基于RTDS系统的小电流接地选线装置测试技术

张婉婕，王军，赵斌超，杨超，黄秉青

（国网山东省电力公司电力科学研究院，济南250003）

基于RTDS系统的小电流接地选线装置测试技术

张婉婕，王军，赵斌超，杨超，黄秉青

（国网山东省电力公司电力科学研究院，济南250003）

分析小电流接地系统接地故障特征，建立小型配电网仿真模型，模拟中性点不接地、中性点经消弧线圈接地等不同系统运行工况下各类单点接地、多点接地故障。对RTDS系统仿真波形进行分析，通过仿真不同系统工况下的接地故障，形成测试项目从易到难的闭环仿真测试平台，同时应用本测试平台完成多台不同原理选线装置的选线性能测试工作。

小电流接地；RTDS仿真；配电网模型；故障选线

0 引言

我国的中压配电网大多采用中性点非有效接地方式，称为小电流接地系统。与高压大电流接地系统不同，小电流接地系统发生单相接地故障后，并不会出现过大的零序电流，能够保持单点接地状态持续运行1～2 h。

单点接地故障状态下，故障相电压下降为0，非故障相电压幅值升高倍。电压升高可能导致绝缘薄弱区域发生击穿故障，造成两相接地短路，扩大故障范围。因此，单点接地故障状态是一种危险运行状态，必须尽快定位故障点并加以排除，确保配电网安全［1］。

小电流接地系统故障类型复杂，故障特征不明显，故障选线难度高。目前在运的小电流接地系统接地故障选线装置种类繁多，选线算法和原理各不相同，在安装使用和适用环境等方面也存在非常大的差异［2-4］。

在小电流接地故障选线方面，现有选线装置技术规范相对较少，测试手段和测试标准并不完备。文献［5～7］分别运用PSCAD、RTDS、MATLAB技术手段，在选线装置算法比较、原理分析、仿真手段对比等方面提出测试方案。

基于RTDS系统提出一种较为全面的选线装置测试技术，建立小型配电网仿真模型，结合现场实际设定仿真故障类型及故障参数，通过模拟现场可能出现的故障类型，对十余种不同厂家和原理的选线装置选线准确度进行测试。

1 小电流接地系统故障特征分析

小电流接地系统突出特点是单相接地后电弧能够自动熄灭。小电流接地系统的接地方式主要包括中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经高阻接地。由于存在供电可靠性、过电压等问题，中性点经高阻接地方式应用较少［8-9］。本文选线装置测试技术建模只讨论中性点不接地、中性点经消弧线圈

接地两种方式。

小电流接地系统发生单相接地故障时，零序电流分布如图1所示。

图1 中性点非有效接地零序电流方向示意

如图1中所示的小电流接地系统，若接地方式为中性点不接地，发生单相接地故障时，故障线路故障点上游零序电流方向为从线路指向母线，非故障线路及非故障相别零序电流方向为从母线指向线路，故障线路零序电流为所有非故障线路零序电流之和。

若接地方式为中性点经消弧线圈接地，由于电感电流的存在，欠补偿方式下故障线路零序电流方向为从线路指向母线，过补偿方式下为从母线指向线路，故障线路零序电流大小与系统参数和失谐度相关，故障点上游零序电流值随测量点到母线距离的增加而减小。

2 基于RTDS系统的测试模型建立

参照110 kV玉涵站10 kV低压侧出线，建立基于RTDS系统的小型配电网仿真模型如图2所示。模型采用110 kV电源供电，经Y／△变压器降压后形成包含I段母线、6条馈出线的10 kV小型配电网，馈出线包括2条电缆线路、2条架空线路、1条架空电缆混合线路和1条T接架空线路，基本涵盖配电网在运的线路类型。

模型中架空线路、电缆线路均根据配电网现场典型应用选型，架空线路仿真模型参照JKLYJ／Q-10 1×120 mm2铝芯交联聚乙烯绝缘架空线，电缆线路仿真模型参照YJV22-8.7／10 1×300 mm2交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆，线路模型参数与真实线路参数保持一致。

图2 小型配电网仿真模型

结合配电网现场实际情况，分析配电网中可能发生的各接地故障类型，仿真小型配电网发生金属性接地、弧光接地、间歇性接地、间歇性弧光接地、高阻接地、发展性故障等类型的接地故障工况，用于测试选线装置对不同类型接地故障的选线准确度。

3 基于RTDS系统的测试仿真结果分析

基于图2所示小型配电网仿真模型，对配电线路发生金属性接地、弧光接地、间歇性接地、间歇性弧光接地4种类型故障进行仿真。对于中性点不接地方式配电网模型，仿真故障零序电压、故障相零序电流波形如图3所示。

