基于RTDS系統(tǒng)的小電流接地選線裝置測試技術(shù)

張婉婕，王軍，趙斌超，楊超，黃秉青

（國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南250003）

基于RTDS系統(tǒng)的小電流接地選線裝置測試技術(shù)

張婉婕，王軍，趙斌超，楊超，黃秉青

（國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南250003）

分析小電流接地系統(tǒng)接地故障特征，建立小型配電網(wǎng)仿真模型，模擬中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地等不同系統(tǒng)運(yùn)行工況下各類單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地故障。對(duì)RTDS系統(tǒng)仿真波形進(jìn)行分析，通過仿真不同系統(tǒng)工況下的接地故障，形成測試項(xiàng)目從易到難的閉環(huán)仿真測試平臺(tái)，同時(shí)應(yīng)用本測試平臺(tái)完成多臺(tái)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(wǎng)模型；故障選線

0 引言

我國的中壓配電網(wǎng)大多采用中性點(diǎn)非有效接地方式，稱為小電流接地系統(tǒng)。與高壓大電流接地系統(tǒng)不同，小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，并不會(huì)出現(xiàn)過大的零序電流，能夠保持單點(diǎn)接地狀態(tài)持續(xù)運(yùn)行1～2 h。

單點(diǎn)接地故障狀態(tài)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(dǎo)致絕緣薄弱區(qū)域發(fā)生擊穿故障，造成兩相接地短路，擴(kuò)大故障范圍。因此，單點(diǎn)接地故障狀態(tài)是一種危險(xiǎn)運(yùn)行狀態(tài)，必須盡快定位故障點(diǎn)并加以排除，確保配電網(wǎng)安全［1］。

小電流接地系統(tǒng)故障類型復(fù)雜，故障特征不明顯，故障選線難度高。目前在運(yùn)的小電流接地系統(tǒng)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(huán)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(xiàn)有選線裝置技術(shù)規(guī)范相對(duì)較少，測試手段和測試標(biāo)準(zhǔn)并不完備。文獻(xiàn)［5～7］分別運(yùn)用PSCAD、RTDS、MATLAB技術(shù)手段，在選線裝置算法比較、原理分析、仿真手段對(duì)比等方面提出測試方案。

基于RTDS系統(tǒng)提出一種較為全面的選線裝置測試技術(shù)，建立小型配電網(wǎng)仿真模型，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際設(shè)定仿真故障類型及故障參數(shù)，通過模擬現(xiàn)場可能出現(xiàn)的故障類型，對(duì)十余種不同廠家和原理的選線裝置選線準(zhǔn)確度進(jìn)行測試。

1 小電流接地系統(tǒng)故障特征分析

小電流接地系統(tǒng)突出特點(diǎn)是單相接地后電弧能夠自動(dòng)熄滅。小電流接地系統(tǒng)的接地方式主要包括中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地、中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地。由于存在供電可靠性、過電壓等問題，中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地方式應(yīng)用較少［8-9］。本文選線裝置測試技術(shù)建模只討論中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈

接地兩種方式。

小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，零序電流分布如圖1所示。

圖1 中性點(diǎn)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(tǒng)，若接地方式為中性點(diǎn)不接地，發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障線路故障點(diǎn)上游零序電流方向?yàn)閺木€路指向母線，非故障線路及非故障相別零序電流方向?yàn)閺哪妇€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(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，由于電感電流的存在，欠補(bǔ)償方式下故障線路零序電流方向?yàn)閺木€路指向母線，過補(bǔ)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(tǒng)參數(shù)和失諧度相關(guān)，故障點(diǎn)上游零序電流值隨測量點(diǎn)到母線距離的增加而減小。

2 基于RTDS系統(tǒng)的測試模型建立

參照110 kV玉涵站10 kV低壓側(cè)出線，建立基于RTDS系統(tǒng)的小型配電網(wǎng)仿真模型如圖2所示。模型采用110 kV電源供電，經(jīng)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(wǎng)，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(wǎng)在運(yùn)的線路類型。

