中电阻法小电流选线的RTDS测试可行性分析

王俊杰, 江智军, 周江源

(1. 南昌大学 信息工程学院, 江西 南昌 330031; 2. 华中科技大学 电气与电子工程学院, 湖北 武汉 430074)



中电阻法小电流选线的RTDS测试可行性分析

王俊杰1, 江智军1, 周江源2

(1. 南昌大学 信息工程学院, 江西 南昌 330031; 2. 华中科技大学 电气与电子工程学院, 湖北 武汉 430074)

建立了基于实时数字仿真仪(Real Time Digital Simulator, RTDS)的中电阻法小电流接地系统仿真平台，设置了不同类型的单相接地故障。利用中电阻法原理分析了仿真结果。分析表明，利用中电阻法可以克服消弧线圈等因素的影响，短暂增大故障电流，有利于选线装置正确选出故障线路，分析得出的结论与仿真情况一致，证明了该仿真平台对于中电阻法选线装置的检验有一定的适用性和可信度，从而证明了将RTDS用于对中电阻法选线装置的性能检验是可行的。

小电流接地系统; 中电阻法; 实时数字仿真仪; 装置检验; 单相接地故障

0 引 言

我国电力行业相关标准规定，当系统电容电流超过10A时，中性点需经消弧线圈接地[1]，这种中性点接地方式可以有效补偿故障电流，提高供电可靠性，但同时也使得故障特征更为不明显，导致许多选线方法失效，因此，主动增大选线信号便成了选线装置克服谐振系统选线困难的一种重要方法[2]。

实时数字仿真仪(Real Time Digital Simulator, RTDS)能够通过高速计算电力系统运算法则，因而能持续不断地输出，可以如实反映实际电力系统的情形，因此，RTDS可广泛运用于电力行业。文献[3-4]介绍了RTDS对直流输电系统的仿真，文献[5-6]将其应用在光伏领域。文献[7]将其应用于对消弧线圈调节器的分析。文献[8]将RTDS用于对电力系统保护方案的测试。文献[9]将其应用于对电力系统稳定器的分析。从以上文献可以看出，RTDS在多种领域都有良好的表现。本文考虑将其用来测试基于中电阻法的小电流接地选线装置的测试。

文献[10]对接地选线装置的性能评价方法做出了研究。文献[11]对中电阻选线方法做出了优化，并给出了工程实例。文献[12]搭建了RTDS仿真平台，文献[13-16]利用RTDS仿真平台对采用各种选线方法的装置进行了性能测试，但暂时还没有文献将RTDS应用于中电阻法选线装置的测试，因而有必要研究其可行性。

本文分析了并联中值电阻的选线方法的工作原理，基于RTDS搭建了谐振接地系统的仿真平台，用中电阻法来分析仿真结果，选出故障线路，并和仿真时的故障设置进行比较，证明了可用RTDS来检验中电阻法选线装置的性能。

1 中电阻法小电流选线原理

1.1 理论分析

中性点经消弧线圈并联电阻接地系统如图1所示。系统的三条馈线分别为L1，L2，L3，假设线路L3的C相单相接地，则C相的对地电容被短路，图1中的箭头即表示系统的零序电流的分布。L即为消弧线圈的电感，RN即为选线时投切的中电阻，利用开关K控制RN的投切，UA,UB,UC表示系统三相电压，C01,C02,C03分别为馈线L1，L2和L3的等效对地电容，Ijd为接地点电流，Rd为接地电阻。

图1 中性点经消弧线圈并联电阻接地示意图

图2 单相接地故障等效电路图

RN投入后，健全线路L1的零序电流不变，依然等于其电容电流，可以表示为：

(1)

(2)

可以看出，并联电阻前，因为消弧线圈具有补偿作用，故障线路的零序电流很小，并联电阻之后，流过并联电阻的阻性电流主要流经故障线路，且并没有被补偿，因此故障线路零序电流就明显增大，健全线路零序电流基本不受影响，利用这一点可以轻松选出故障线路。

1.2 中电阻法小电流选线的工作原理

系统正常运行时，图1中开关K打开，中性点接地方式为经消弧线圈接地。当单相接地故障发生的时候，系统将产生零序电压并超过整定值。在故障初期不投入并联中电阻，依靠消弧线圈的电感电流来补偿故障电流，并消除瞬时故障，提高系统自动消除瞬时故障的几率。一段时间以后，若零序电压仍然存在，判断是否为虚幻接地所产生，若不是，则将故障判定永久性接地故障，计算机便控制K闭合，将RN投入开始故障选线，采样各线路的零序电流，几个周期以后再将RN切除，选线装置根据采样得到的信息选出故障线路。在投入RN的这几个周期(小于1 s)内，对于故障线路，其零序电流有很大的增量，而健全线路零序电流基本不变，两者零序电流就有非常明显的区别。若单相接地发生在母线，则所有馈线的零序电流在RN投入前后基本没有变化。这就解决了小电流接地系统故障选线中遇到的故障信号微弱的问题，且对于高阻、低阻、金属性接地及间歇性弧光接地都能很好地识别。

