基于PSCAD的電網故障選線算法仿真研究

袁陽

摘要：在電網運行中，如果線路發生故障必然會引起監測引號異常，然而由于系統實際運行中狀況復雜、故障電流不易感知、故障類別多樣等特點，對故障線路選線的準確程度帶來了較大的考驗。針對PSCAD的故障選線方法開展了仿真驗證，試驗結果表明了該方法的正確性和適用性，為線路故障預防水平的提升提供有力支撐。

Abstract： In the operation of the power grid， if the line fails， it will inevitably cause the monitoring quotes to be abnormal. However， because the conditions in the actual operation of the system is complicated， the fault current is not easy to be perceived， and the fault categories are diverse， it brings big test to the accuracy of the line selection of the fault line. The simulation verification of PSCAD-based fault line selection method is carried out. The test results show the correctness and applicability of the method and it provides strong support for the improvement of line fault prevention level.

關鍵詞：故障選線；仿真分析；配電網；PSCAD

Key words： fault line selection；simulation analysis；distribution network；PSCAD

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）30-0170-02

0 引言

隨著經濟的迅速發展，現代電力系統的規模也日趨龐大，其電壓等級由居民用電的400V向特高壓輸電（±1000kV交流、±800kV直流）大幅度跨越，形成了長距離輸電與大范圍供電的系統復雜運行現狀。電能是關乎國計民生的重要戰略資源，因此，電力供應的可靠性直接影響了社會的發展和人們的生產生活。當前，電網覆蓋范圍廣泛，運行方式多樣，運行環境復雜，不僅在各類地形復雜、條件惡劣的區域易于出現事故，而且在廣大城市中，由于線路鋪設密集，并受到城市中各類復雜因素的影響，輸電線路也極易出現缺陷故障。一旦線路發生故障甚至事故，對于電力職工的巡線排查工作將十分艱巨和繁重，需要大量的時間尋找故障點并恢復正常供電。因此，針對輸電線路的故障選線工作顯得尤為重要，如果能夠及時準確地判斷線路故障位置，則能夠在最短的時間內降低停電對經濟和社會造成的不良影響，保證生產生活的正常運行[1]。

1 故障選線研究概述

當前國內外對輸電線路故障選線的研究重點和關注對象的不同，導致針對故障選線研究以及采取的應對措施也大相徑庭。當前，能夠快很準的辨識出現事故的電力線路和事故位置是繼電保護研究人員始終奉行的工作原則，同時，目前的多種類型的故障檢測設備及應用方法也已經由國外的電力系統研究院研究出來，也對應取得了一定的科研成果[2-3]。

前蘇聯廣泛采用的是小電流接地系統，并且在其國內對于該系統所選取的保護原則、設備要求都給予了高度的重視，在該領域形成了大量的學術成果。同時，專業研究人員研究了各種類型的故障檢測裝置，極大地提升了該系統用途的多樣性，保證它在供電、煤炭等多行業中的廣泛運用。同時，零序參量法、群體比幅原理等相關原理被用來保護該系統。該類型系統在日本普遍應用于各種工業類型中。其保護原理因為采用了電阻接地或中性點不接地形式，所以比較簡易可行。因為前蘇聯在怎樣計算得到零序電流數據以及接地位置的分段方面近幾年投入了很大精力，所以關于利用新型材料（如光纖）研究出來的電力傳輸線路和電纜設備的檢測試驗都取得了成功。但是，在歐美的電力研究領域，該類型系統被廣泛認為是很難在單相接地的保護得以實現的，而且因為這一方法會導致比較嚴重的過電壓，所以為了保證在避免使用小電流接地方法的同時還能保證可靠的供電，他們愿意對電網架結構加大投資力度[4-5]。

2 基于PSCAD的故障選線算法

采用PSCAD仿真計算平臺，搭建了仿真實驗模型，針對故障選線方法之一——基于小波包分解的故障選線法開展仿真研究。圖1給出了具體仿真流程示意圖。

運用PSCAD對中性點經消弧線圈接地的10kV系統在各種情況下開展了仿真實驗研究，設置了不同類型的故障點、過渡電阻、合閘角以及各類型的故障饋線。以下列出了幾類典型的故障狀況及其具體的選線過程。

故障：系統饋線1的A相在相電壓峰值（t=0.25s）出現單相短路接地事故，故障位置與母線相距2km處，接地電阻，經仿真后可得到故障饋線1和正常工況饋線2的零序電流波形以及對應母線的零序電壓，如圖2和圖3所示。

①確定故障時間及其采樣區間。母線零序電壓信號高頻細節D1重構后的模極大值點為dlm=2511，除以采樣頻率后可以得出故障時間為0.2511s，較之給定的故障發生時刻的差別為0.0011s，具有較高的精確度。取故障前0.25周，故障后0.75周為采樣區間，經計算得采樣區間為[0.2461s，0.2661s]。

3 結語

輸電線路運行管理是電力系統專業技術人員需要時刻面臨的關鍵問題，如何合理判斷電力網絡中線路出現的缺陷故障，準確分析故障原因并給出有效的解決措施和預防手段，減少線路運行事故對用戶造成的影響，是每一個供電職工應該正確對待的問題。

采用PSCAD仿真軟件構建了10kV的配網系統的仿真模型，并利用Matlab軟件編寫故障選線程序。給出詳細的故障仿真分析結果，并以圖表的方式具體給出了各類仿真設置改變時的試驗結果分析，驗證了基于小波包分解的故障選線方法的正確性和適用性。

參考文獻：

[1]陳化鋼.配電網過電壓及其故障分析[R].沈陽：東北電力試驗.

[2]B. Gustavsen， G. Irwin， R. Mangelrod， D. Brandt， K. Kent， Transmission Line Models for the Simulation of Interaction Phenomena Between Parallel AC and DC Overhead Lines[C]. IPST '99 Proceedings， 1999：61-67.

[3]辛耀中，李澤，趙祖康.國際電工委員會第57技術委員會1998年會議概述[J].電力系統自動化，1998，22（10）：45-49.

[4]譚文恕.電力系統無縫通信系統體系[J].電力自動化設備，2001，21（11）：1-5.

[5]李光輝，高虹亮.架空輸電線路運行與檢修[M].北京：中國三峽出版社，2000，10.