基于過(guò)渡電阻評(píng)估的靈活接地系統(tǒng)暫態(tài)故障選線方法

湯 濤，周 宇，曾祥君，羅春輝，李曉涵，袁康健

（1.智能電網(wǎng)運(yùn)行與控制湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（長(zhǎng)沙理工大學(xué)），湖南省 長(zhǎng)沙市410114；2.湖南省送變電工程有限公司，湖南省 長(zhǎng)沙市410015）

0 引言

靈活接地（消弧線圈并聯(lián)小電阻接地）系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)由諧振接地方式感知故障。單相接地故障后，系統(tǒng)延時(shí)投入小電阻并由零序過(guò)電流保護(hù)切除故障。靈活接地系統(tǒng)有利于永久性接地故障的可靠切除，可降低瞬時(shí)性接地故障的線路跳閘率，目前已在中國(guó)多地推廣應(yīng)用［1-4］。

靈活接地系統(tǒng)在永久性故障時(shí)投入小電阻，其故障穩(wěn)態(tài)特征與小電阻接地系統(tǒng)類似，其保護(hù)方法主要采用定時(shí)限零序過(guò)電流保護(hù)和有功功率方向保護(hù)。定時(shí)限零序過(guò)電流保護(hù)需要躲過(guò)本線路電容電流，而電纜化、絕緣化水平較高的線路電容電流普遍較大，保護(hù)動(dòng)作閾值較高，當(dāng)接地點(diǎn)過(guò)渡電阻較大（若閾值為40 A，過(guò)渡電阻大于140 Ω）時(shí)，保護(hù)通常拒動(dòng)；有功功率方向保護(hù)利用小電阻投入后的有功分量及其方向辨識(shí)故障線路，需躲過(guò)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的最大不平衡電流，靈敏度較高。當(dāng)計(jì)及互感器精度和測(cè)量誤差（最小精確工作電壓取2% 的額定電壓，約為120 V）時(shí)，其耐過(guò)渡電阻能力可達(dá)500 Ω［5-8］。另一種方法通過(guò)投入小電阻增大故障電流實(shí)現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作，低阻故障時(shí)故障線路突變量較大，有利于保護(hù)動(dòng)作，而接地點(diǎn)過(guò)渡電阻較大時(shí)系統(tǒng)零序電壓較小，導(dǎo)致并聯(lián)小電阻支路阻性電流及故障線路自身電容電流較小，使得故障線路零序電流降低，保護(hù)仍會(huì)拒動(dòng)［5］。

對(duì)于間歇性弧光接地故障，常用的穩(wěn)態(tài)保護(hù)方法可能因難以準(zhǔn)確、穩(wěn)定地提取幅值、極性、方向等故障特征而拒動(dòng)［9-12］，當(dāng)并聯(lián)小電阻投入后，會(huì)使一部分間歇性弧光接地發(fā)展成為連續(xù)接地，有利于穩(wěn)態(tài)保護(hù)（如有功功率方向保護(hù)）動(dòng)作，但當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相高阻（本文指大于500 Ω 的過(guò)渡電阻）接地故障后，傳統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)保護(hù)方法難以可靠動(dòng)作。因此，高阻故障后投入小電阻，穩(wěn)態(tài)分量及其幅值變化量均較小，存在保護(hù)與選線難題。

為解決靈活接地系統(tǒng)高阻接地保護(hù)拒動(dòng)的問(wèn)題，目前主要有2 類解決方案。一類是提高小電阻接地系統(tǒng)保護(hù)的耐過(guò)渡電阻能力，如零序電壓比率制動(dòng)保護(hù)［13］、零序電壓修正的過(guò)電流保護(hù)［14］、復(fù)合功率保護(hù)［15］、零序電流集中比較［16］等方法，這些方法均適用于靈活接地系統(tǒng)，某些方法可將保護(hù)的耐過(guò)渡電阻能力提高到1.5 kΩ。另一類是利用小電阻投入前后的其他故障特征量（饋線電流與母線電壓的相位差［17］、饋線電流與中性點(diǎn)電流的相位差［18］、零序阻抗導(dǎo)納的變化量［19］等）進(jìn)行故障選線和保護(hù)。這些方法理論上可將耐過(guò)渡電阻能力提高至3 kΩ。然而，單相高阻接地故障時(shí)并聯(lián)小電阻的投入將導(dǎo)致零序電壓電流的穩(wěn)態(tài)分量急劇減小，現(xiàn)有互感器精度可能無(wú)法滿足檢測(cè)要求。

