配電網(wǎng)單相接地選線一直是影響我國(guó)配電網(wǎng)運(yùn)行可靠性與經(jīng)濟(jì)性的實(shí)際問(wèn)題，現(xiàn)行的選線方法實(shí)用性能有待提高。本文通過(guò)建立試驗(yàn)環(huán)境，對(duì)選線方法進(jìn)行了全面客觀的驗(yàn)證，為相關(guān)理論研究和性能提升提供了分析和支撐。

本文依據(jù)配電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)實(shí)際數(shù)據(jù)搭建仿真模型，基于RTDS仿真環(huán)境模擬各類典型的接地故障，并測(cè)試分析改進(jìn)后的選線方法，為選線方法的實(shí)際應(yīng)用提供可靠性分析。

1 RTDS配電網(wǎng)模型設(shè)計(jì)

1.1 RTDS簡(jiǎn)介

RTDS的全稱是實(shí)時(shí)數(shù)字仿真儀（real time digital simulator），是專門用于研究電力系統(tǒng)中電磁暫態(tài)現(xiàn)象的裝置。RTDS由RSCAD程序、數(shù)據(jù)工作站、RACK接口等組成，可實(shí)時(shí)地模擬電力系統(tǒng)的電磁暫態(tài)和機(jī)電暫態(tài)現(xiàn)象。仿真步長(zhǎng)通常為50～80◆s。因?yàn)镽TDS可以連續(xù)運(yùn)行，所以控制保護(hù)設(shè)備連接到RTDS進(jìn)行閉環(huán)試驗(yàn)，就可以分析和研究控制保護(hù)設(shè)備的性能。

RTDS可應(yīng)用于實(shí)時(shí)仿真大型交直流混合電力系統(tǒng)，因此得到廣泛應(yīng)用[1]。

1.2 配電網(wǎng)模型設(shè)計(jì)

配電網(wǎng)仿真試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)為10kV電壓等級(jí)，中性點(diǎn)不接地。為了保證試驗(yàn)的全面性和可信度，出線采用架空線路與電纜線路的混合類型[2]。

配電網(wǎng)模型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)圖

模型設(shè)計(jì)說(shuō)明如下：

1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖采用單相線路代表三相線路，系統(tǒng)空載運(yùn)行。

2）主變參數(shù)：110kV/10.5kV，40MVA。

3）出線結(jié)構(gòu)：架空與電纜混合線路，其中4條架空線路（線路1、線路2、線路3、線路4），2條電纜線路（線路5、線路6）。

4）線路參數(shù)：依據(jù)實(shí)際配電網(wǎng)出線參數(shù)設(shè)置，具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 線路詳細(xì)參數(shù)

1.3 RTDS仿真驗(yàn)證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為驗(yàn)證配電網(wǎng)單相接地選線方法，需要進(jìn)行針對(duì)性的配置RTDS仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由4個(gè)部分構(gòu)成：RACK、RTDS工作站、選線自動(dòng)化裝置、功率放大器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

RTDS工作站是通過(guò)運(yùn)行RSCAD軟件完成建模計(jì)算、系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)分析等專業(yè)領(lǐng)域的高性能計(jì)算機(jī)。RSCAD軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，由圖形用戶界面、編譯程序、元件模型庫(kù)三部分組成。RTDS工作站建立的仿真配電網(wǎng)可視作實(shí)際一次配電系統(tǒng)。當(dāng)仿真配電網(wǎng)運(yùn)行進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，母線電壓、線路電流可以反映實(shí)際電力系統(tǒng)運(yùn)行的真實(shí)狀況[3]。

圖2 RTDS仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

仿真模型的RACK主要與工作站的數(shù)據(jù)交換通過(guò)局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。仿真系統(tǒng)模擬量通過(guò)3PC卡中的DAC通道輸出，每一塊3PC卡有24個(gè)DAC通道。

RACK輸出的交流模擬信號(hào)幅值范圍僅為◆10～ +10V，因此需要配置功率放大器，使輸出的交流模擬量趨近于電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)[4]。

選線自動(dòng)化裝置采用嵌入式硬件平臺(tái)開(kāi)發(fā)，集成接地選線算法，能夠?qū)崟r(shí)采集RTDS輸出的模擬量并完成分析判斷。當(dāng)仿真系統(tǒng)模擬單相接地故障時(shí)，該裝置可以依據(jù)選線算法進(jìn)行故障判別，達(dá)到驗(yàn)證選線算法準(zhǔn)確性、選線裝置實(shí)用性的目標(biāo)[5]。

2 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)選線方法改進(jìn)

