一種基于ADPSS的小電流接地選線裝置測(cè)試方法的研究

徐明宇，王 冰，于海洋，武國良，崔佳鵬

（1.黑龍江省電力科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150030；2.哈爾濱智能熱電設(shè)計(jì)院，黑龍江 哈爾濱 150090）

一種基于ADPSS的小電流接地選線裝置測(cè)試方法的研究

徐明宇1，王 冰2，于海洋1，武國良1，崔佳鵬1

（1.黑龍江省電力科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150030；2.哈爾濱智能熱電設(shè)計(jì)院，黑龍江 哈爾濱 150090）

小電流接地系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生故障，影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。以ADPSS仿真系統(tǒng)為主要研究工具，分析對(duì)比了中性點(diǎn)不接地、經(jīng)消弧線圈接地、小電阻接地3種不同小電流接地方式下4種選線裝置的性能。同時(shí)，結(jié)合實(shí)例對(duì)選線裝置性能進(jìn)行了分析，結(jié)果表明各裝置都能可靠動(dòng)作。

小電流接地系統(tǒng)；選線裝置；接地方式

我國大多數(shù)配電網(wǎng)均采用中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)，即小電流接地系統(tǒng)，它通常包括3種方式，即中性點(diǎn)不接地方式、經(jīng)消弧線圈接地方式、經(jīng)電阻接地方式［1］。此類系統(tǒng)在發(fā)生單相接地時(shí)，由于故障點(diǎn)的電流很小，并不破壞系統(tǒng)電壓的對(duì)稱性，對(duì)負(fù)荷供電沒有影響，因此允許故障線路或設(shè)備再繼續(xù)運(yùn)行1～2 h，而不必立即跳閘［2］。但是單相接地故障發(fā)生后，由于其它兩相對(duì)地電壓要升高為原來的3倍，對(duì)設(shè)備絕緣造成威脅，如不及時(shí)處理可發(fā)展成相間短路［3］。所以當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生首次單相接地故障時(shí)，應(yīng)該迅速地把故障線路檢測(cè)出來，并及時(shí)切除。國內(nèi)多家風(fēng)場(chǎng)曾發(fā)生過由于35kV系統(tǒng)單相故障沒有及時(shí)切除而誘發(fā)的風(fēng)電機(jī)群連鎖反應(yīng)切出事故，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)安全［4］。由此可見，小電流接地選線裝置對(duì)提高供電可靠性起著重要作用，小電流接地選線裝置的檢測(cè)具有重要意義［5］。

本文針對(duì)35kV小電流接地系統(tǒng)，利用ADPSS全數(shù)字仿真系統(tǒng)搭建模型，對(duì)多家小電流接地選線裝置進(jìn)行檢測(cè)，分析了3種不同接地方式下（不接地、經(jīng)消弧線圈接地、小電阻接地）裝置的性能，并對(duì)裝置的動(dòng)作特性進(jìn)行比較，驗(yàn)證了試驗(yàn)方法的可行性［6］。

1 搭建模型

本文基于ADPSS仿真系統(tǒng)搭建典型的35kV系統(tǒng)配網(wǎng)線路模型進(jìn)行故障模擬仿真，并對(duì)相應(yīng)小電流接地選線裝置進(jìn)行故障測(cè)試，對(duì)比分析各選線裝置的性能。ADPSS系統(tǒng)是由中國電科院研發(fā)的基于高性能PC機(jī)群的全數(shù)字仿真系統(tǒng)。該仿真裝置可模擬電力系統(tǒng)的各種暫態(tài)過程，具備標(biāo)準(zhǔn)化電網(wǎng)模型、故障序列庫以及各類自動(dòng)化測(cè)試流程。仿真系統(tǒng)與物理接口箱、功率放大裝置連接以后，能夠?qū)⒎抡嬗?jì)算所模擬出的實(shí)時(shí)電壓、電流直接輸入到待檢的小電流接地選線裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)選線裝置的動(dòng)態(tài)檢測(cè)。利用ADPSS無窮大電壓源來進(jìn)行等值，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模，模型如圖1所示。

圖1 仿真試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

無窮大系統(tǒng)經(jīng)降壓變對(duì)4條線路供電，降壓變可實(shí)現(xiàn)3種不同接地方式（不接地、經(jīng)消弧線圈接地、小電阻接地）。為了全面檢測(cè)小電流選線裝置性能，4條不同長度線路包含架空線、電纜、架空線與電纜混合3種。其中1號(hào)線為8 km電纜線路，2號(hào)線為10 km架空線路，3、4號(hào)線為10 km電纜架空混合線路。變壓器及線路參數(shù)如圖2—圖4所示。

