王 波

（廣州供電局有限公司電力試驗(yàn)研究院，廣州 510410）

配電網(wǎng)基本接地方式可根據(jù)配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)流過的故障電流大小分為大電流接地系統(tǒng)和小電流接地系統(tǒng)。國(guó)外許多國(guó)家像美國(guó)、日本等的配電系統(tǒng)普遍采用大電流接地方式；我國(guó)配電網(wǎng)沿用前蘇聯(lián)電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，一般采用小電流接地方式。小電流接地方式突出優(yōu)點(diǎn)為：電力系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障后其三相線電壓仍然保持著對(duì)稱狀態(tài)性，不會(huì)影響電力系統(tǒng)對(duì)用電負(fù)荷的供電，供電可靠性較高，與當(dāng)前供電服務(wù)系統(tǒng)提高供電可靠性，大力推行優(yōu)質(zhì)供電服務(wù)息息相關(guān)，但電力規(guī)程規(guī)定，中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，允許繼續(xù)運(yùn)行2h，且在此期間供電部門應(yīng)盡快檢測(cè)出故障線路以防止故障擴(kuò)大，影響配電網(wǎng)的穩(wěn)定性[1-4]。小電流接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時(shí)，其故障信號(hào)故障特征有時(shí)并不十分明顯，且故障的暫態(tài)信號(hào)幅值比穩(wěn)態(tài)信號(hào)大，而由于暫態(tài)過程持續(xù)時(shí)間極其短暫，以目前已有的檢測(cè)手段和技術(shù)，有時(shí)十分難以檢測(cè)到其暫態(tài)特征信號(hào)，加之單相接地故障電弧很多時(shí)候?yàn)殚g歇的不穩(wěn)定電弧和各種不平衡電流的影響，使得小電流選線裝置在很多情況下難以正確動(dòng)作[5-10]。

本文擬通過實(shí)時(shí)仿真軟件RTDS 與非實(shí)時(shí)仿真軟件PSCAD，搭建配電網(wǎng)單相接地故障仿真模型，僅選取單相故障發(fā)生的故障位置及故障發(fā)生的電壓此時(shí)的初相角大小對(duì)于仿真測(cè)試結(jié)果的影響，通過分析比較兩種仿真軟件的仿真結(jié)果，得出相應(yīng)地結(jié)論。其他故障條件的影響在此限于篇幅不再累述。

基于PSACD 的配電網(wǎng)小電流仿真模型的搭建[11-13]

在PSCAD 中建立配網(wǎng)系統(tǒng)模型，其中架空線路采用Bergeron 模型，如圖1所示。圖1中的LINE-1、LINE-2、LINE-3 和LINE-4 為正常負(fù)荷運(yùn)行的線路， 10 kV 三相電壓是由35 kV 電源與35 kV/10 kV 的變壓器構(gòu)成；電源初始相位假設(shè)為0°、45°和90°（采用其他角度也可進(jìn)行比較，為了方便，本文僅選取了三個(gè)典型的電壓初始相位角），單相接地故障的設(shè)置為采用經(jīng)一定數(shù)值的過渡電阻接地。為了排除其他因素的干擾和便于分析對(duì)比，本次仿真模型的參數(shù)的設(shè)置為4 條回路除線路長(zhǎng)度不同外其余線路參數(shù)應(yīng)完全相同且布置對(duì)稱。

基于RSACD 的配電網(wǎng)小電流單相接地故障仿真模型的搭建[14-16]

圖2是利用實(shí)時(shí)仿真軟件RSCAD 建立的10kV小電流接地系統(tǒng)典型的RTDS 模型，模型中含有的主要模塊為：三相10kV 交流電力系統(tǒng)（用一臺(tái)等值發(fā)電機(jī)表示）、三相雙繞組降壓變壓器、消弧線圈、電纜、架空線路、負(fù)荷潮流、故障發(fā)生裝置、諧波源等。在實(shí)際仿真時(shí)，各參數(shù)可根據(jù)實(shí)際電網(wǎng)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，這樣更有利于模擬現(xiàn)場(chǎng)電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況，更符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際。

圖1 PSCAD 的配電網(wǎng)單相接地故障仿真模型

3 仿真結(jié)果分析

3.1 基于PSCAD 的小電流選線仿真結(jié)果分析[11-13]

