配电线路接地短路及其保护技术浅谈

苏墨袖

本文通过对配电线路接地系统的仿真分析，对系统的所建模型仿真单相接地，两相接地短路结果进行定性分析，评价系统故障后各电气量的矢量值。进一步对两相接地仿真出的结果取点计算得出仿真的电气量值，并根据计算得出数据设置保护，并分析保护动作情况。要求保护在线路内部的任何一点上两相接地短路都能可靠动作，在线路外部故障时，保护可靠不动作。

1.傅立叶算法基本原理

傅里叶算法（简称傅氏算法）的基本思路来自傅里叶级数，算法本身具有滤波作用。该算法广泛的用于线路，发电机，变压器等元件的保护，也可以用于测量，检测等。它假定被采样的模拟信号是一个周期性时间函数，由基波和各次谐波以及直流分量组成。表示为：

（1-1）

式中a_n、b_n分别是直流、基波和各次谐波正弦项和余弦项的振幅。对基波分量有

（1-2）

根据、与角度的关系，可以

如果采用2周付氏算法提高计算精度，求、离散化公式为

（1-3）

（1-4）

（1-5）

（1-6）

（1-7）

（1-8）

与式（1-7）和式（1-8）一样，也可以用2周傅氏算法。

式中N——信号的1周采样点数，要求是整数，因此需要用采样频率自适应技术。N取值与信号中谐波分量有关，应取完整的最大谐波分量。如信号中3次谐波最大，N可以取12、18或24。

n——谐波次数

求a₁、b₁离散化公式可以展开合并以减少费时的乘法计算。

计算电流和电压的相量，包括有效值和相角。计算有效值时只要将其模值乘以比例系数即可，但是为了计算精确度，需要用浮点计算，一般用于测量。计算阻抗值，用于距离保护，发电机保护等，设对基波分量有

2.配电线路仿真建模

某Ⅰ线各项数据设置如下：M侧电源电压为：KV，正序阻抗和负序阻抗，零序阻抗；N侧电源电压为：KV，正序阻抗和负序阻抗，零序阻抗；线路长7.094km，正序阻抗，零序阻抗。建立该线路的仿真模型，我们可采用П型线路或分布参数线路作为仿真线路。但П型线路必须要增加其的段数来保证精确度，故我们最后选用分布参数模型。

3.配电线路接地故障仿真及分析

由于短路点在线路中点，所以故障相A相的电压下降不大，且送受电端的电压下降程度相仿。短路电流峰值可达3000A左右，视送受电端而不同，由于送电端电压大于受电端电压，所以送端短路电流大于受电端短路电流。短路瞬间的直流分量都为正值，经过三个周波的衰减已基本消除。同样的方式仿真线路中点两相接地短路，输电线路末端两相接地短路，输电线路外部两相接地短路。可以得到送、受端电压电流图。

由于B，C两相接地短路，我们就要分别讨论B相和C相的动作情况；正常情况也只要讨论一相就足够了。下面我们对所得的仿真圖取点计算，我们选用上面所述的傅里叶算法。

B相保护动作情况：

线路中点短路时：

比较大小后，可得保护动作。

线路外部短路时：

比较大小后，可得保护可靠不动作。

C相保护动作情况：

线路末端短路时：

由I_M/I_N=a+jb得出：a=0.9663，b=0.4219

比较大小后，可得保护动作。

线路外部短路时：

比较大小后，可得保护可靠不动作。

可见，带制动特性电流纵联差动保护可以可靠地保护建高Ⅰ线。

并且计算相差高频保护的动作情况。

保护可靠动作。

线路由于其重要性，一条线路上一般设有两套微机保护装置，且两套保护装置的保护原理不同。而我们分别讨论了带制动特性电流纵联差动保护和相差高频保护两种保护方法在B，C两相接地短路时的保护动作情况都很可靠，且在最不利的线路内部三相对称短路时，相差高频保护仍可靠动作，且裕度较大。

4.结论

仿真得到的结果可以通过仿真图形形象直观地表示出来利于定性分析系统正常状态和故障状态、正常相和故障相的差别。Simulink环境还提供了图形采样模块方便我们对仿真图取点计算。各种测量元件使用户可以根据不同要求组合测量元件形成新的测量工具，以适应越来越复杂的电力系统和保护装置。电力系统的暂态过程对保护影响很大。在发生两相接地短路时，带制动特性电流纵联差动保护的动作情况很好，几乎不受短路点位置的影响。