此外，消弧線圈并聯(lián)中電阻可提高保護(hù)的耐過(guò)渡電阻能力，但需要考慮中電阻的取值范圍及故障點(diǎn)的殘流水平［20］。上述方法幾乎均利用穩(wěn)態(tài)故障特征實(shí)現(xiàn)高阻接地選線與保護(hù)。實(shí)際上，并聯(lián)小電阻投入前后包含了大量的暫態(tài)量，含有更豐富的故障特征，有利于高阻故障辨識(shí)。目前，靈活接地系統(tǒng)高阻故障選線的暫態(tài)方法鮮有報(bào)道。

文獻(xiàn)［21］基于熱穩(wěn)定原理判別小電阻接地系統(tǒng)的間歇性接地故障。文獻(xiàn)［22-23］就中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)、諧振接地系統(tǒng)、小電阻接地系統(tǒng)進(jìn)行了深入的暫態(tài)解析。文獻(xiàn)［24］提出了基于虛擬能量變化率的配電網(wǎng)高阻接地故障檢測(cè)方法。這些方法均屬于暫態(tài)保護(hù)法，但未涉及靈活接地系統(tǒng)。

本文充分利用了并聯(lián)小電阻投入后暫態(tài)分量幅值較大的特點(diǎn)。基于上述暫態(tài)分析方法，建立適用于靈活接地系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程的二階全響應(yīng)微分方程，推導(dǎo)了各饋線暫態(tài)零序電流與母線暫態(tài)零序電壓及其導(dǎo)數(shù)的關(guān)系，通過(guò)調(diào)節(jié)并聯(lián)小電阻投入時(shí)刻實(shí)現(xiàn)故障暫態(tài)量的最大化調(diào)控與提取，提出基于過(guò)渡電阻評(píng)估的靈活接地系統(tǒng)高阻接地故障暫態(tài)選線方法。最后，通過(guò)仿真驗(yàn)證了所提方法的可行性。

1 靈活接地系統(tǒng)單相高阻接地故障特征分析

1.1 靈活接地系統(tǒng)單相高阻接地零序等值模型

靈活接地系統(tǒng)發(fā)生單相高阻接地故障時(shí)，若僅考慮低頻暫態(tài)分量，則可忽略線路電感和線路電阻，系統(tǒng)零序等值模型如圖1 所示。故障發(fā)生時(shí)，開(kāi)關(guān)S未閉合，系統(tǒng)中性點(diǎn)為諧振接地方式；經(jīng)過(guò)延時(shí)后，開(kāi)關(guān)S 閉合，并聯(lián)小電阻投入，系統(tǒng)中性點(diǎn)為消弧線圈并小電阻接地方式。

圖1 靈活接地系統(tǒng)單相高阻接地故障零序等值模型Fig.1 Equivalent model of single-phase high-impedance grounding fault for flexible grounding system

圖1 中：Rf為接地點(diǎn)過(guò)渡電阻；uf為故障點(diǎn)電壓；u0為母線零序電壓；i0f是流過(guò)故障點(diǎn)的零序電流；C0k（k=1，2，…，m）分別為饋線1，2，…，m的分布電容；饋線m為故障線路，其余為健全線路；iC0k（k=1，2，…，m）分別為各饋線的線路對(duì)地電容電流；i0k（k=1，2，…，m）分別為流過(guò)各饋線首端的零序電流；Lp、RN分別為消弧線圈電感和并聯(lián)小電阻，RN一 般 設(shè) 為10 Ω；i0Lp、iRN分 別 為 流 過(guò) 消 弧線圈和小電阻的電流。

設(shè)單相高阻接地故障后，小電阻投入時(shí)系統(tǒng)已處于穩(wěn)態(tài)。根據(jù)圖1，有二階全響應(yīng)微分方程：

式（1）為二階線性非齊次方程，其特征根為：

式中：Req=RN//Rf≈RN。

10 kV 配電系統(tǒng)中，對(duì)地電容電流一般不超過(guò)200 A［2］，則系統(tǒng)分布電容C0Σ≤36.755 μF，消弧線圈按過(guò)補(bǔ)償8% 計(jì)算，則3Lp≥0.255 2 H。由于≥41.66 Ω， 則 3Req≈30 Ω， 3Req＜，式（2）的特征根均為實(shí)數(shù)。