圖2 降壓變參數(shù)

圖3 電纜參數(shù)

圖4 架空線參數(shù)

2 試驗(yàn)分析

2.1 試驗(yàn)方法

利用本試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)4家小電流選線裝置進(jìn)行測(cè)試，裝置的選線原理一般分為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)選線原理、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)選線原理及中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)選線原理。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)和中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)選線原理一般是實(shí)時(shí)檢測(cè)母線零序電壓和各出線零序電流，通過判斷零序電壓的大小、零序電流的大小及各量之間的相位關(guān)系進(jìn)行選線。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)選線原理主要分為零序電流5次諧波法、有功功率法及有效域法，這種接地方式故障選線比較困難。

試驗(yàn)分為以下工況。

a.35kV為不接地系統(tǒng)情況下1～4號(hào)線路故障。

b.35kV為經(jīng)0.871 2 H消弧線圈（過補(bǔ)償）接地系統(tǒng)情況下1～4號(hào)線路故障。

c.35kV為經(jīng)800 Ω電阻接地系統(tǒng)情況下1號(hào)、2號(hào)線路故障。

試驗(yàn)錄取數(shù)據(jù)如表1—表3所示，試驗(yàn)錄取波形如圖2—圖4所示。其中UA、UB、UC分別為35kV三相母線電壓，UL為母線零序電壓，I01、I02、I03、I04分別為1～4號(hào)線路零序電流，35kV母線的TV變比為35kV／100 V，線路零序電流采用三相電流相量和的方式，TA變比為300 A／5 A。

2.2 動(dòng)作分析

圖5—圖8是35kV為不接地系統(tǒng)時(shí)4條線路故障錄波圖。其中圖5為1號(hào)線A相金屬性永久接地故障，故障時(shí)母線電壓UA降低為0，UB、UC升高為線電壓值，母線零序電壓UL上升為相電壓值，1號(hào)線零序電流I01為其它非故障3條線路零序電流之和，UL超前I01為91.22°，符合典型的小電流不接地系統(tǒng)單相金屬性接地故障原理。圖6—圖8同樣符合小電流不接地系統(tǒng)故障現(xiàn)象，圖5—圖8詳細(xì)數(shù)據(jù)見表1所示。

表1 35kV為不接地系統(tǒng)時(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 35kV為經(jīng)800 Ω電阻接地系統(tǒng)時(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖9—圖12是35kV為經(jīng)800 Ω接地系統(tǒng)時(shí)4條線路故障錄波圖。其中圖9為1號(hào)線A相金屬性永久接地故障，故障時(shí)母線電壓UA降低為0，UB、UC升高為線電壓值，母線零序電壓UL上升為相電壓值，1號(hào)線零序電流I01由于中性點(diǎn)接地電阻的存在有所增大，非故障相零序電流不變，UL超前I01約為120°，符合中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)單相金屬性接地故障原理。圖9—圖12詳細(xì)數(shù)據(jù)見表2所示。

表3 35kV為經(jīng)0.871 2 H消弧線圈（過補(bǔ)償）接地系統(tǒng)時(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖5 35kV為不接地系統(tǒng)下1號(hào)線0%處A相金屬性永久接地

圖6 35kV為不接地系統(tǒng)下2號(hào)線100%處AB相金屬性永久接地

圖7 35kV為不接地系統(tǒng)下3號(hào)線0%處AB相經(jīng)100 Ω過渡電阻永久接地

圖8 35kV為不接地系統(tǒng)下4號(hào)線100%處A相經(jīng)100 Ω過渡電阻永久接地

圖9 35kV為經(jīng)800 Ω電阻接地系統(tǒng)下1號(hào)線0%處A相金屬性永久接地

圖10 35kV為經(jīng)800 Ω電阻接地系統(tǒng)下2號(hào)線100%處AB相金屬性永久接地

圖11 35kV為經(jīng)800 Ω電阻接地系統(tǒng)下3號(hào)線0%處AB相經(jīng)80 Ω過渡電阻永久接地

圖12 35kV為經(jīng)800 Ω電阻接地系統(tǒng)下4號(hào)線100%處AB相經(jīng)80 Ω過渡電阻永久接地

圖13—圖14是35kV為經(jīng)消弧線圈（過補(bǔ)償）接地系統(tǒng)時(shí)2條線路故障錄波圖。其中圖13為1號(hào)線A相金屬性永久接地故障，故障時(shí)母線電壓UA降低為0，UB、UC升高為線電壓值，母線零序電壓UL上升為相電壓值，1號(hào)線零序電流I01由于中性點(diǎn)消弧線圈的存在有所減小，非故障相零序電流不變，UL超前I01約為－93.92°，符合中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈系統(tǒng)單相金屬性接地故障原理。圖13—圖14詳細(xì)數(shù)據(jù)見表3所示。

