霍永紅，李洪戰(zhàn)，宋志明，王 莉

（山東電力職工技能培訓(xùn)中心，山東 泰安 271000）

0 引言

110 kV及以上系統(tǒng)屬于大接地電流系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生接地故障后，電壓和電流的變化比較復(fù)雜。采取有效的方法進(jìn)行分析，幫助運(yùn)行人員做出正確的決策，保證供電的可靠性意義重大。通常采用的方法是利用對稱分量法，求出故障后的電壓，電流等參數(shù)量，再進(jìn)行定性的分析［1］，但根據(jù)多年的培訓(xùn)和教學(xué)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)這種方法需要畫出各參數(shù)的相量圖，復(fù)雜且抽象，不利于掌握，這已經(jīng)成為擺在現(xiàn)場變電運(yùn)行和繼電保護(hù)維護(hù)人員面前的難題，影響了現(xiàn)場工作人員對保護(hù)的動(dòng)作行為和特性的進(jìn)一步分析。如何提高培訓(xùn)質(zhì)量，使復(fù)雜的過程淺顯化，使抽象的問題形象化，迫切需要一種簡單易行、便于理解和掌握的方法。采用加拿大進(jìn)口的RTDS（Real Time Digital Simulator）設(shè)備，搭建了一個(gè)220 kV單側(cè)電源供電系統(tǒng)的模型，專門設(shè)置各種接地故障，獲取波形，形象、直觀地分析大接地電流系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)電壓和電流等參數(shù)的變化特點(diǎn)，便于學(xué)員理解和掌握。

1 系統(tǒng)模型介紹

1.1 系統(tǒng)模型組成

等效電源。電壓等級為115 kV，等效內(nèi)阻抗為阻感性1.0+j0.1，頻率50 Hz，初始的有功輸出是100 MW，無功輸出為50 MVAR.，初始相角為0°，中性點(diǎn)直接接地。

配置兩臺(tái)變壓器TRF1和 TRF2。TRF1是△/Y-11接線，一次側(cè)電壓為115 kV，勵(lì)磁電流為1.0%，二次電壓為230 kV，勵(lì)磁電流為1.0%，兩變壓器勵(lì)磁特性均為線性。

輸電線路。采用Bergeron模型，理想換位，電壓等級是230 kV，線路長度為100 km。

負(fù)載。三相并聯(lián)電阻，每相為529 Ω，接成星形，中性點(diǎn)直接接地。

1.2 設(shè)置故障類型及選取需監(jiān)測的故障參數(shù)

設(shè)置單相接地，兩相接地和三相接地故障，對于110 kV及以上大接地電流系統(tǒng)，接地故障的主要保護(hù)類型為各種類型的差動(dòng)保護(hù)、接地距離保護(hù)和零序（方向）電流保護(hù)。輸電線路發(fā)生接地故障后，培訓(xùn)學(xué)員需掌握的參數(shù)量主要有：輸電線路上的三相電流、零序電流、故障點(diǎn)的三相電壓和零序電壓。因?yàn)榫€路保護(hù)的電壓量來自母線上的電壓，因而還需監(jiān)測母線上的殘余電壓和零序電壓。故障點(diǎn)的接地電阻為0.1 Ω，故障位置選在輸電線路長度為整個(gè)線路全長的50%處。

圖1 220kV單側(cè)電源供電的系統(tǒng)模型

2 故障參數(shù)的波形獲取及總結(jié)

2.1 A相發(fā)生單相接地故障的特征

1）A相發(fā)生單相接地故障時(shí)的三相電流波形如圖2所示。

圖2 A相單相接地故障三相電流波形

當(dāng)輸電線路上發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障相的電流急劇增大，非故障相會(huì)流過小的負(fù)荷電流。

2）A相發(fā)生單相接地故障時(shí)故障點(diǎn)的零序電流波形如圖3所示。

當(dāng)輸電線路上發(fā)生單相接地故障時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)了零序電流。

3）A相發(fā)生單相接地故障時(shí)故障點(diǎn)的電壓波形如圖4所示。

圖3 A相單相接地故障點(diǎn)零序電流波形

圖4 A相單相接地故障點(diǎn)電壓波形

當(dāng)輸電線路上發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)的故障相電壓變?yōu)榱?，非故障相電壓仍為故障前的相電壓，波形基本未發(fā)生明顯變化。

4）A相發(fā)生單相接地故障時(shí)故障點(diǎn)的零序電壓波形如圖5所示。

圖5 A相單相接地故障點(diǎn)零序電壓波形

當(dāng)輸電線路上發(fā)生單相接地故障時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)了零序電壓，故障切除后零序電壓逐漸衰減直至很小。

5）A相發(fā)生單相接地故障時(shí)，母線上的殘余電壓波形如圖6所示。

圖6 A相單相接地故障時(shí)母線電壓波形

當(dāng)輸電線路上發(fā)生單相接地故障時(shí)，在故障發(fā)生時(shí)A相電壓增大，而C相電壓下降，但總體上變化不明顯。

6）A相發(fā)生單相接地故障時(shí)，母線上零序電壓波形如圖7所示。

圖7 A相單相接地故障時(shí)母線上零序電壓波形

當(dāng)輸電線路上發(fā)生單相接地故障時(shí)，在故障發(fā)生時(shí)母線上出現(xiàn)零序電壓。

2.2 發(fā)生BC相間接地故障時(shí)的特征

1）BC相發(fā)生接地故障時(shí)三相電流波形如圖8所示。

圖8 BC相接地故障三相電流波形

當(dāng)輸電線路上發(fā)生相間接地故障時(shí)，發(fā)生故障的兩相電流急劇增大，并且相位相反，非故障相會(huì)流過小的負(fù)荷電流。

2）BC相發(fā)生接地故障時(shí)，故障點(diǎn)的零序電流波形如圖9所示。

圖9 BC相接地故障點(diǎn)零序電流波形

當(dāng)輸電線路上發(fā)生相間接地故障時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)了幅值較大的零序電流。