1.2 暫態(tài)電氣量計(jì)算

設(shè)t=0 s 時(shí)投入并聯(lián)小電阻，閉合開(kāi)關(guān)瞬間（t=0_）故障點(diǎn)電壓為Umsin（ω0t+β），流過(guò)消弧線圈的電流為ILmsin（ω0t+α），β、α分別為小電阻投入時(shí)刻各自的初相角。由1.1 節(jié)分析可知，不論接地過(guò)渡電阻多大，微分方程的解只有一種形式，即：

由式（3）計(jì)算可得母線零序電壓為：

進(jìn)一步，計(jì)算可得各饋線的線路對(duì)地電容電流為：

對(duì)于健全線路，流過(guò)各饋線首端的零序電流就是自身的線路對(duì)地電容電流，即：

對(duì)于故障線路，流過(guò)其首端的零序電流為：

式中：i0Σ為所有饋線對(duì)地電容電流和。

由式（5）可知母線暫態(tài)電壓為：

由式（7）可知健全線路暫態(tài)零序電流為：

結(jié)合式（9）、式（10）可知，對(duì)于健全線路，有

由式（8）可知故障線路暫態(tài)零序電流為：

結(jié)合式（2）、式（9）、式（12）可知，對(duì)于故障線路，有

根據(jù)式（11）、式（13）可知：對(duì)于靈活接地系統(tǒng)，單相高阻接地故障時(shí)小電阻投入后，健全線路暫態(tài)零序電流與母線暫態(tài)零序電壓的導(dǎo)數(shù)成正比；故障線路暫態(tài)零序電流與母線暫態(tài)零序電壓及其導(dǎo)數(shù)呈線性組合關(guān)系。

2 并聯(lián)小電阻投入時(shí)刻選擇

由于并聯(lián)小電阻投入前流過(guò)消弧線圈的電流為ILmsin（ω0t+α），則3ω0LpILmcos（ω0t+α）為母線零序電壓。小電阻投入瞬間母線零序電壓不能突變，即：

則母線暫態(tài)零序電壓初始值為：

又因?yàn)椋?/p>

式中：EA為A 相電壓；ν為消弧線圈失諧度，一般取-10%～-5%，本文取-8%。Req取10 Ω，系統(tǒng)對(duì)地電容電流不大于200 A，則3Lp≥0.255 2 H，進(jìn)而算得B＜0.176 4EA/Rf。

式中：Zs0=3jω0Lp//(1/jω0C0Σ)。

小電阻投入前，流經(jīng)消弧線圈的電感電流為：

由式（18）可知，過(guò)渡電阻越大，消弧線圈電感值越大，電感電流幅值越小?？紤]系統(tǒng)對(duì)地電容電流范圍為10～200 A，過(guò)渡電阻范圍為140～10 000 Ω。當(dāng)系統(tǒng)對(duì)地電容電流取200 A 時(shí)，可得電感電流1.627 8EA/Rf。顯然，ILm遠(yuǎn)大于B。隨著系統(tǒng)對(duì)地電容電流的減小，消弧線圈電感值增加，ILm減小的速度小于B，B與ILm之間的差距會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。B、ILm與系統(tǒng)電容電流、過(guò)渡電阻的關(guān)系如圖2 所示。

由圖2 和上述分析可知，ILm遠(yuǎn)大于B，即投入小電阻后，消弧線圈的電感電流穩(wěn)態(tài)值大幅減小。因此，當(dāng)cosα在最大值附近時(shí)，母線暫態(tài)零序電壓初始值可寫(xiě)為：

圖2 B、ILm與系統(tǒng)電容電流IC、過(guò)渡電阻Rf 的關(guān)系Fig.2 Relationship between B, ILm and system capatance current IC, transition resistance Rf