模型中架空線路、電纜線路均根據(jù)配電網(wǎng)現(xiàn)場典型應(yīng)用選型，架空線路仿真模型參照J(rèn)KLYJ／Q-10 1×120 mm2鋁芯交聯(lián)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(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套電力電纜，線路模型參數(shù)與真實(shí)線路參數(shù)保持一致。

圖2 小型配電網(wǎng)仿真模型

結(jié)合配電網(wǎng)現(xiàn)場實(shí)際情況，分析配電網(wǎng)中可能發(fā)生的各接地故障類型，仿真小型配電網(wǎng)發(fā)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(fā)展性故障等類型的接地故障工況，用于測試選線裝置對(duì)不同類型接地故障的選線準(zhǔn)確度。

3 基于RTDS系統(tǒng)的測試仿真結(jié)果分析

基于圖2所示小型配電網(wǎng)仿真模型，對(duì)配電線路發(fā)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(jìn)行仿真。對(duì)于中性點(diǎn)不接地方式配電網(wǎng)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(diǎn)不接地方式故障波形

對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式配電網(wǎng)模型，調(diào)節(jié)消弧線圈失諧度使配電網(wǎng)系統(tǒng)工作于過補(bǔ)償方式，模擬故障類型與中性點(diǎn)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(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地（過補(bǔ)償）方式故障波形

比較圖3和圖4可以看出，中性點(diǎn)接地方式不同對(duì)接地故障零序電壓、電流有較大影響。圖3中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)的暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)特征更為明顯；圖4中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)接地故障時(shí)，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(duì)于多點(diǎn)接地故障類型，仿真模擬配電網(wǎng)中某兩條饋線先后發(fā)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(diǎn)接地仿真波形

對(duì)比圖5中不同接地方式下，系統(tǒng)發(fā)生多點(diǎn)接地故障前后的零序電流波形可知，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生多點(diǎn)接地故障后，零序電流幅值明顯增加，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)多點(diǎn)接地后，故障電流稍有增加，但增幅較小。

此外，還有經(jīng)過渡電阻接地故障、發(fā)展性故障、多點(diǎn)接地故障、系統(tǒng)不平衡時(shí)的發(fā)生接地故障等仿真測試項(xiàng)目，以及中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地在欠補(bǔ)償、全補(bǔ)償方式下的各類接地故障測試項(xiàng)目，此處不再贅述。

4 基于RTDS系統(tǒng)的測試技術(shù)應(yīng)用

基于RTDS系統(tǒng)搭建閉環(huán)仿真測試平臺(tái)，用于選線裝置選線性能及選線準(zhǔn)確度測試。閉環(huán)仿真測試平臺(tái)主要由RTDS實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng)、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(tǒng)仿真結(jié)果通過GTAO模擬量輸出板

卡輸出，經(jīng)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(jié)果通過GTDI數(shù)字量輸入板卡返回至RTDS系統(tǒng)，形成閉環(huán)仿真測試平臺(tái)。

在閉環(huán)仿真測試平臺(tái)上對(duì)多臺(tái)不同原理的選線裝置的選線準(zhǔn)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(wěn)態(tài)分量比較法、故障電流暫態(tài)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(huán)仿真測試平臺(tái)

基于RTDS系統(tǒng)的小電流接地選線裝置測試模型中包括不同系統(tǒng)工況下接地故障類型共計(jì)100余種、測試項(xiàng)目6 000余次，測試結(jié)果能夠較為全面地體現(xiàn)選線裝置的選線性能、不同工況下選線準(zhǔn)確度變化趨勢、長時(shí)間運(yùn)行時(shí)選線裝置穩(wěn)定性。測試結(jié)果能夠有效支撐選線裝置比對(duì)評(píng)價(jià)。

5 結(jié)語

通過建立小型配電網(wǎng)RTDS仿真模型和閉環(huán)測試平臺(tái)，分別在中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式下，引入金屬性接地、弧光接地、多點(diǎn)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(jié)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(tǒng)諧振接地［M］.北京：中國電力出版社，2000.

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

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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(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)方面的研究。