圖13 35kV為經(jīng)0.871 2 H消弧線圈接地系統(tǒng)下1號(hào)線0%處A相金屬性永久接地

圖14 35kV為經(jīng)0.871 2 H消弧線圈接地系統(tǒng)下2號(hào)線100%處AB相經(jīng)80 Ω過渡電阻永久接地

測(cè)試過程中，4臺(tái)裝置在不接地系統(tǒng)、電阻接地系統(tǒng)測(cè)試中動(dòng)作正確，沒有發(fā)生誤動(dòng)情況。在消弧線圈接地系統(tǒng)測(cè)試中，各小電流選線裝置采用的原理不同。有2家裝置采用5次諧波法，其中1臺(tái)裝置需要判斷零序電壓及零序電流的5次諧波含量及它們之間的相位關(guān)系，另1臺(tái)裝置只需要判斷零序電壓及零序電流的5次諧波含量，不判相位關(guān)系。第3家裝置則采用有效域的技術(shù)，即把多種方法如5次諧波法、有功分量法、小波法等相結(jié)合，各方法界定了有效域。在實(shí)際試驗(yàn)中，如故障量存在5次諧波含量，采用5次諧波法的裝置能夠可靠動(dòng)作，但由于其中1臺(tái)需要判斷諧波相位，所以對(duì)含量要求會(huì)更高一些。采用有效域技術(shù)的裝置則無論故障量有沒有諧波含量，都能動(dòng)作。

3 結(jié)束語

在實(shí)際應(yīng)用中，由于接地故障的復(fù)雜性、線路不平衡電流與零序電流互感器的誤差，以及電網(wǎng)中諧波分量，小電流選線裝置的動(dòng)作準(zhǔn)確性受到一定影響，所以小電流選線裝置應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況將工作原理進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，這樣才能達(dá)到滿意的效果。

通過試驗(yàn)證明，基于ADPSS仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的小電流接地選線裝置檢測(cè)方法實(shí)用、有效，能夠檢測(cè)裝置的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

［1］李也白，唐克義，張霄霄，等.小波包原理小電流接地選線裝置的研發(fā)與應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2013，25（2）：159－162.

［2］武衛(wèi)平，孔玉娟.變電運(yùn)行培訓(xùn)小電流接地選線裝置應(yīng)用［J］.東北電力技術(shù)，2010，31（12）：27－28.

［3］陳昌鵬.小電流接地選線及故障定位方法［J］.東北電力技術(shù)，2004，25（6）：6－10.

［4］李大鵬，張 畫，李 騰.基于特征頻帶小波包分析的小電流接地故障選線研究［J］.東北電力技術(shù)，2012，33（7）：17－19，26.

［5］邵寶珠，宋 丹，王優(yōu)胤.小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線方法［J］.東北電力技術(shù)，2010，31（8）：23－26.

［6］王 龍.新型小電流接地選線裝置的開發(fā)應(yīng)用［J］.中國科技信息，2014，26（13）：149－150.

Study on Test Method of Small Current Grounding Line Selection Device Based on ADPSS

XU Ming?yu1，WANG Bing2，YU Hai?yang1，WU Guo?liang1，CUI Jia?peng1
（1.Heilongjiang Electric Power Research Institute，Harbin，Heilongjiang 150030，China；2.Harbin Intelligence Thermo?electricity Designing Institute，Harbin，Heilongjiang 150090，China）

The small current grounding system often fails which affects the grid safe.Performance function for four kinds line selection devices which are applied to the small current grounding system through three different earthed modes are analyzed comparatively.The conclusion indicates that all devices can act reliably.

Small current grounding system；Line selection device；Earthed mode

TM862

A

1004－7913（2016）07－0029－05

徐明宇（1983—），男，碩士，高級(jí)工程師，從事繼電保護(hù)及自動(dòng)化研究工作。

2016－04－16）