一种基于ADPSS的小电流接地选线装置测试方法的研究

徐明宇，王 冰，于海洋，武国良，崔佳鹏

（1.黑龙江省电力科学研究院，黑龙江 哈尔滨 150030；2.哈尔滨智能热电设计院，黑龙江 哈尔滨 150090）

一种基于ADPSS的小电流接地选线装置测试方法的研究

徐明宇1，王 冰2，于海洋1，武国良1，崔佳鹏1

（1.黑龙江省电力科学研究院，黑龙江 哈尔滨 150030；2.哈尔滨智能热电设计院，黑龙江 哈尔滨 150090）

小电流接地系统经常发生故障，影响电网的安全运行。以ADPSS仿真系统为主要研究工具，分析对比了中性点不接地、经消弧线圈接地、小电阻接地3种不同小电流接地方式下4种选线装置的性能。同时，结合实例对选线装置性能进行了分析，结果表明各装置都能可靠动作。

小电流接地系统；选线装置；接地方式

我国大多数配电网均采用中性点不直接接地系统，即小电流接地系统，它通常包括3种方式，即中性点不接地方式、经消弧线圈接地方式、经电阻接地方式［1］。此类系统在发生单相接地时，由于故障点的电流很小，并不破坏系统电压的对称性，对负荷供电没有影响，因此允许故障线路或设备再继续运行1～2 h，而不必立即跳闸［2］。但是单相接地故障发生后，由于其它两相对地电压要升高为原来的3倍，对设备绝缘造成威胁，如不及时处理可发展成相间短路［3］。所以当系统发生首次单相接地故障时，应该迅速地把故障线路检测出来，并及时切除。国内多家风场曾发生过由于35kV系统单相故障没有及时切除而诱发的风电机群连锁反应切出事故，严重影响了电网安全［4］。由此可见，小电流接地选线装置对提高供电可靠性起着重要作用，小电流接地选线装置的检测具有重要意义［5］。

本文针对35kV小电流接地系统，利用ADPSS全数字仿真系统搭建模型，对多家小电流接地选线装置进行检测，分析了3种不同接地方式下（不接地、经消弧线圈接地、小电阻接地）装置的性能，并对装置的动作特性进行比较，验证了试验方法的可行性［6］。

1 搭建模型

本文基于ADPSS仿真系统搭建典型的35kV系统配网线路模型进行故障模拟仿真，并对相应小电流接地选线装置进行故障测试，对比分析各选线装置的性能。ADPSS系统是由中国电科院研发的基于高性能PC机群的全数字仿真系统。该仿真装置可模拟电力系统的各种暂态过程，具备标准化电网模型、故障序列库以及各类自动化测试流程。仿真系统与物理接口箱、功率放大装置连接以后，能够将仿真计算所模拟出的实时电压、电流直接输入到待检的小电流接地选线装置，实现对选线装置的动态检测。利用ADPSS无穷大电压源来进行等值，对系统进行建模，模型如图1所示。

图1 仿真试验模型

无穷大系统经降压变对4条线路供电，降压变可实现3种不同接地方式（不接地、经消弧线圈接地、小电阻接地）。为了全面检测小电流选线装置性能，4条不同长度线路包含架空线、电缆、架空线与电缆混合3种。其中1号线为8 km电缆线路，2号线为10 km架空线路，3、4号线为10 km电缆架空混合线路。变压器及线路参数如图2—图4所示。

图2 降压变参数

图3 电缆参数

图4 架空线参数

2 试验分析

2.1 试验方法

利用本试验模型对4家小电流选线装置进行测试，装置的选线原理一般分为中性点不接地系统选线原理、中性点经消弧线圈接地系统选线原理及中性点经电阻接地系统选线原理。中性点不接地系统和中性点经电阻接地系统选线原理一般是实时检测母线零序电压和各出线零序电流，通过判断零序电压的大小、零序电流的大小及各量之间的相位关系进行选线。中性点经消弧线圈接地系统选线原理主要分为零序电流5次谐波法、有功功率法及有效域法，这种接地方式故障选线比较困难。

试验分为以下工况。

a.35kV为不接地系统情况下1～4号线路故障。

b.35kV为经0.871 2 H消弧线圈（过补偿）接地系统情况下1～4号线路故障。

c.35kV为经800 Ω电阻接地系统情况下1号、2号线路故障。

试验录取数据如表1—表3所示，试验录取波形如图2—图4所示。其中UA、UB、UC分别为35kV三相母线电压，UL为母线零序电压，I01、I02、I03、I04分别为1～4号线路零序电流，35kV母线的TV变比为35kV／100 V，线路零序电流采用三相电流相量和的方式，TA变比为300 A／5 A。

