中電阻法小電流選線的RTDS測試可行性分析

王俊杰, 江智軍, 周江源

(1. 南昌大學 信息工程學院, 江西 南昌 330031; 2. 華中科技大學 電氣與電子工程學院, 湖北 武漢 430074)

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中電阻法小電流選線的RTDS測試可行性分析

王俊杰1, 江智軍1, 周江源2

(1. 南昌大學 信息工程學院, 江西 南昌 330031; 2. 華中科技大學 電氣與電子工程學院, 湖北 武漢 430074)

建立了基于實時數字仿真儀(Real Time Digital Simulator, RTDS)的中電阻法小電流接地系統仿真平臺，設置了不同類型的單相接地故障。利用中電阻法原理分析了仿真結果。分析表明，利用中電阻法可以克服消弧線圈等因素的影響，短暫增大故障電流，有利于選線裝置正確選出故障線路，分析得出的結論與仿真情況一致，證明了該仿真平臺對于中電阻法選線裝置的檢驗有一定的適用性和可信度，從而證明了將RTDS用于對中電阻法選線裝置的性能檢驗是可行的。

小電流接地系統; 中電阻法; 實時數字仿真儀; 裝置檢驗; 單相接地故障

0 引 言

我國電力行業相關標準規定，當系統電容電流超過10A時，中性點需經消弧線圈接地[1]，這種中性點接地方式可以有效補償故障電流，提高供電可靠性，但同時也使得故障特征更為不明顯，導致許多選線方法失效，因此，主動增大選線信號便成了選線裝置克服諧振系統選線困難的一種重要方法[2]。

實時數字仿真儀(Real Time Digital Simulator, RTDS)能夠通過高速計算電力系統運算法則，因而能持續不斷地輸出，可以如實反映實際電力系統的情形，因此，RTDS可廣泛運用于電力行業。文獻[3-4]介紹了RTDS對直流輸電系統的仿真，文獻[5-6]將其應用在光伏領域。文獻[7]將其應用于對消弧線圈調節器的分析。文獻[8]將RTDS用于對電力系統保護方案的測試。文獻[9]將其應用于對電力系統穩定器的分析。從以上文獻可以看出，RTDS在多種領域都有良好的表現。本文考慮將其用來測試基于中電阻法的小電流接地選線裝置的測試。

文獻[10]對接地選線裝置的性能評價方法做出了研究。文獻[11]對中電阻選線方法做出了優化，并給出了工程實例。文獻[12]搭建了RTDS仿真平臺，文獻[13-16]利用RTDS仿真平臺對采用各種選線方法的裝置進行了性能測試，但暫時還沒有文獻將RTDS應用于中電阻法選線裝置的測試，因而有必要研究其可行性。

本文分析了并聯中值電阻的選線方法的工作原理，基于RTDS搭建了諧振接地系統的仿真平臺，用中電阻法來分析仿真結果，選出故障線路，并和仿真時的故障設置進行比較，證明了可用RTDS來檢驗中電阻法選線裝置的性能。

1 中電阻法小電流選線原理

1.1 理論分析

中性點經消弧線圈并聯電阻接地系統如圖1所示。系統的三條饋線分別為L1，L2，L3，假設線路L3的C相單相接地，則C相的對地電容被短路，圖1中的箭頭即表示系統的零序電流的分布。L即為消弧線圈的電感，RN即為選線時投切的中電阻，利用開關K控制RN的投切，UA,UB,UC表示系統三相電壓，C01,C02,C03分別為饋線L1，L2和L3的等效對地電容，Ijd為接地點電流，Rd為接地電阻。

圖1 中性點經消弧線圈并聯電阻接地示意圖

圖2 單相接地故障等效電路圖

RN投入后，健全線路L1的零序電流不變，依然等于其電容電流，可以表示為：

(1)

(2)

可以看出，并聯電阻前，因為消弧線圈具有補償作用，故障線路的零序電流很小，并聯電阻之后，流過并聯電阻的阻性電流主要流經故障線路，且并沒有被補償，因此故障線路零序電流就明顯增大，健全線路零序電流基本不受影響，利用這一點可以輕松選出故障線路。

1.2 中電阻法小電流選線的工作原理

系統正常運行時，圖1中開關K打開，中性點接地方式為經消弧線圈接地。當單相接地故障發生的時候，系統將產生零序電壓并超過整定值。在故障初期不投入并聯中電阻，依靠消弧線圈的電感電流來補償故障電流，并消除瞬時故障，提高系統自動消除瞬時故障的幾率。一段時間以后，若零序電壓仍然存在，判斷是否為虛幻接地所產生，若不是，則將故障判定永久性接地故障，計算機便控制K閉合，將RN投入開始故障選線，采樣各線路的零序電流，幾個周期以后再將RN切除，選線裝置根據采樣得到的信息選出故障線路。在投入RN的這幾個周期(小于1 s)內，對于故障線路，其零序電流有很大的增量，而健全線路零序電流基本不變，兩者零序電流就有非常明顯的區別。若單相接地發生在母線，則所有饋線的零序電流在RN投入前后基本沒有變化。這就解決了小電流接地系統故障選線中遇到的故障信號微弱的問題，且對于高阻、低阻、金屬性接地及間歇性弧光接地都能很好地識別。