1）故障發(fā)生時(shí)刻電壓初始相角大小不同的影響

對(duì)于PSCAD 配電網(wǎng)仿真模型，為了研究單相接地故障發(fā)生時(shí)刻電壓初始相角對(duì)配電網(wǎng)單相接地故障選線結(jié)果的影響，在此次仿真中，我們假定對(duì)發(fā)生時(shí)刻電壓初始相角在0°～90°之間變化，進(jìn)行了大量仿真試驗(yàn)，在此僅選取部分試驗(yàn)結(jié)果見表1。由表1中數(shù)據(jù)可知當(dāng)過渡電阻比較小時(shí)，選線結(jié)果正確可靠，不受故障電壓初始角的影響；但當(dāng)過渡電阻較大時(shí)，隨著故障電壓初始角的減小，被誤選母線的概率增大。

表1 過補(bǔ)償小電流系統(tǒng)故障選線結(jié)果 （故障電壓初相角影響）

2）故障發(fā)生的位置不同對(duì)仿真結(jié)果的影響

為了研究分析故障點(diǎn)位置的不同對(duì)故障選線結(jié)果的影響，本文在仿真模型中線路不同地點(diǎn)設(shè)置配電網(wǎng)單相接地故障，在不同的工況下進(jìn)行了大量的仿真試驗(yàn)，在此限于篇幅僅選取部分試驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2可知，故障位置對(duì)選線結(jié)果幾乎沒有影響。

表2 過補(bǔ)償小電流系統(tǒng)故障選線結(jié)果 （故障點(diǎn)位置影響）

3.2 基于RSCAD 的配電網(wǎng)小電流選線仿真結(jié)果分析[14-16]

1）故障發(fā)生時(shí)刻電壓初始相角的影響

在本次RTDS 仿真試驗(yàn)中，我們預(yù)設(shè)線路5 為發(fā)生單相接地故障的線路，針對(duì)配電網(wǎng)不同的接地方式，經(jīng)過大量仿真試驗(yàn)，限于篇幅，在此僅選擇2 幅圖進(jìn)行比較，從圖3仿真波形圖較易發(fā)現(xiàn)故障線路5 的暫態(tài)零序電流與正常線路的暫態(tài)零序電流相位相反，據(jù)此可以判斷出故障線路。

圖3 故障發(fā)生時(shí)刻試驗(yàn)仿真波形

2）故障發(fā)生的位置不同對(duì)仿真結(jié)果的影響

由于配電網(wǎng)中性點(diǎn)加裝消弧線圈后，在配電網(wǎng)的中性點(diǎn)存在一電感，可對(duì)故障電流起著補(bǔ)償?shù)淖饔?，根?jù)加裝消弧線圈的大小不同，補(bǔ)償方式可分為過補(bǔ)償、欠補(bǔ)償和全補(bǔ)償，因而使得在實(shí)際中故障選線更加難以正確選出故障線路，所以本次僅選取加裝消弧線圈的架空線與電纜線路加以仿真分析，經(jīng)過大量仿真試驗(yàn)選取線路中間作為比較，如圖4所示。限于篇幅，其他仿真試驗(yàn)波形圖在此不再累贅。

圖4 故障位置試驗(yàn)波形圖

4 結(jié)論

通過以上的仿真結(jié)果分析比較可知，非實(shí)時(shí)仿真軟件PSCAD 和實(shí)時(shí)仿真軟件RSCAD 均可以針對(duì)配電網(wǎng)小電流接地故障進(jìn)行仿真分析，但是從PSCAD 大量的仿真結(jié)果可知：當(dāng)故障發(fā)生時(shí)刻的過渡電阻較大時(shí)，隨著故障發(fā)生時(shí)刻電壓初始相角的減小，仿真結(jié)果被誤選母線的概率增大，而RSCAD卻不會(huì)出現(xiàn)此類問題，原因在于RTDS 是實(shí)時(shí)數(shù)字仿真軟件，與PSCAD 相比，具有不受仿真周期開關(guān)切換次數(shù)的限制，因此能夠更加有效地模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，仿真的結(jié)果可靠性更高。盡管目前各種小電流選線裝置都自稱可以達(dá)到很高的故障選線準(zhǔn)確率，但是由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的復(fù)雜多變性，小電流選線裝置的選線結(jié)果并未能讓供電公司滿意，以廣州電網(wǎng)為例，廣州電網(wǎng)目前在配電系統(tǒng)中普遍采用曲折專用變壓器，通過該變壓器可以有效捕捉配電網(wǎng)單相接地故障的零序電流，再結(jié)合配電自動(dòng)化裝置，從而可以十分準(zhǔn)確的選出故障線路，因此供電可靠性和穩(wěn)定性更高。

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