2.2 动作分析

图5—图8是35kV为不接地系统时4条线路故障录波图。其中图5为1号线A相金属性永久接地故障，故障时母线电压UA降低为0，UB、UC升高为线电压值，母线零序电压UL上升为相电压值，1号线零序电流I01为其它非故障3条线路零序电流之和，UL超前I01为91.22°，符合典型的小电流不接地系统单相金属性接地故障原理。图6—图8同样符合小电流不接地系统故障现象，图5—图8详细数据见表1所示。

表1 35kV为不接地系统时试验数据

表2 35kV为经800 Ω电阻接地系统时试验数据

图9—图12是35kV为经800 Ω接地系统时4条线路故障录波图。其中图9为1号线A相金属性永久接地故障，故障时母线电压UA降低为0，UB、UC升高为线电压值，母线零序电压UL上升为相电压值，1号线零序电流I01由于中性点接地电阻的存在有所增大，非故障相零序电流不变，UL超前I01约为120°，符合中性点经电阻接地系统单相金属性接地故障原理。图9—图12详细数据见表2所示。

表3 35kV为经0.871 2 H消弧线圈（过补偿）接地系统时试验数据

图5 35kV为不接地系统下1号线0%处A相金属性永久接地

图6 35kV为不接地系统下2号线100%处AB相金属性永久接地

图7 35kV为不接地系统下3号线0%处AB相经100 Ω过渡电阻永久接地

图8 35kV为不接地系统下4号线100%处A相经100 Ω过渡电阻永久接地

图9 35kV为经800 Ω电阻接地系统下1号线0%处A相金属性永久接地

图10 35kV为经800 Ω电阻接地系统下2号线100%处AB相金属性永久接地

图11 35kV为经800 Ω电阻接地系统下3号线0%处AB相经80 Ω过渡电阻永久接地

图12 35kV为经800 Ω电阻接地系统下4号线100%处AB相经80 Ω过渡电阻永久接地

图13—图14是35kV为经消弧线圈（过补偿）接地系统时2条线路故障录波图。其中图13为1号线A相金属性永久接地故障，故障时母线电压UA降低为0，UB、UC升高为线电压值，母线零序电压UL上升为相电压值，1号线零序电流I01由于中性点消弧线圈的存在有所减小，非故障相零序电流不变，UL超前I01约为－93.92°，符合中性点经消弧线圈系统单相金属性接地故障原理。图13—图14详细数据见表3所示。

图13 35kV为经0.871 2 H消弧线圈接地系统下1号线0%处A相金属性永久接地

图14 35kV为经0.871 2 H消弧线圈接地系统下2号线100%处AB相经80 Ω过渡电阻永久接地

测试过程中，4台装置在不接地系统、电阻接地系统测试中动作正确，没有发生误动情况。在消弧线圈接地系统测试中，各小电流选线装置采用的原理不同。有2家装置采用5次谐波法，其中1台装置需要判断零序电压及零序电流的5次谐波含量及它们之间的相位关系，另1台装置只需要判断零序电压及零序电流的5次谐波含量，不判相位关系。第3家装置则采用有效域的技术，即把多种方法如5次谐波法、有功分量法、小波法等相结合，各方法界定了有效域。在实际试验中，如故障量存在5次谐波含量，采用5次谐波法的装置能够可靠动作，但由于其中1台需要判断谐波相位，所以对含量要求会更高一些。采用有效域技术的装置则无论故障量有没有谐波含量，都能动作。

3 结束语

在实际应用中，由于接地故障的复杂性、线路不平衡电流与零序电流互感器的误差，以及电网中谐波分量，小电流选线装置的动作准确性受到一定影响，所以小电流选线装置应根据实际应用情况将工作原理进行有机结合，这样才能达到满意的效果。

通过试验证明，基于ADPSS仿真系统实现的小电流接地选线装置检测方法实用、有效，能够检测装置的各项性能指标。

［1］李也白，唐克义，张霄霄，等.小波包原理小电流接地选线装置的研发与应用［J］.电力系统及其自动化学报，2013，25（2）：159－162.

［2］武卫平，孔玉娟.变电运行培训小电流接地选线装置应用［J］.东北电力技术，2010，31（12）：27－28.

［3］陈昌鹏.小电流接地选线及故障定位方法［J］.东北电力技术，2004，25（6）：6－10.

［4］李大鹏，张 画，李 腾.基于特征频带小波包分析的小电流接地故障选线研究［J］.东北电力技术，2012，33（7）：17－19，26.

［5］邵宝珠，宋 丹，王优胤.小电流接地系统单相接地故障选线方法［J］.东北电力技术，2010，31（8）：23－26.

［6］王 龙.新型小电流接地选线装置的开发应用［J］.中国科技信息，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，硕士，高级工程师，从事继电保护及自动化研究工作。

2016－04－16）