配電網(wǎng)單相接地選線一直是影響我國配電網(wǎng)運行可靠性與經(jīng)濟(jì)性的實際問題，現(xiàn)行的選線方法實用性能有待提高。本文通過建立試驗環(huán)境，對選線方法進(jìn)行了全面客觀的驗證，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)中性點不接地系統(tǒng)實際數(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，并測試分析改進(jìn)后的選線方法，為選線方法的實際應(yīng)用提供可靠性分析。

1 RTDS配電網(wǎng)模型設(shè)計

1.1 RTDS簡介

RTDS的全稱是實時數(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，可實時地模擬電力系統(tǒng)的電磁暫態(tài)和機(jī)電暫態(tài)現(xiàn)象。仿真步長通常為50～80◆s。因為RTDS可以連續(xù)運行，所以控制保護(hù)設(shè)備連接到RTDS進(jìn)行閉環(huán)試驗，就可以分析和研究控制保護(hù)設(shè)備的性能。

RTDS可應(yīng)用于實時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

配電網(wǎng)仿真試驗?zāi)Ｐ驮O(shè)計為10kV電壓等級，中性點不接地。為了保證試驗的全面性和可信度，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)計說明如下：

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)實際配電網(wǎng)出線參數(shù)設(shè)置，具體參數(shù)見表1。

表1 線路詳細(xì)參數(shù)

1.3 RTDS仿真驗證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

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

RTDS工作站是通過運行RSCAD軟件完成建模計算、系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)分析等專業(yè)領(lǐng)域的高性能計算機(jī)。RSCAD軟件采用模塊化設(shè)計，由圖形用戶界面、編譯程序、元件模型庫三部分組成。RTDS工作站建立的仿真配電網(wǎng)可視作實際一次配電系統(tǒng)。當(dāng)仿真配電網(wǎng)運行進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，母線電壓、線路電流可以反映實際電力系統(tǒng)運行的真實狀況[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)交換通過局域網(wǎng)實現(xiàn)。仿真系統(tǒng)模擬量通過3PC卡中的DAC通道輸出，每一塊3PC卡有24個DAC通道。

RACK輸出的交流模擬信號幅值范圍僅為◆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)的實際運行狀態(tài)[4]。

選線自動化裝置采用嵌入式硬件平臺開發(fā)，集成接地選線算法，能夠?qū)崟r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，該裝置可以依據(jù)選線算法進(jìn)行故障判別，達(dá)到驗證選線算法準(zhǔn)確性、選線裝置實用性的目標(biāo)[5]。

2 中性點不接地系統(tǒng)選線方法改進(jìn)

針對中性點不接地系統(tǒng)的選線方法，目前常見的有比幅法、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。因為該方法綜合利用幅值和相位的故障特征，可以對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，則采用此方法測量出的相位誤差較大，裝置也會出現(xiàn)誤選的情況。

行業(yè)內(nèi)有許多已實現(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)場裝置應(yīng)用情況，特別是以零序電壓作為參考時，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3C方案進(jìn)行分析，并且通過比較全部線路零序電流的最大值與電流零門檻設(shè)定值，有效提高對非單相接地故障造成母線零序電壓抬高的識別功能，減少保護(hù)裝置誤動作[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）通過信號處理方法和濾波技術(shù)，抑制外部干擾，提高信號測量精度，保證特征量提取精確度。

2）邏輯選線判斷時，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)上述問題可降低因故障分量較小而產(chǎn)生的“時針效應(yīng)”對保護(hù)裝置準(zhǔn)確性的影響[8]。

3 RTDS實驗數(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)行實驗，出線2的A相首端發(fā)生金屬性單相接地故障，實驗波形如圖4所示，實驗數(shù)據(jù)見表2。

表2 實驗數(shù)據(jù)

根據(jù)實驗數(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)實驗所得數(shù)據(jù)分析，針對架空出線金屬性單相接地故障，故障線路2的零序電流測量值為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，對最短的線路3和線路4的零序電流相位測量也非常精確，可以準(zhǔn)確地實現(xiàn)選線[9]。

而表2中裝置測量幅值與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：

1）RTDS系統(tǒng)的功率放大器的處理誤差及測量誤差；2）數(shù)據(jù)選取點不同，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)過渡電阻單相接地

選用模型中的出線5進(jìn)行實驗，出線5的A相末端經(jīng)300◆過渡電阻接地，實驗波形如圖6所示，實驗數(shù)據(jù)見表3。

圖6 出線5經(jīng)電阻接地，各出線零序電流波形

表3 實驗數(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

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

結(jié)論

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