基于RTDS的小电流接地选线装置检测方法研究及应用

王 同，张武洋，刘梦夏，董之微，金世鑫

(国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006)

我国中低压配网普遍采用小电流接地方式，即中性点不接地或经过消弧线圈和高阻抗接地。当某一相发生接地故障时，由于不能构成短路回路，接地故障电流往往比负荷电流小得多，所以这种系统被称为小电流接地系统。小电流接地系统80%故障为单相接地故障[1-2]。《电力系统安全规程》指出发生单相接地故障时仍可连续运行0.5～2 h，但为避免事故扩大或设备损坏，运行人员应迅速消除故障。小电流接地选线装置的作用就是在发生单相接地故障后确定故障线路，帮助运行人员消除故障。目前故障选线主要方法包括暂态零序电流法[3-5]、零序导纳法[6]、负序电流法[7]等。文献[8]分析了不同接线方式对选线装置动作情况的影响。

本文基于实时数字仿真系统(Real Time Digital Simulation，RTDS)搭建仿真模型，分别模拟配电网中性点不接地、中性点经消弧线圈接地方式下的系统出线及母线单相接地故障。为了充分检验选线装置的选线能力，在每种运行方式下依次增大触发单相接地故障时的接地电阻值和故障点电压相位，记录在不同故障状况下测试装置的选线结果，并对结果进行对比分析。

1 RTDS动模试验系统

RTDS 仿真系统糅合了数字仿真技术、计算机技术和并行处理技术，保证了运行的实时性且具有闭环测试的能力，可以在 50 μs 步长上完成较大规模电力系统的实时仿真运行，因此广泛应用于电力系统电磁暂态分析领域。

1.1 RTDS动模试验模型系统图

本次试验以Q/GDW 369—2009《小电流接地系统单相接地故障选线装置技术规范》为主要试验依据，基于RTDS搭建的动模试验模型系统接线图如图1所示，试验模型控制界面如图2所示。

1.2 系统参数

电压等级为66/10 kV；系统容量Sn为60 MVA；线路参数按照YJV-66kV/240mm型号的电缆参数进行设置，出线总长度60 km，具体参数见表1；电容电流约0.76 A/km，系统最长出线依照规程设置占总电容电流的50%，总电容电流约45.6 A；消弧线圈容量按补偿后脱谐度约5%进行设置；每条出线负载容量均为5 MW。

表1 系统各支路出线单位长度参数

2 试验内容

本次RTDS动模试验在电力系统运行仿真分析实验室完成，试验对象包括4种集中式小电流接地选线装置及3种分布式小电流接地检测装置。试验中各厂家设备在同一环境下进行测试，动模试验系统输出量包括各条线路相电流、零序电流及相电压、零序电压。7台小电流接地选线装置按顺序依次进行电流串联，电压并联接入系统。需要说明的是，3台分布式小电流接地检测装置按1条出线配置，接入第一条线路的三相电流模拟量，试验时仅指示本线路故障情况。

试验结果的判定按照每次试验后装置报文的实际显示结果进行确定，其中装置2、5、7为分布式选线装置，其余装置为集中式选线装置。各运行方式下单相接地故障试验结果统计详见表2—表4。

表2 中性点不接地方式选线结果

表3 中性点经消弧线圈接地方式选线结果

续表

表4 故障点经高阻单相接地故障选线结果

依次增大触发单相接地故障时的故障点电压Uf相位值，表征非周期分量对选线装置的影响，依次记录在不同运行方式下的选线结果，本次试验单相接地故障点均选择线路1 A相单相接地，统计结果见表5。

表5 故障点电压相位影响试验选线结果

3 试验结果分析

在本次小电流接地选线试验中，各集中式小电流接地选线装置均进行了共计110项常规有效测试，各分布式小电流接地选线装置进行了共计40项有效测试，对各装置在试验中选线结果的正确率进行统计如表6所示。

表6 装置选线正确率统计

结果分析如下。

a.试验中装置1中性点不接地方式下试验选线结果尚可，中性点经消弧线圈接地方式下选线不准确。选线失败的主要原因为经消弧线圈运行方式下经过渡电阻故障时误判或报TV断线，且高阻接地超过2000 Ω故障时装置不启动。

b.装置2在中性点不接地方式下试验，仅当经过渡电阻100 Ω且线路4故障时，偶尔会发生误报，装置高阻接地时效果好，10 000 Ω电阻接地时仍能正确选线。

c.装置3存在个别选线不准确的现象。选线失败的主要原因为经消弧线圈运行方式下经过渡电阻故障时误判。此外高阻接地超过3000 Ω故障时装置不启动。

d.装置4-7在有效测试中选线正确率达到了100%；在故障点经高阻单相接地故障试验中，装置4高阻接地超过2000 Ω时装置不启动，装置5高阻接地超过1000 Ω时不再启动，装置6高阻接地超过4000 Ω故障时不再能启动，装置7的装置高阻接地时效果好，10 000 Ω电阻接地时仍能正确选线。

4 结论

为评估及规范配电网小电流接地选线装置的动作性能，保证选线结果的合理性与准确性，提出一种基于RTDS的小电流接地选线装置动模试验方法，主要考察被试装置在各种给定故障条件下的动

作可靠性是否满足相关标准及现场运行要求。下一步工作及建议如下。

a.根据本次试验的统计结果，各厂家装置选线失败的情况主要集中在中性点消弧线圈投入运行条件下容易误判线路/母线故障，及故障点经高阻接地条件下装置不动作，下一步工作可对现场实际故障类型分布情况进行统计，对该类故障的发生概率及选线失败可能造成的影响进行评估。

b.本次试验为选线装置的基本功能性试验，未对系统经谐波干扰、间歇性电弧接地、复杂性故障等试验项目进行测试，与现场实际运行环境和可能出现的特殊故障情况存在一定差异，下一步工作可结合常见的故障情况进一步进行特殊项目的动模试验或现场实际故障模拟试验。