由式（19）可知，當(dāng)cosα=1 時(shí)，母線暫態(tài)零序電壓初始值最大。故在母線零序電壓為峰值處投入小電阻，母線電壓暫態(tài)特征最明顯，也即饋線電流暫態(tài)特征最明顯。同時(shí)，由式（19）可知，電氣量暫態(tài)幅值不受故障時(shí)刻（故障電壓初相角θ）影響。因此，通過(guò)合理選擇小電阻投入時(shí)刻，可實(shí)現(xiàn)暫態(tài)故障特征量的最大化提取。

3 選線原理

3.1 基本原理

靈活接地系統(tǒng)單相高阻接地故障暫態(tài)過(guò)程中（小電阻投入后），各饋線（包括健全線路、故障線路）暫態(tài)零序電流均可看成與母線暫態(tài)零序電壓、母線暫態(tài)零序電壓導(dǎo)數(shù)呈線性關(guān)系，且比例系數(shù)分別為過(guò)渡電阻的倒數(shù)、自身線路的對(duì)地分布電容，對(duì)應(yīng)矩陣表達(dá)式可寫(xiě)為：

對(duì)于故障線路，Rf為實(shí)際過(guò)渡電阻，對(duì)于健全線路，1/（3Rf）理論上為0，即Rf→∞。為了算得各饋線的Rf，采用最小二乘法將一系列測(cè)量的暫態(tài)零序電壓、電流數(shù)據(jù)擬合成線性方程，從而算得擬合評(píng)估的Rf、C0k兩個(gè)系數(shù)。由于測(cè)量、擬合過(guò)程存在一定誤差，且忽略了線路線模分量，估計(jì)值略小于實(shí)際值。因此，健全線路估計(jì)的過(guò)渡電阻為一較大數(shù)值，故障線路估計(jì)的過(guò)渡電阻接近實(shí)際的過(guò)渡電阻，而所有饋線估計(jì)的電容均接近實(shí)際的自身對(duì)地分布電容。若某條饋線算得的Rf遠(yuǎn)小于其他饋線的Rf，則該線路為故障線路。

構(gòu)造饋線k（k=1，2，…，m）的目標(biāo)函數(shù)為：

式 中：a=C0k、b=1/（3Rf）；u0，T（j）為 第j個(gè) 采 樣 點(diǎn) 的母線暫態(tài)零序電壓，i0k，T（j）為第j個(gè)采樣點(diǎn)的饋線k的暫態(tài)零序電流；N為擬合的采樣點(diǎn)數(shù)量。

對(duì)a，b分別求偏導(dǎo)，并求其極值，有

將a=C0k、b=1/（3Rf）代入式（22）中求解，有

利用式（23）可得各饋線的Rf和線路對(duì)地分布電容C0k。

3.2 選線判據(jù)

故障線路的Rf接近于實(shí)際過(guò)渡電阻，健全線路的Rf為一較大數(shù)值。通過(guò)大量仿真發(fā)現(xiàn)，健全線路擬合估計(jì)的過(guò)渡電阻一般大于10 kΩ，有的甚至高達(dá)幾十千歐，而對(duì)于5 kΩ 以下的高阻接地故障，故障線路擬合估計(jì)的過(guò)渡電阻也小于5 kΩ。留有一定裕度，設(shè)定整定閾值Rset為5 000 Ω，即：

將評(píng)估的各饋線過(guò)渡電阻與設(shè)定閾值進(jìn)行比較，若大于閾值，為健全線路，否則為故障線路。

實(shí)際工程應(yīng)用中，閾值的選擇還需考慮采樣頻率、互感器精度及耐過(guò)渡電阻能力要求等因素，具體分析詳見(jiàn)第4 章仿真驗(yàn)證。

3.3 選線流程

需要注意的是，所提算法僅針對(duì)低頻暫態(tài)分量。因此，選線前需濾除母線零序電壓、饋線零序電流的高頻及工頻分量。具體選線流程如下：

1）系統(tǒng)在消弧線圈接地方式下感知高阻故障后，延時(shí)一定時(shí)間至系統(tǒng)穩(wěn)定；

2）當(dāng)母線零序電壓瞬時(shí)值接近或位于峰值時(shí)投入并聯(lián)小電阻，并記錄母線零序電壓和各饋線零序電流瞬時(shí)值；

3）利用低通濾波器和投入小電阻后的穩(wěn)態(tài)電流濾除步驟2）中電壓電流的高頻分量和工頻分量，得到母線暫態(tài)零序電壓和饋線暫態(tài)零序電流；

