由鵬琨

（東方電子股份有限公司，山東煙臺264000）

0 引言

配電網架空絕緣導線的推廣應用降低了架空線短路故障發(fā)生的概率，提升了線路的使用壽命，與此同時也導致了斷線概率的增加。架空線發(fā)生斷線故障給安全穩(wěn)定供電造成較大危害，同時斷線下垂易引發(fā)人畜觸電事故，造成不良社會影響，線路斷線已成為配電網的一個重要的故障類型[1-5]。

線路發(fā)生斷線故障后，饋線終端裝置能夠準確、快速地完成斷線故障識別及區(qū)間定位，才能確保供電公司快速、高效地解決斷線故障。由于之前現(xiàn)場對斷線故障關注度不高，并且線路斷線故障特征不明顯，目前缺乏行之有效的斷線及墜地故障特征識別原理，隨著供電部門對斷線故障重視度的提高，各科研院所及繼電保護設備制造商開始深入研究斷線故障的識別[6-10]。

架空線斷線故障類型是多樣的，如斷線后電源側不接地且負荷側不接地、斷線后電源側接地而負荷側不接地、斷線后電源側不接地而負荷側接地、斷線后電源側接地且負荷側接地。各種斷線故障工況的準確模擬，能夠為饋線終端裝置提供良好的調試環(huán)境，促進各種斷線故障特征值的識別及提取。

文中設計了架空線單點斷線故障模擬的控制邏輯，在電力系統(tǒng)仿真軟件中進行了一次系統(tǒng)建模及二次控制邏輯搭建，并設計仿真算例對控制邏輯的正確性進行試驗驗證。

1 斷線故障模擬系統(tǒng)

斷線故障模擬裝置串聯(lián)接入輸電線路中，模擬線路發(fā)生單相斷線故障及斷線后墜地故障。如圖1所示，斷線故障模擬裝置由斷線故障模擬單元和斷線故障控制單元組成。以斷線故障模擬單元（A相）為例，由斷線開關（BrkDXA）、電源側墜地開關（BrkGLA）、負荷側墜地開關（BrkGRA）、電源側墜地電阻（RgLA）、負荷側墜地電阻（RgRA）組成。斷線開關（BrkDXA）閉合即為線路非斷線狀態(tài)，負荷電流穿越BrkDXA開關；斷開BrkDXA開關打開即為線路斷線故障狀態(tài)，負荷電流消失。分別投入BrkGLA或BrkGRA，模擬電源側或負荷側線路墜地故障，RgLA或RgRA用于線路墜地電阻值的模擬。

圖1 斷線故障模擬原理圖

斷線模擬控制單元通過模塊化設計，能夠便捷、高效地開展斷線故障模擬工作。斷線模擬控制單元由初始化配置、觸發(fā)控制邏輯運算和觸發(fā)控制字編碼3個模塊組成，通過發(fā)出一組觸發(fā)控制字（CtrlWord_DX）驅動斷線模擬單元中的開關，實現(xiàn)斷線故障的全工況模擬。觸發(fā)控制字由Bit0～Bit8共9個位組成，位與控制開關的對應關系如圖1所示。

2 控制單元設計

配電網架空線路某一相發(fā)生斷線故障后，體現(xiàn)形式包括：某一相架空線路發(fā)生物理性斷開，隨后斷線線路的電源端和負荷端相繼發(fā)生墜地或懸空狀態(tài)。斷線故障控制單元采用模塊化設計思路，實現(xiàn)斷線故障模擬的簡化配置、順序發(fā)生。斷線故障模擬控制單元的系統(tǒng)結構圖如圖2所示，包括初始化配置模塊、觸發(fā)控制邏輯運算模塊、觸發(fā)控制字編碼模塊。

圖2 斷線故障控制系統(tǒng)結構圖

初始化配置模塊主要進行斷線故障關鍵特征的配置及斷線觸發(fā)。斷線故障的關鍵特征包括：斷線故障類型、斷線故障相、斷線時間及斷線墜地時間。斷線故障類型和斷線相的選擇配置通過檔位開關實現(xiàn)。觸發(fā)控制邏輯運算模塊依據(jù)初始化配置模塊的配置輸出，進行斷線觸發(fā)控制子元素的生成。斷線觸發(fā)控制字（CtrlWord_DX）由3個子元素組成：斷線相控制字單元（Bits_DXPha）、電源側墜地相控制字單元（Bits_SgPh）、負荷側墜地相控制字單元（Bits_LgPh）。觸發(fā)控制字編碼模塊接收觸發(fā)控制邏輯運算模塊輸出的3個控制字單元，進行集成編碼生成斷線故障控制字（CtrlWord_DX）。圖2所中各變量的含義見表1。

表1 變量釋義

3 仿真算例

在電力系統(tǒng)仿真軟件中搭建斷線故障控制系統(tǒng)邏輯，分別設計2個典型仿真算例，觀測關鍵變量進行邏輯功能驗證。斷線故障類型（Val_DXTyp）取值范圍為1～4，分別對應“斷線后雙端不墜地”、“斷線后電源側墜地”、“斷線后負荷側墜地”及“斷線后雙端墜地”。斷線相（Val_Pha）取值范圍為1～3，分別對應“A相斷線”、“B相斷線”、“C相斷線”。仿真算例1模擬A相斷線且斷線后電源側線路墜地故障，圖3（a）為對應的仿真錄波圖，表2為關鍵變量理論數(shù)值；仿真算例2模擬C相斷線且斷線后電源端和負荷端墜地故障，圖3（b）為對應的仿真錄波圖，關鍵變量理論數(shù)值不再贅述。

表2 仿真算例關鍵變量數(shù)值

仿真算例1的斷線故障模擬配置為“A相斷線且斷線后電源側墜地故障”。分析圖3（a）得知，初始化模塊中的Val_DXTpy=2，Val_DXPha=1，符合斷線故障模擬的理論值。斷線故障觸發(fā)前后，Bits_LgPh的數(shù)值為0且保持不變，斷線故障觸發(fā)后，Bits_DXPha數(shù)值由7跳變?yōu)?，Bits_SgPh數(shù)值相繼由0跳變?yōu)?，CtrlWord_DX的Bit0～Bit8位與理論值相匹配，斷線故障模擬成功。

圖3 仿真算例錄波圖

仿真算例2的斷線故障模擬配置為“C相斷線且斷線后電源側、負荷側墜地故障”。分析圖3（b）得知，初始化模塊中的Val_DXTpy=3，Val_DXPha=4，符合斷線故障模擬的理論值。斷線故障觸發(fā)后，Bits_DXPha數(shù)值由7跳變?yōu)?，Bits_SgPha和Bits_LgPha數(shù)值相繼由0跳變?yōu)?，CtrlWord_DX的Bit0～Bit8位與理論值相匹配，斷線故障模擬成功。

4 結語

通過斷線故障模擬裝置的系統(tǒng)性設計，能夠實現(xiàn)線路斷線故障的全工況模擬，為繼電保護裝置開展斷線故障識別提供調試環(huán)境。設計了分相斷線故障模擬單元，并開發(fā)了斷線模擬控制單元，通過簡單配置斷線故障類型及特征，即可實現(xiàn)斷線故障的順序模擬。通過仿真試驗驗證了設計方案是有效可行的，能夠為繼電保護裝置的斷線故障識別提供調試環(huán)境。