針對(duì)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的選線方法，目前常見(jiàn)的有比幅法、比相法、群體比幅比相法、小波法等。從選線方法的準(zhǔn)確性、實(shí)用性和應(yīng)用范圍等方向考慮，選擇群體比幅比相法進(jìn)行深入分析。因?yàn)樵摲椒ňC合利用幅值和相位的故障特征，可以對(duì)所有出線的零序電流進(jìn)行幅值和相位的比較，出現(xiàn)幅值最大且相位相反的，即為故障線路。但是，若故障電流較小，則采用此方法測(cè)量出的相位誤差較大，裝置也會(huì)出現(xiàn)誤選的情況。

行業(yè)內(nèi)有許多已實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案，包括3C、2C1V、2C、1C1V、1C等選線方案[6]。這類方案結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)裝置應(yīng)用情況，特別是以零序電壓作為參考時(shí)，要求電壓互感器（PT）與電流互感器（CT）的同名端一致。

本文著重對(duì)3C方案進(jìn)行分析，并且通過(guò)比較全部線路零序電流的最大值與電流零門檻設(shè)定值，有效提高對(duì)非單相接地故障造成母線零序電壓抬高的識(shí)別功能，減少保護(hù)裝置誤動(dòng)作[7]。改進(jìn)后的選線方法流程如圖3所示。

圖3 選線流程圖

1）通過(guò)信號(hào)處理方法和濾波技術(shù)，抑制外部干擾，提高信號(hào)測(cè)量精度，保證特征量提取精確度。

2）邏輯選線判斷時(shí)，若相位結(jié)果不能滿足嚴(yán)格的相位條件，就需要結(jié)合幅值進(jìn)行綜合判斷，保證判斷的冗余性和結(jié)果的準(zhǔn)確性。

因此，改進(jìn)上述問(wèn)題可降低因故障分量較小而產(chǎn)生的“時(shí)針效應(yīng)”對(duì)保護(hù)裝置準(zhǔn)確性的影響[8]。

3 RTDS實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

3.1 架空出線金屬性單相接地

選用模型中出線2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，出線2的A相首端發(fā)生金屬性單相接地故障，實(shí)驗(yàn)波形如圖4所示，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出各條線路零序電流的向量圖如圖5所示。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)分析，針對(duì)架空出線金屬性單相接地故障，故障線路2的零序電流測(cè)量值為6條線路中最大值，相位落在第一象限，明顯與其他線路相反。同時(shí)，對(duì)最短的線路3和線路4的零序電流相位測(cè)量也非常精確，可以準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)選線[9]。

而表2中裝置測(cè)量幅值與RTDS仿真值數(shù)據(jù)之間存在一定的誤差，導(dǎo)致該誤差的原因主要有以下兩點(diǎn)：

1）RTDS系統(tǒng)的功率放大器的處理誤差及測(cè)量誤差；2）數(shù)據(jù)選取點(diǎn)不同，仿真值數(shù)據(jù)為一次值，裝置采樣輸入為CT二次值，CT變比造成誤差[10]。

圖4 出線2金屬性接地，各出線零序電流波形

圖5 出線2金屬性接地，各出線零序電流向量圖

3.2 電纜出線經(jīng)過(guò)渡電阻單相接地

選用模型中的出線5進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，出線5的A相末端經(jīng)300◆過(guò)渡電阻接地，實(shí)驗(yàn)波形如圖6所示，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

圖6 出線5經(jīng)電阻接地，各出線零序電流波形

表3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

各條線路的零序電流向量圖如圖7所示。

圖7 出線5經(jīng)電阻接地，各出線零序電流向量圖

通過(guò)表3的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖7的零序電流向量可以分析得出結(jié)論，對(duì)于電纜線路經(jīng)電阻單相接地故障，采用改進(jìn)后的選線原理，保護(hù)裝置可以精確測(cè)量零序電流幅值和相位，從而更加準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)選線，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化選線算法的要求。

結(jié)論

本文基于在RTDS仿真平臺(tái)上搭建配電網(wǎng)模型與實(shí)際選線自動(dòng)化裝置構(gòu)成仿真驗(yàn)證系統(tǒng)，從而針對(duì)不同類型的出線，模擬出不同類型的單相接地故障。試驗(yàn)結(jié)果表明，仿真驗(yàn)證系統(tǒng)能夠真實(shí)地模擬配電網(wǎng)的各類單相接地故障，且改進(jìn)后的選線方法測(cè)量精度更高，準(zhǔn)確率得到有效提升，能夠滿足項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用的要求。