王 同，張武洋，劉夢夏，董之微，金世鑫

(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006)

我國中低壓配網(wǎng)普遍采用小電流接地方式，即中性點不接地或經(jīng)過消弧線圈和高阻抗接地。當某一相發(fā)生接地故障時，由于不能構(gòu)成短路回路，接地故障電流往往比負荷電流小得多，所以這種系統(tǒng)被稱為小電流接地系統(tǒng)。小電流接地系統(tǒng)80%故障為單相接地故障[1-2]?！峨娏ο到y(tǒng)安全規(guī)程》指出發(fā)生單相接地故障時仍可連續(xù)運行0.5～2 h，但為避免事故擴大或設備損壞，運行人員應迅速消除故障。小電流接地選線裝置的作用就是在發(fā)生單相接地故障后確定故障線路，幫助運行人員消除故障。目前故障選線主要方法包括暫態(tài)零序電流法[3-5]、零序?qū)Ъ{法[6]、負序電流法[7]等。文獻[8]分析了不同接線方式對選線裝置動作情況的影響。

本文基于實時數(shù)字仿真系統(tǒng)(Real Time Digital Simulation，RTDS)搭建仿真模型，分別模擬配電網(wǎng)中性點不接地、中性點經(jīng)消弧線圈接地方式下的系統(tǒng)出線及母線單相接地故障。為了充分檢驗選線裝置的選線能力，在每種運行方式下依次增大觸發(fā)單相接地故障時的接地電阻值和故障點電壓相位，記錄在不同故障狀況下測試裝置的選線結(jié)果，并對結(jié)果進行對比分析。

1 RTDS動模試驗系統(tǒng)

RTDS 仿真系統(tǒng)糅合了數(shù)字仿真技術(shù)、計算機技術(shù)和并行處理技術(shù)，保證了運行的實時性且具有閉環(huán)測試的能力，可以在 50 μs 步長上完成較大規(guī)模電力系統(tǒng)的實時仿真運行，因此廣泛應用于電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)分析領域。

1.1 RTDS動模試驗模型系統(tǒng)圖

本次試驗以Q/GDW 369—2009《小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線裝置技術(shù)規(guī)范》為主要試驗依據(jù)，基于RTDS搭建的動模試驗模型系統(tǒng)接線圖如圖1所示，試驗模型控制界面如圖2所示。

1.2 系統(tǒng)參數(shù)

電壓等級為66/10 kV；系統(tǒng)容量Sn為60 MVA；線路參數(shù)按照YJV-66kV/240mm型號的電纜參數(shù)進行設置，出線總長度60 km，具體參數(shù)見表1；電容電流約0.76 A/km，系統(tǒng)最長出線依照規(guī)程設置占總電容電流的50%，總電容電流約45.6 A；消弧線圈容量按補償后脫諧度約5%進行設置；每條出線負載容量均為5 MW。

表1 系統(tǒng)各支路出線單位長度參數(shù)

2 試驗內(nèi)容

本次RTDS動模試驗在電力系統(tǒng)運行仿真分析實驗室完成，試驗對象包括4種集中式小電流接地選線裝置及3種分布式小電流接地檢測裝置。試驗中各廠家設備在同一環(huán)境下進行測試，動模試驗系統(tǒng)輸出量包括各條線路相電流、零序電流及相電壓、零序電壓。7臺小電流接地選線裝置按順序依次進行電流串聯(lián)，電壓并聯(lián)接入系統(tǒng)。需要說明的是，3臺分布式小電流接地檢測裝置按1條出線配置，接入第一條線路的三相電流模擬量，試驗時僅指示本線路故障情況。

試驗結(jié)果的判定按照每次試驗后裝置報文的實際顯示結(jié)果進行確定，其中裝置2、5、7為分布式選線裝置，其余裝置為集中式選線裝置。各運行方式下單相接地故障試驗結(jié)果統(tǒng)計詳見表2—表4。

表2 中性點不接地方式選線結(jié)果

表3 中性點經(jīng)消弧線圈接地方式選線結(jié)果

續(xù)表

表4 故障點經(jīng)高阻單相接地故障選線結(jié)果

依次增大觸發(fā)單相接地故障時的故障點電壓Uf相位值，表征非周期分量對選線裝置的影響，依次記錄在不同運行方式下的選線結(jié)果，本次試驗單相接地故障點均選擇線路1 A相單相接地，統(tǒng)計結(jié)果見表5。

表5 故障點電壓相位影響試驗選線結(jié)果

3 試驗結(jié)果分析

在本次小電流接地選線試驗中，各集中式小電流接地選線裝置均進行了共計110項常規(guī)有效測試，各分布式小電流接地選線裝置進行了共計40項有效測試，對各裝置在試驗中選線結(jié)果的正確率進行統(tǒng)計如表6所示。

表6 裝置選線正確率統(tǒng)計

結(jié)果分析如下。

a.試驗中裝置1中性點不接地方式下試驗選線結(jié)果尚可，中性點經(jīng)消弧線圈接地方式下選線不準確。選線失敗的主要原因為經(jīng)消弧線圈運行方式下經(jīng)過渡電阻故障時誤判或報TV斷線，且高阻接地超過2000 Ω故障時裝置不啟動。

b.裝置2在中性點不接地方式下試驗，僅當經(jīng)過渡電阻100 Ω且線路4故障時，偶爾會發(fā)生誤報，裝置高阻接地時效果好，10 000 Ω電阻接地時仍能正確選線。

c.裝置3存在個別選線不準確的現(xiàn)象。選線失敗的主要原因為經(jīng)消弧線圈運行方式下經(jīng)過渡電阻故障時誤判。此外高阻接地超過3000 Ω故障時裝置不啟動。

d.裝置4-7在有效測試中選線正確率達到了100%；在故障點經(jīng)高阻單相接地故障試驗中，裝置4高阻接地超過2000 Ω時裝置不啟動，裝置5高阻接地超過1000 Ω時不再啟動，裝置6高阻接地超過4000 Ω故障時不再能啟動，裝置7的裝置高阻接地時效果好，10 000 Ω電阻接地時仍能正確選線。

4 結(jié)論

為評估及規(guī)范配電網(wǎng)小電流接地選線裝置的動作性能，保證選線結(jié)果的合理性與準確性，提出一種基于RTDS的小電流接地選線裝置動模試驗方法，主要考察被試裝置在各種給定故障條件下的動

作可靠性是否滿足相關(guān)標準及現(xiàn)場運行要求。下一步工作及建議如下。

a.根據(jù)本次試驗的統(tǒng)計結(jié)果，各廠家裝置選線失敗的情況主要集中在中性點消弧線圈投入運行條件下容易誤判線路/母線故障，及故障點經(jīng)高阻接地條件下裝置不動作，下一步工作可對現(xiàn)場實際故障類型分布情況進行統(tǒng)計，對該類故障的發(fā)生概率及選線失敗可能造成的影響進行評估。

b.本次試驗為選線裝置的基本功能性試驗，未對系統(tǒng)經(jīng)諧波干擾、間歇性電弧接地、復雜性故障等試驗項目進行測試，與現(xiàn)場實際運行環(huán)境和可能出現(xiàn)的特殊故障情況存在一定差異，下一步工作可結(jié)合常見的故障情況進一步進行特殊項目的動模試驗或現(xiàn)場實際故障模擬試驗。