3）BC相發(fā)生接地故障時(shí)故障點(diǎn)的電壓波形如圖10所示。

圖10 BC相接地故障點(diǎn)三相電壓波形

當(dāng)輸電線路上發(fā)生相間接地故障時(shí)，故障的兩相電壓變?yōu)榱?，非故障相電壓仍為故障前的相電壓?/p>

4）BC相發(fā)生接地故障時(shí)故障點(diǎn)的零序電壓波形如圖11所示。

圖11 BC相接地故障點(diǎn)零序電壓波形

當(dāng)輸電線路上發(fā)生相間接地故障時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)了零序電壓。

5）BC相發(fā)生接地故障時(shí)，母線上的殘余電壓波形如圖12所示。

圖12 BC相接地故障時(shí)母線電壓波形

當(dāng)輸電線路上發(fā)生BC相接地故障時(shí)，在故障發(fā)生時(shí)C相電壓增大，而AB相電壓下降，但總體上變化不明顯。

6）BC相發(fā)生接地故障時(shí)，母線上零序電壓波形如圖13所示。

圖13 BC相接地故障時(shí)母線上零序電壓波形

當(dāng)輸電線路上發(fā)生BC相接地故障時(shí)，在故障發(fā)生時(shí)母線上出現(xiàn)零序電壓。

2.3 發(fā)生ABC三相接地故障時(shí)的特征

1）ABC相發(fā)生接地故障時(shí)三相電流波形如圖14所示。

圖14 ABC相接地故障三相電流波形

當(dāng)輸電線路上發(fā)生三相接地故障時(shí)，故障相的電流急劇增大。

2）ABC相發(fā)生接地故障時(shí)故障點(diǎn)的零序電流波形如圖15所示。

當(dāng)輸電線路上發(fā)生三相接地故障時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)了零序電流，但是時(shí)間非常短，約 0.011 1 s［2］。

3）ABC相發(fā)生三相接地故障時(shí)故障點(diǎn)的電壓波形如圖16所示。

圖15 ABC相接地故障零序電流波形

圖16 ABC相發(fā)生接地故障時(shí)故障點(diǎn)的電壓波形

當(dāng)輸電線路上三相接地故障時(shí)，所有故障相電壓變?yōu)榱恪?/p>

4）ABC相發(fā)生接地故障時(shí)故障點(diǎn)的零序電壓波形如圖17所示。

當(dāng)輸電線路上發(fā)生三相接地故障時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)了零序電壓，故障切除后零序電壓逐漸衰減直至很小。

5）ABC相發(fā)生接地故障時(shí)，母線上的殘余電壓波形如圖18所示。

當(dāng)輸電線路上發(fā)生ABC相接地故障時(shí)，在故障發(fā)生時(shí)B相電壓增大，而AC相電壓下降，但總體上變化不明顯。

6）ABC相發(fā)生接地故障時(shí)，母線上零序電壓波形如圖19所示。

圖17 ABC相接地故障故障點(diǎn)零序電壓波形

圖18 ABC相接地故障時(shí)母線電壓波形

圖19 ABC相接地故障時(shí)母線上零序電壓波形

當(dāng)輸電線路上發(fā)生ABC相接地故障時(shí)，在故障發(fā)生時(shí)母線上出現(xiàn)零序電壓，存在時(shí)間短，約0.011 1 s，后迅速衰減［2］。

3 結(jié)語

通過上述從系統(tǒng)模型中獲取的波形分析，能夠?qū)崿F(xiàn)形象直觀地進(jìn)行大接地電流系統(tǒng)發(fā)生接地故障分析的目的，進(jìn)而把抽象復(fù)雜的推理運(yùn)算簡單化，可以使培訓(xùn)學(xué)員輕松地掌握接地故障發(fā)生時(shí)系統(tǒng)參數(shù)的變化：發(fā)生接地故障時(shí)，故障相的電流急劇增大，故障點(diǎn)故障相電壓下降為零，系統(tǒng)中長時(shí)間如不對稱故障或短時(shí)如三相短路故障，出現(xiàn)了很大的零序電流，與此相似，輸電線路和母線上長時(shí)間如不對稱故障或短時(shí)如三相短路故障出現(xiàn)了很大的零序電壓。對于基于反應(yīng)故障后電壓和電流的變化特點(diǎn)而形成的輸電線路的差動(dòng)保護(hù)和零序電流保護(hù)，通過分析使學(xué)員能夠正確判斷保護(hù)的動(dòng)作行為和特性?？紤]到母線上的三相殘余電壓變化不大的特點(diǎn)，使得保護(hù)中涉及到的方向和阻抗元件要?jiǎng)幼骺煽?。這種直觀的培訓(xùn)模式，加深了學(xué)員的理解，提高了培訓(xùn)質(zhì)量，幫助學(xué)員解決了學(xué)習(xí)中面臨的疑難問題，達(dá)到了事半功倍的效果。