2 谐振接地系统的RTDS仿真平台

2.1 确定线路参数

搭建仿真模型时，输电线路采用架空线模型，考虑到在实际电网中，线路参数存在不平衡的情况，因此会产生零序电压，为了仿真这一情况，架空线模型选择分布参数模型。小电流接地系统线路较为复杂，线路长度不仅要参考其在实际电网中的长度，还要考虑仿真步长的影响，经过对实际配网的多方面考察，搭建出如图3所示的10 kV的谐振接地系统，能够较为真实地模拟实际故障。图3所示系统经6条架空线路向用户供电，线路的主要参数为：正序阻抗为0.132 Ω/km，正序感抗为0.357 Ω/km，正序容抗为0.5 MΩ·km，零序阻抗为0.396 Ω/km，零序感抗为1.071 Ω/km，零序容抗为1.5 MΩ·km。

图3 中性点经消弧线圈接地仿真系统

2.2 确定并联中电阻阻值

投入并联电阻是为了提供足够丰富的故障信息，方便选线，但是不合适的阻值可能会产生较大的故障电流，对系统不利，因此选择并联中电阻阻值的原则为：为故障选线提供丰富的故障信息，在不同过渡电阻下正确选出故障线路，同时产生的故障电流不超过10 A。表1和表2分别为电网在金属性接地和100 Ω过渡电阻接地时的故障电流，可以看出，消弧线圈并联电阻取值720 Ω是符合要求的，产生的故障电流不大。

表1 金属性接地时的单相接地故障电流

3 仿真结果与分析

根据图3搭建了基于RTDS的仿真平台，针对不同馈线和母线进行了单相接地故障仿真，以故障发生在线路L1的C相为例进行说明。仿真时过渡电阻取0 Ω和100 Ω两种情况，脱谐度ν设定为10%，并联中电阻取720 Ω。表3和表4分别记录了各馈线在中电阻投入前后的零序电流值，表5记录了中电阻投入所引起的各馈线零序电流的增量。

表2 过渡电阻为100 Ω时的单相接地故障电流

从表3可以看出，在并联电阻RN投入之前，消弧线圈的电感电流大大地补偿了故障电流，所以各馈线的零序电流大小差别不大，且馈线L1和L5的零序电流均大于1 A，并不能从中判断出是故障线路；在投入并联电阻后，从表4、表5不难看出线路L1的零序电流明显增加，其余的5条线路则零序电流大小变化甚微，根据中电阻选线原理，可以判断是线路L1发生故障，此判断与仿真时设置的故障吻合。

表3 并联电阻前的各馈线零序电流

表4 并联电阻后的各馈线零序电流

表5 并联电阻前后的各馈线零序电流增量

4 结 语

在模拟系统运行时，RTDS具有实时性的优点，因此RTDS广泛应用于对各种小电流选线装置进行测试。本文在分析中电阻法小电流选线基本理论的基础上，搭建了基于RTDS的小电流接地系统的仿真平台，设置了不同类型的单相接地故障，提取了投入并联电阻前后各馈线的零序电流，并根据中电阻法选线原理对仿真结果进行了分析，判断出的故障线路与仿真时的故障设置保持一致，证明了将RTDS用于中电阻法选线装置的性能测试是可行的，为后续的选线装置的性能检验提供了依据。

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Feasibility Analysis Using RTDS for Small Current Line Selection Based on Medium Resistance Method

WANGJun-jie1,JIANGZhi-jun1,ZHOUJiang-yuan2

(1. Information Engineering School， Nanchang University, Nanchang 330031, China; 2. School of Electrical and Engineering， Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China)

The correctness of single-phase grounded fault line selection device is very low because of the complex distribution network structure. The apparatus for fault line selecting based on medium resistance method is one of the types of facilities used for practical applications in the neutral un-effectual grounded system (NUS). In order to achieve continuous improvement and development of NUS, it is necessary to conduct a comprehensive testing on its line-selecting performance. This paper introduces the basic principle of the line selecting method based on medium resistance method, establishes a NUS simulation platform for medium resistance method based on RTDS, and different types of single-phase grounding fault are set up. Simulation results are analyzed by medium resistance method. The analysis shows that the influence of Peterson coil can be overcame by medium resistance method, this method can increase the fault current for a short time, and is good for the fault line selection. This conclusion is in agreement with the simulation. This demonstrates that the simulation platform has certain applicability and credibility for testing such apparatus, and proves that RTDS is feasible for the performance testing of such apparatus.

neutral un-effectual grounded system； medium resistance method； real time digital simulator； single-phase grounding fault

2015-11-26

国家电网公司科技项目(52182014001A)

王俊杰(1990-)，男，江西高安人，硕士生，研究方向：电力电子与电力传动。

Tel.:13687006103; E-mail:wjjkobe @gmail.com

TM 732

A

1006-7167(2016)08-0135-03