基于RTDS的小電流接地選線裝置檢測(cè)方法研究及應(yīng)用

王 同，張武洋，劉夢(mèng)夏，董之微，金世鑫

(國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006)

我國(guó)中低壓配網(wǎng)普遍采用小電流接地方式，即中性點(diǎn)不接地或經(jīng)過(guò)消弧線圈和高阻抗接地。當(dāng)某一相發(fā)生接地故障時(shí)，由于不能構(gòu)成短路回路，接地故障電流往往比負(fù)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(shí)仍可連續(xù)運(yùn)行0.5～2 h，但為避免事故擴(kuò)大或設(shè)備損壞，運(yùn)行人員應(yīng)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(yùn)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(fù)序電流法[7]等。文獻(xiàn)[8]分析了不同接線方式對(duì)選線裝置動(dòng)作情況的影響。

本文基于實(shí)時(shí)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(diǎn)不接地、中性點(diǎn)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(yàn)選線裝置的選線能力，在每種運(yùn)行方式下依次增大觸發(fā)單相接地故障時(shí)的接地電阻值和故障點(diǎn)電壓相位，記錄在不同故障狀況下測(cè)試裝置的選線結(jié)果，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

1 RTDS動(dòng)模試驗(yàn)系統(tǒng)

RTDS 仿真系統(tǒng)糅合了數(shù)字仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和并行處理技術(shù)，保證了運(yùn)行的實(shí)時(shí)性且具有閉環(huán)測(cè)試的能力，可以在 50 μs 步長(zhǎng)上完成較大規(guī)模電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真運(yùn)行，因此廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)分析領(lǐng)域。

1.1 RTDS動(dòng)模試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)圖

本次試驗(yàn)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(yàn)依據(jù)，基于RTDS搭建的動(dòng)模試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)接線圖如圖1所示，試驗(yàn)?zāi)Ｐ涂刂平缑嫒鐖D2所示。

1.2 系統(tǒng)參數(shù)

電壓等級(jí)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(hào)的電纜參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，出線總長(zhǎng)度60 km，具體參數(shù)見(jiàn)表1；電容電流約0.76 A/km，系統(tǒng)最長(zhǎng)出線依照規(guī)程設(shè)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(bǔ)償后脫諧度約5%進(jìn)行設(shè)置；每條出線負(fù)載容量均為5 MW。

表1 系統(tǒng)各支路出線單位長(zhǎng)度參數(shù)

2 試驗(yàn)內(nèi)容

本次RTDS動(dòng)模試驗(yàn)在電力系統(tǒng)運(yùn)行仿真分析實(shí)驗(yàn)室完成，試驗(yàn)對(duì)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(cè)裝置。試驗(yàn)中各廠家設(shè)備在同一環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試，動(dòng)模試驗(yàn)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(tái)小電流接地選線裝置按順序依次進(jìn)行電流串聯(lián)，電壓并聯(lián)接入系統(tǒng)。需要說(shuō)明的是，3臺(tái)分布式小電流接地檢測(cè)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(yàn)時(shí)僅指示本線路故障情況。

試驗(yàn)結(jié)果的判定按照每次試驗(yàn)后裝置報(bào)文的實(shí)際顯示結(jié)果進(jìn)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(yùn)行方式下單相接地故障試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)詳見(jiàn)表2—表4。

表2 中性點(diǎn)不接地方式選線結(jié)果

表3 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式選線結(jié)果

續(xù)表

表4 故障點(diǎn)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(shí)的故障點(diǎn)電壓Uf相位值，表征非周期分量對(duì)選線裝置的影響，依次記錄在不同運(yùn)行方式下的選線結(jié)果，本次試驗(yàn)單相接地故障點(diǎn)均選擇線路1 A相單相接地，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 故障點(diǎn)電壓相位影響試驗(yàn)選線結(jié)果

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

在本次小電流接地選線試驗(yàn)中，各集中式小電流接地選線裝置均進(jìn)行了共計(jì)110項(xiàng)常規(guī)有效測(cè)試，各分布式小電流接地選線裝置進(jìn)行了共計(jì)40項(xiàng)有效測(cè)試，對(duì)各裝置在試驗(yàn)中選線結(jié)果的正確率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)如表6所示。

表6 裝置選線正確率統(tǒng)計(jì)

結(jié)果分析如下。

a.試驗(yàn)中裝置1中性點(diǎn)不接地方式下試驗(yàn)選線結(jié)果尚可，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式下選線不準(zhǔn)確。選線失敗的主要原因?yàn)榻?jīng)消弧線圈運(yùn)行方式下經(jīng)過(guò)渡電阻故障時(shí)誤判或報(bào)TV斷線，且高阻接地超過(guò)2000 Ω故障時(shí)裝置不啟動(dòng)。

b.裝置2在中性點(diǎn)不接地方式下試驗(yàn)，僅當(dāng)經(jīng)過(guò)渡電阻100 Ω且線路4故障時(shí)，偶爾會(huì)發(fā)生誤報(bào)，裝置高阻接地時(shí)效果好，10 000 Ω電阻接地時(shí)仍能正確選線。

c.裝置3存在個(gè)別選線不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。選線失敗的主要原因?yàn)榻?jīng)消弧線圈運(yùn)行方式下經(jīng)過(guò)渡電阻故障時(shí)誤判。此外高阻接地超過(guò)3000 Ω故障時(shí)裝置不啟動(dòng)。

d.裝置4-7在有效測(cè)試中選線正確率達(dá)到了100%；在故障點(diǎn)經(jīng)高阻單相接地故障試驗(yàn)中，裝置4高阻接地超過(guò)2000 Ω時(shí)裝置不啟動(dòng)，裝置5高阻接地超過(guò)1000 Ω時(shí)不再啟動(dòng)，裝置6高阻接地超過(guò)4000 Ω故障時(shí)不再能啟動(dòng)，裝置7的裝置高阻接地時(shí)效果好，10 000 Ω電阻接地時(shí)仍能正確選線。

4 結(jié)論

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

作可靠性是否滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行要求。下一步工作及建議如下。

a.根據(jù)本次試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，各廠家裝置選線失敗的情況主要集中在中性點(diǎn)消弧線圈投入運(yùn)行條件下容易誤判線路/母線故障，及故障點(diǎn)經(jīng)高阻接地條件下裝置不動(dòng)作，下一步工作可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際故障類型分布情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)該類故障的發(fā)生概率及選線失敗可能造成的影響進(jìn)行評(píng)估。

b.本次試驗(yàn)為選線裝置的基本功能性試驗(yàn)，未對(duì)系統(tǒng)經(jīng)諧波干擾、間歇性電弧接地、復(fù)雜性故障等試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)試，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)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(jiàn)的故障情況進(jìn)一步進(jìn)行特殊項(xiàng)目的動(dòng)模試驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際故障模擬試驗(yàn)。