4）選定數(shù)據(jù)窗，將該窗內(nèi)所有數(shù)據(jù)代入式（23），擬合求解各饋線的過(guò)渡電阻；

5）若饋線過(guò)渡電阻大于整定閾值，則該饋線為健全線路，否則為故障線路。選線流程如圖3所示。

圖3 故障選線流程圖Fig.3 Flow chart of fault line selection

3.4 特性分析與說(shuō)明

結(jié)合故障選線原理，對(duì)所提方法的其他特性進(jìn)行分析和說(shuō)明，具體如下：

1）該原理利用并聯(lián)小電阻投入后的暫態(tài)分量甄別故障線路，由于靈活接地系統(tǒng)投入小電阻后故障暫態(tài)量遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)量，耐過(guò)渡電阻能力強(qiáng)，對(duì)互感器檢測(cè)精度要求低，便于工程應(yīng)用；

2）該原理僅利用小電阻投入后燃弧的暫態(tài)信號(hào)進(jìn)行故障選線，無(wú)需后續(xù)熄弧與燃弧交替過(guò)程的故障信息，且在母線零序電壓峰值時(shí)投入小電阻有利于故障燃弧。因此，本文所提方法對(duì)間歇性弧光接地故障具有一定的適應(yīng)性；

3）本文所提的選線方法實(shí)為單相高阻接地故障保護(hù)方法，旨在快速就地化處置（跳閘、報(bào)警）故障線路；

4）由于保護(hù)/檢測(cè)裝置之間未考慮通信交互，需在裝置內(nèi)增加故障時(shí)刻和小電阻投入時(shí)刻的識(shí)別算法或模塊；

5）該方法所需暫態(tài)量為低頻段暫態(tài)分量，不受互感器二次側(cè)畸變高頻暫態(tài)信號(hào)或系統(tǒng)其他高頻振蕩信號(hào)影響。

4 仿真驗(yàn)證

靈活接地系統(tǒng)仿真模型如附錄A 圖A1 所示。該系統(tǒng)有5 條出線，其中饋線2、4 為架空線路，饋線3 為電纜線路，饋線1、5為架空-電纜線路，具體線路長(zhǎng)度標(biāo)示于圖中。架空線路正序、零序參數(shù)分別為R1=0.178 Ω/km，L1=1.21 mH/km，C1=0.015 μF/km，R0=0.25 Ω/km，L0=5.54 mH/km，C0=0.008 μF/km；電纜線路正序、零序參數(shù)分別為R1=0.27 Ω/km，L1=0.255 mH/km，C1=0.376 μF/km，R0=2.7 Ω/km，L0=1.02 mH/km，C0=0.28 μF/km。消弧線圈采用8%的過(guò)補(bǔ)償，即0.6775 H，并聯(lián)小電阻為10 Ω。系統(tǒng)采樣頻率設(shè)定為5 kHz。

首先，以饋線5 發(fā)生單相高阻接地故障為例對(duì)理論分析進(jìn)行仿真驗(yàn)證。若接地點(diǎn)過(guò)渡電阻為2 kΩ，故障點(diǎn)距母線8 km，母線零序電壓和各饋線零序電流分別如圖4 和圖5 所示。為便于展示，后續(xù)圖中并未給出饋線4 的零序電流及其相關(guān)的仿真波形。另外，后續(xù)仿真圖中n均為采樣點(diǎn)數(shù)。

對(duì)比圖4（a）與（b），若并聯(lián)小電阻投入時(shí)刻相同（小電阻投入前系統(tǒng)已處于穩(wěn)態(tài)），故障電壓初相角θ分別90°和0°時(shí)，母線暫態(tài)零序電壓的最大峰值（分別為6.733 kV 和6.732 kV）和衰減趨勢(shì)非常接近。對(duì)比圖4（a）與（c），若故障時(shí)刻相同，并聯(lián)小電阻投入時(shí)刻初相角α分別為0°和90°時(shí)，母線暫態(tài)零序電壓的最大峰值（分別為6.733 kV 和1.68 kV）差異較大。