图3 中性点不接地方式故障波形

对于中性点经消弧线圈接地方式配电网模型，调节消弧线圈失谐度使配电网系统工作于过补偿方式，模拟故障类型与中性点不接地方式相同，故障零序电压、故障相零序电流波形如图4所示。

图4 中性点经消弧线圈接地（过补偿）方式故障波形

比较图3和图4可以看出，中性点接地方式不同对接地故障零序电压、电流有较大影响。图3中性点不接地系统发生接地故障时的暂态、稳态特征更为明显；图4中性点经消弧线圈接地系统接地故障时，电感电流的存在使得故障零序电流特征减弱，选线难度增加。

对于多点接地故障类型，仿真模拟配电网中某两条馈线先后发生接地故障的情况，故障零序电压、故障线路零序电流波形如图5所示。

图5 多点接地仿真波形

对比图5中不同接地方式下，系统发生多点接地故障前后的零序电流波形可知，中性点不接地系统发生多点接地故障后，零序电流幅值明显增加，中性点经消弧线圈接地系统多点接地后，故障电流稍有增加，但增幅较小。

此外，还有经过渡电阻接地故障、发展性故障、多点接地故障、系统不平衡时的发生接地故障等仿真测试项目，以及中性点经消弧线圈接地在欠补偿、全补偿方式下的各类接地故障测试项目，此处不再赘述。

4 基于RTDS系统的测试技术应用

基于RTDS系统搭建闭环仿真测试平台，用于选线装置选线性能及选线准确度测试。闭环仿真测试平台主要由RTDS实时数字仿真系统、功率放大器、被测选线装置和故障录波器组成，如表1所示。

RTDS系统仿真结果通过GTAO模拟量输出板

卡输出，经功率放大器输出为交流二次电压、电流量，同步接入所有被测装置及故障录波器，最后各被测装置选线结果通过GTDI数字量输入板卡返回至RTDS系统，形成闭环仿真测试平台。

在闭环仿真测试平台上对多台不同原理的选线装置的选线准确度展开测试，被测装置所采用的选线原理包括故障电流稳态分量比较法、故障电流暂态分量比较法、零序电流功率方向比较法以及分布式故障零序电流基波分量比较法等。

表1 闭环仿真测试平台

基于RTDS系统的小电流接地选线装置测试模型中包括不同系统工况下接地故障类型共计100余种、测试项目6 000余次，测试结果能够较为全面地体现选线装置的选线性能、不同工况下选线准确度变化趋势、长时间运行时选线装置稳定性。测试结果能够有效支撑选线装置比对评价。

5 结语

通过建立小型配电网RTDS仿真模型和闭环测试平台，分别在中性点不接地、中性点经消弧线圈接地方式下，引入金属性接地、弧光接地、多点接地等故障类别的仿真分析，完成十余种选线装置6 000余次测试。测试结果表明，该方法在选线装置性能测试方面有良好的效果。

［1］要焕年，曹梅月.电力系统谐振接地［M］.北京：中国电力出版社，2000.

［2］肖白，束洪春，高峰.小电流接地系统单相接地故障选线方法综述［J］.继电器，2001，29（4）：16-20.

［3］李冬辉，史临潼.非直接接地系统单相接地故障选线方法综述［J］.继电器，2004，32（18）：74-78.

［4］程路，陈乔夫.小电流接地系统单相接地选线技术综述［J］.电网技术，2009，33（18）：219-224.

［5］庄良文，黄立滨，柳山，等.基于RTDS的小接地系统单相接地故障选线方法比较分析［J］.继电器，2003，31（11）：32-35.

［6］王波.基于PSCAD与RTDS的配电网小电流接地故障仿真结果分析［J］.电气技术，2014（8）：7-10.

［7］于然，付周兴，王清亮，等.基于MATLAB的里约热内卢建模仿真及故障分析［J］.高压电器，2011，47（9）：95-99.

［8］刘明岩.配电网中性点接地方式的选择［J］.电网技术，2004，28（16）：86-89.

［9］苏继锋.配电网中性点接地方式研究［J］.电力系统保护与控制，2013，41（08）：141-148.

Testing Technology of Line-selection Device in Small Current Grounding System Based on RTDS

ZHANG Wanjie，WANG Jun，ZHAO Binchao，YANG Chao，HUANG Bingqing
（State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China）

Based on the analysis of fault characteristics in small current grounding system，a simulation model of small distribution network is introduced.The simulation model may be used to calculate fault cases of single-point grounding and multi-point grounding conditions in ungrounded and neutral grounding via arc extinguishing coil systems.By means of different fault cases simulation on different power system conditions，a closed-loop simulation testing platform is conformed.With the testing platform，several line selection devices tests with different principles have been accomplished.

small current grounding system；RTDS simulation；distribution network model；fault line selection

TM743

A

1007-9904（2016）09-0020-04

2016-04-06

张婉婕（1988），女，工程师，从事电力系统继电保护技术方面的研究。