配網(wǎng)負荷大小對小電流接地故障暫態(tài)特性的影響分析

摘 要：對已建立的小電流接地故障暫態(tài)等值電路進行了理論分析，并利用ATP和MATLAB仿真軟件進行仿真分析，定性或定量地研究了負荷大小對接地故障暫態(tài)特性的影響。針對小電流接地故障暫態(tài)諧振機理分析中的分布參數(shù)模型，獲取暫態(tài)零模網(wǎng)絡(luò)和線模網(wǎng)絡(luò)的故障點處電流的幅頻特性，記錄故障點處諧振點的頻率和幅值，通過仿真分析，總結(jié)上述參數(shù)對暫態(tài)特性的影響規(guī)律。

關(guān)鍵詞：小電流接地故障;等值電路;配網(wǎng)參數(shù)

0? ? 引言

隨著小電流接地故障檢測技術(shù)的發(fā)展，針對小電流接地故障暫態(tài)過程的機理分析以及簡化模型的研究也取得了一定進展，因此深入地分析配網(wǎng)參數(shù)對小電流接地故障暫態(tài)特性的影響也顯得越發(fā)重要，可以進一步完善小電流接地故障檢測技術(shù)，提高其可靠性[1]。

1? ? 數(shù)學(xué)模型

根據(jù)單相接地故障的邊界條件以及相模變換建立小電流接地故障網(wǎng)絡(luò)，并利用輸電線路的模型簡化修正原則，即保證最小諧振頻率相等，在工頻等值阻抗相等的前提下確保最低頻段內(nèi)等效阻抗綜合誤差最小，對分布參數(shù)輸電線路模型以及相互串并聯(lián)的單節(jié)Π、Γ模型進行簡化，最終將復(fù)雜的分布參數(shù)模型簡化為可用于定量計算的暫態(tài)等值電路[2]。

故障點到母線的線模阻抗由故障線路上游的線模阻抗、變壓器的線模阻抗、健全線路的線模阻抗以及健全線路上負荷線模阻抗組成[3]。故障點到負荷的線模阻抗由線路的線模阻抗和負荷的線模阻抗組成。故障點上游的阻抗與故障點下游的阻抗并聯(lián)即為總體網(wǎng)絡(luò)的線模阻抗[4]。

由于配電網(wǎng)的負荷基本采用三角形接法，零模阻抗很大，可以看作是開路，即認為故障點上游的零模阻抗由健全線路零模阻抗相互并聯(lián)后再與故障線路下游的零模阻抗串聯(lián)構(gòu)成[5]。

小電流接地故障暫態(tài)等值電路結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

對于一個含RLC的二端口網(wǎng)絡(luò)，在角頻率ω的正弦激勵作用下，當端口電壓、電流同相位時稱電路發(fā)生諧振。在可變頻的正弦電壓源激勵下，電路中的感抗、容抗隨頻率變動。

對一個RLC串聯(lián)結(jié)構(gòu)的電路，輸入阻抗由公式（1）給出：

Z（jω）=R+j（ωL-1/ωC）? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

當Im[ Z（jω0）]=ω0L-1/ω0C=0時稱電路發(fā)生串聯(lián)諧振，ω0為諧振角頻率，此時輸入阻抗最小，電路在諧振時的電流為極大值。

對于一個RLC并聯(lián)結(jié)構(gòu)的電路，輸入導(dǎo)納如公式（2）：

Y（jω）=G+j（ωC-1/ωL）? ? ? ? ? ? ? （2）

當Im[ Y（jω0）]=ω0C-1/ω0L=0時稱電路發(fā)生并聯(lián)諧振，ω0為諧振角頻率，此時輸入導(dǎo)納最小，電路在諧振時端電壓最大。

2? ? 負荷大小對暫態(tài)諧振過程的影響

本節(jié)在小電流接地故障簡化模型的基礎(chǔ)上分析了負荷大小對暫態(tài)諧振過程的影響，利用ATP搭建中性點不接地系統(tǒng)的單相接地故障模型，在MATLAB中對故障點位置和母線出線處的零模電流與線模電流進行FFT變換，并分析結(jié)果。

2.1? ? 負荷阻抗大小對主諧振過程影響的理論分析

故障點上游線模阻抗見公式（3）：

Zb=2（ZTA+ZTB+ZI×l1）? ? ? ? ? ? ? （3）

故障點下游線模阻抗見公式（4）：

Zf=2Zf×l3+

ZΔ? ? ? （4）

零模阻抗：R0=2.3 Ω，L0=17.2 H，C0=84.78 C。

計算過程如上，改變負載大小，相關(guān)參數(shù)如表1所示。

主諧振頻率隨負載阻抗大小變化如圖2所示。

結(jié)合上述公式和計算仿真結(jié)果可知，當故障線路阻抗增大時，諧振頻率減小。

2.2? ? 負荷阻抗大小對主諧振過程影響的仿真分析

用ATP搭建中性點不接地系統(tǒng)的單相接地故障模型，分為3種情況進行仿真：（1）同時改變負荷阻抗大小;（2）改變故障線路負荷阻抗，健全線路負荷阻抗大小不變;（3）改變健全線路負荷阻抗大小，故障線路阻抗大小不變。仿真窗口長度均為4個周波。故障點在故障線路（20 km）離母線10 km處，按照3種情況依次改變負載大小。圖3、圖4為故障點處零模和線模第一、二個主諧振振幅隨負載大小變化的仿真圖，圖5、圖6為故障點處零模和線模第一、二個主諧振頻率隨負載大小變化的仿真圖。

3? ? 結(jié)語

本文以小電流接地故障暫態(tài)諧振機理和簡化模型為基礎(chǔ)，分析了負載大小、負載位置、負載數(shù)量對小電流接地故障暫態(tài)特性的影響，并對其進行了仿真。

由分析結(jié)果和仿真結(jié)果可以看出，主諧振頻率的理論分析值與仿真結(jié)果有一定誤差，但主諧振頻率變化趨勢一致。故障點處零模和線模第一、二個主諧振頻率隨負載阻抗的增大而減小，幅值隨負載阻抗的增大而增大。

本文也存在不足之處，只理論分析了主諧振頻率隨配網(wǎng)參數(shù)的變化，但對故障點處第一個主諧振的幅值、第二個主諧振的頻率和幅值只是進行了仿真，并沒有進行理論計算。

[參考文獻]

[1] 林海，陳顯富.基于小電流靈活接地的單相接地處理[J].電力安全技術(shù)，2021，23（3）：60-63.

[2] 童鑫，鄭盼龍.基于改進Prony算法的小電流接地故障暫態(tài)選線方法[J].電子技術(shù)與軟件工程，2021（6）：230-232.

[3] 馬秀林，王海歐，吳堅，等.DB8小波變換在諧振接地系統(tǒng)單相接地故障選線中的應(yīng)用[J].農(nóng)村電氣化，2021（3）：25-28.

[4] 萬新強，王軍楠.基于暫態(tài)信息融合的小電流接地故障選線方法研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2021（8）：154-157.

[5] 劉遠龍，劉偉生，王鵬瑋，等.基于頻帶有功功率系數(shù)的接地故障方向保護方法[J].山東大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2021，51（1）：76-86.

收稿日期：2021-05-14

作者簡介：張夢成（1995—），男，江蘇徐州人，工程師，從事電力輸配電相關(guān)工作。