對(duì)比圖5（a）與（b），在母線零序電壓瞬時(shí)值最大時(shí)投入并聯(lián)小電阻，各饋線暫態(tài)零序電流遠(yuǎn)大于在母線零序電壓瞬時(shí)值最小時(shí)投入小電阻的暫態(tài)零序電流。

由圖4、圖5 仿真結(jié)果及理論分析可知，靈活接地系統(tǒng)投入并聯(lián)小電阻后，其暫態(tài)分量幅值主要取決于小電阻投入時(shí)刻，幾乎不受故障時(shí)刻（故障初相角θ）的影響；在母線零序電壓瞬時(shí)值最大時(shí)投入小電阻，其暫態(tài)分量幅值最大。因此，通過(guò)合理調(diào)控并聯(lián)小電阻投入時(shí)刻可實(shí)現(xiàn)故障暫態(tài)分量的最大化提取，仿真結(jié)果與理論分析一致。此外，母線零序電壓的暫態(tài)分量高達(dá)上千伏，現(xiàn)有互感器容易滿足其測(cè)量精度要求。

進(jìn)一步地，基于圖4、圖5 所示母線零序電壓和各饋線零序電流，選擇合適的低通濾波器（通帶與阻帶截止頻率分別選為120 Hz 和180 Hz）濾除高頻分量得到母線暫態(tài)零序電壓（圖4）和各饋線暫態(tài)零序電流如附錄A 圖A2 所示。為便于提取故障暫態(tài)分量，后續(xù)仿真結(jié)果的并聯(lián)小電阻投入時(shí)刻均為母線零序電壓峰值時(shí)刻。

圖4 不同故障初相角與小電阻投入時(shí)刻的母線零序電壓及其暫態(tài)分量Fig.4 Bus zero-sequence voltages and its transient components at different fault initial phase angles and connection moments of low resistor

圖5 不同小電阻投入時(shí)刻的饋線零序電流Fig.5 Zero-sequence currents of feeders at different connection moments of low resistor

將圖4（a）中的暫態(tài)零序電壓數(shù)據(jù)和附錄A 圖A2 的饋線暫態(tài)零序電流數(shù)據(jù)代入式（23），通過(guò)線性擬合得到估計(jì)的分布電容（如表1 所示）和過(guò)渡電阻（如圖6 所示）。由表1 可知，估計(jì)分布電容與實(shí)際分布電容數(shù)值接近，架空線路估計(jì)值的絕對(duì)誤差較電纜線路或混合線路更小。各饋線擬合的估計(jì)過(guò)渡電阻分別為13.411 kΩ、132.3 kΩ、8.438 kΩ、220.73 kΩ、1.93 kΩ，即故障線路的估計(jì)過(guò)渡電阻近似為實(shí)際過(guò)渡電阻，小于整定值，健全線路的故障過(guò)渡電阻遠(yuǎn)大于整定值，如圖6 所示。因此，饋線5 被判定為故障線路。

表1 各饋線實(shí)際與估計(jì)分布電容Table 1 Actual and estimated distributed capacitance of each feeder

圖6 各饋線的估計(jì)過(guò)渡電阻Fig.6 Estimated transition resistance of each feeder

最后，針對(duì)不同饋線、故障距離、過(guò)渡電阻、故障初相角等條件對(duì)靈活接地系統(tǒng)單相高阻接地故障進(jìn)行大量仿真，仿真結(jié)果表明，所提方法不受故障初相角影響，在不同故障條件下可實(shí)現(xiàn)單相高阻接地故障線路辨識(shí)。部分仿真驗(yàn)證結(jié)果如表2 所示，其中Lf為故障距離，F(xiàn)k為故障線路編號(hào)。

表2 不同故障條件下的仿真結(jié)果Table 2 Simulation results under different fault conditions

另外，經(jīng)大量仿真發(fā)現(xiàn)，降低低通濾波器的截止頻率可提高線路評(píng)估過(guò)渡電阻的準(zhǔn)確度，進(jìn)一步拉大故障線路與健全線路的特征量差異，有利于故障選線，但降低濾波器截止頻率會(huì)導(dǎo)致暫態(tài)分量數(shù)值減小，不利于故障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確提取。因此，應(yīng)用本文所提方法進(jìn)行故障選線時(shí)，需權(quán)衡互感器采樣頻率與采樣精度，進(jìn)而調(diào)試出更為合理的整定閾值。