2 諧振接地系統的RTDS仿真平臺

2.1 確定線路參數

搭建仿真模型時，輸電線路采用架空線模型，考慮到在實際電網中，線路參數存在不平衡的情況，因此會產生零序電壓，為了仿真這一情況，架空線模型選擇分布參數模型。小電流接地系統線路較為復雜，線路長度不僅要參考其在實際電網中的長度，還要考慮仿真步長的影響，經過對實際配網的多方面考察，搭建出如圖3所示的10 kV的諧振接地系統，能夠較為真實地模擬實際故障。圖3所示系統經6條架空線路向用戶供電，線路的主要參數為：正序阻抗為0.132 Ω/km，正序感抗為0.357 Ω/km，正序容抗為0.5 MΩ·km，零序阻抗為0.396 Ω/km，零序感抗為1.071 Ω/km，零序容抗為1.5 MΩ·km。

圖3 中性點經消弧線圈接地仿真系統

2.2 確定并聯中電阻阻值

投入并聯電阻是為了提供足夠豐富的故障信息，方便選線，但是不合適的阻值可能會產生較大的故障電流，對系統不利，因此選擇并聯中電阻阻值的原則為：為故障選線提供豐富的故障信息，在不同過渡電阻下正確選出故障線路，同時產生的故障電流不超過10 A。表1和表2分別為電網在金屬性接地和100 Ω過渡電阻接地時的故障電流，可以看出，消弧線圈并聯電阻取值720 Ω是符合要求的，產生的故障電流不大。

表1 金屬性接地時的單相接地故障電流

3 仿真結果與分析

根據圖3搭建了基于RTDS的仿真平臺，針對不同饋線和母線進行了單相接地故障仿真，以故障發生在線路L1的C相為例進行說明。仿真時過渡電阻取0 Ω和100 Ω兩種情況，脫諧度ν設定為10%，并聯中電阻取720 Ω。表3和表4分別記錄了各饋線在中電阻投入前后的零序電流值，表5記錄了中電阻投入所引起的各饋線零序電流的增量。

表2 過渡電阻為100 Ω時的單相接地故障電流

從表3可以看出，在并聯電阻RN投入之前，消弧線圈的電感電流大大地補償了故障電流，所以各饋線的零序電流大小差別不大，且饋線L1和L5的零序電流均大于1 A，并不能從中判斷出是故障線路；在投入并聯電阻后，從表4、表5不難看出線路L1的零序電流明顯增加，其余的5條線路則零序電流大小變化甚微，根據中電阻選線原理，可以判斷是線路L1發生故障，此判斷與仿真時設置的故障吻合。

表3 并聯電阻前的各饋線零序電流

表4 并聯電阻后的各饋線零序電流

表5 并聯電阻前后的各饋線零序電流增量

4 結 語

在模擬系統運行時，RTDS具有實時性的優點，因此RTDS廣泛應用于對各種小電流選線裝置進行測試。本文在分析中電阻法小電流選線基本理論的基礎上，搭建了基于RTDS的小電流接地系統的仿真平臺，設置了不同類型的單相接地故障，提取了投入并聯電阻前后各饋線的零序電流，并根據中電阻法選線原理對仿真結果進行了分析，判斷出的故障線路與仿真時的故障設置保持一致，證明了將RTDS用于中電阻法選線裝置的性能測試是可行的，為后續的選線裝置的性能檢驗提供了依據。

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Feasibility Analysis Using RTDS for Small Current Line Selection Based on Medium Resistance Method

WANGJun-jie1,JIANGZhi-jun1,ZHOUJiang-yuan2

(1. Information Engineering School， Nanchang University, Nanchang 330031, China; 2. School of Electrical and Engineering， Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China)

The correctness of single-phase grounded fault line selection device is very low because of the complex distribution network structure. The apparatus for fault line selecting based on medium resistance method is one of the types of facilities used for practical applications in the neutral un-effectual grounded system (NUS). In order to achieve continuous improvement and development of NUS, it is necessary to conduct a comprehensive testing on its line-selecting performance. This paper introduces the basic principle of the line selecting method based on medium resistance method, establishes a NUS simulation platform for medium resistance method based on RTDS, and different types of single-phase grounding fault are set up. Simulation results are analyzed by medium resistance method. The analysis shows that the influence of Peterson coil can be overcame by medium resistance method, this method can increase the fault current for a short time, and is good for the fault line selection. This conclusion is in agreement with the simulation. This demonstrates that the simulation platform has certain applicability and credibility for testing such apparatus, and proves that RTDS is feasible for the performance testing of such apparatus.

neutral un-effectual grounded system； medium resistance method； real time digital simulator； single-phase grounding fault

2015-11-26

國家電網公司科技項目(52182014001A)

王俊杰(1990-)，男，江西高安人，碩士生，研究方向：電力電子與電力傳動。

Tel.:13687006103; E-mail:wjjkobe @gmail.com

TM 732

A

1006-7167(2016)08-0135-03