fault line selection

TM743

A

1007-9904（2016）09-0020-04

2016-04-06

張婉婕（1988），女，工程師，從事電力系統繼電保護技術方面的研究。