若互感器響應(yīng)靈敏，采樣精度高，且系統(tǒng)耐過(guò)渡電阻能力要求高，則可以降低濾波器截止頻率，而整定值則可以相應(yīng)提高，否則需要降低整定閾值。此外，整定閾值也可通過(guò)真型試驗(yàn)場(chǎng)確定，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際故障錄波數(shù)據(jù)不斷優(yōu)化迭代。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證所提方法的適應(yīng)性，基于實(shí)時(shí)數(shù)字仿真（RTDS）實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建了具有4 條出線（饋線1、2 為架空線路，饋線3、4 為電纜線路）的靈活接地系統(tǒng)仿真模型，將仿真得到的母線零序電壓和饋線零序電流通過(guò)功率放大器輸出，再用錄波儀記錄輸出波形，最后驗(yàn)證所提方法，RTDS 試驗(yàn)平臺(tái)及驗(yàn)證結(jié)果如附錄A 圖A3 所示。

由附錄A 圖A3（b）可知，故障前零序電壓電流包含了大量的諧波、噪聲及系統(tǒng)不平衡分量，可以較為真實(shí)地模擬實(shí)際接地情況，圖中縱坐標(biāo)ih0為健全線路零序電流，if0為故障線路零序電流。進(jìn)一步觀察可知，單相高阻接地故障時(shí)，故障線路零序電流幅值小，過(guò)電流保護(hù)不會(huì)動(dòng)作；并聯(lián)小電阻投入后，健全/故障線路零序電流均減小，且母線零序電壓小于120 V，因此，零序電流增量保護(hù)、零序功率方向保護(hù)均難以動(dòng)作。

由附錄A 圖A3（c）可知，健全線路過(guò)渡電阻的評(píng)估值為20 025 Ω，故障線路過(guò)渡電阻的評(píng)估值為1 812 Ω（接地電阻設(shè)為2 000 Ω），小于整定閾值5 000 Ω，因此所提保護(hù)方法能夠正確動(dòng)作。

附錄A 圖A3（d）所示為弧光接地故障錄波波形，由圖可知，并聯(lián)小電阻投入以后，故障電流更大，故障點(diǎn)更難熄弧。由圖A3（e）可知，健全線路過(guò)渡電阻估計(jì)值大于15 kΩ，故障線路過(guò)渡電阻估計(jì)值從303 Ω 逐漸增加并穩(wěn)定到348 Ω（仿真時(shí)接地電阻設(shè)為500 Ω），小于整定閾值5 000 Ω，因此，所提方法能夠準(zhǔn)確選線，保護(hù)能夠正確動(dòng)作。

此外，在RTDS 平臺(tái)上，就不同過(guò)渡電阻、故障初相角、故障饋線、小電阻投入時(shí)刻、故障距離、高斯白噪聲等場(chǎng)景進(jìn)行測(cè)試。仿真結(jié)果表明，不同故障條件下所提方法均能準(zhǔn)確選線。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)靈活接地系統(tǒng)單相高阻接地故障時(shí)穩(wěn)態(tài)分量及其幅值變化量較小的問(wèn)題，本文分析了饋線暫態(tài)零序電流、母線暫態(tài)零序電壓及其導(dǎo)數(shù)之間的固有關(guān)系，探討了并聯(lián)小電阻的投入時(shí)刻對(duì)暫態(tài)量大小的影響，提出了基于過(guò)渡電阻評(píng)估的高阻接地故障選線方法。該方法利用小電阻投入后幅值較大的暫態(tài)分量進(jìn)行故障選線，對(duì)互感器檢測(cè)精度要求低，耐過(guò)渡電阻能力強(qiáng)，不受故障初相角（故障時(shí)刻）影響，可通過(guò)合理選擇小電阻投入時(shí)刻實(shí)現(xiàn)故障暫態(tài)特征的最大化調(diào)控。健全線路與故障線路的評(píng)估過(guò)渡電阻值差異顯著，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)5 kΩ 的高阻故障選線或保護(hù)。

本文未考慮暫態(tài)高頻分量對(duì)所提方法的影響，下一步將研究高頻暫態(tài)分量辨識(shí)故障線路的機(jī)理，并探究相關(guān)選線判據(jù)與真型試驗(yàn)。

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