单相接地仿真与剖析.docVIP

基于MATLAB的小电流接地系统单相接地分析与仿真 [ 摘 要] 用MATLAB的simulink 工具箱构建小电流接地系统仿真模型，并对单相接地故障的各种情况进行仿真，通过对零序电流的波形进行分析，从而确定哪条线路发生故障。 关键字：小电流接地系统；仿真；波形；零序电流；MATLAB 0 引言 我国配电网中性点广泛采用不接地与经消弧线圈接地这两种非有效接地方式，因其发生故障时流过接地点的电流小，被称为小电流接地系统或者中性点非有效接地系统，此类系统容易发生单相接地故障。 随着人们对供电可靠性的要求越来越高，并且小电流接地系统使配电网结构复杂，故障选线成为一个公认的难题，但由于系统自身的特点，小电流故障选线问题一直未能得到很好的解决。本文利用MATLAB建立电力系统模型，对故障进行仿真。通过分析仿真结果，有利于配电网单相接地故障选线的进一步研究。 1解单相接地等值电路 图1 单相接地暂态电流的等值电路 在图1中，C一谐振接地系统的三相对地电容，—三相线路和电源变压器等在零序回路中的等值电感，一零序回路中的等值电阻(其中包括故障点的接地电阻和弧道电阻)，、L一分别为消弧线圈的有功损耗电阻和电感，一等效零序电源。 根据图1可写出下面的微分方程式： 解微分方程可得： 式中：,为电容电流的幅值, 是相电压的幅值；为暂态自由震荡分量的角频率；,为自由震荡分量的衰减系数，其中为回路的时间常数。 电容电流暂态部分主要由两部分决定和，控制暂态分量的幅值和频率，使暂态波形衰减。 式中：,为电感电流幅值；为回路的时间常数。 2 小电流接地系统单相接地故障在各种情况下的仿真结果 本部分的主要内容是给出小电流接地系统单相接地故障在各种情况下的仿真结果，分别介绍一下五种情况：不同接地电阻；不同故障点的电压相位；不同补偿状态；不同线路长度；不平衡负载。在MATLAB中建立小电流接地系统单相接地故障的模型，如下图所示。在模型中，电源模块输出电压为10.5KV，中性点经消弧线圈接地。四条10KV输电线路Line1~Line4长度分别为13km、18km、10km、6km。线路负荷Load1~Load3的有功负荷分别为1MW、0.2MW、2MW。三相电压电流测量模块V-1~V-3测量3条线路的电压电流。故障模块“Three-Phase Fault”设置为A相金属性接地。 2.1 不同接地电阻对零序电流的影响 在电源电压初相角为度和过补偿状态下，A相金属性接地时，仿真结果如下图。  接地电阻为1欧姆时，仿真结果如下图。 接地电阻为10欧姆时，仿真结果如下图。 接地电阻为100欧姆时，仿真结果如下图。 结论：接地电阻越大，电容电流自由震荡分量时间常数越大，衰减越快。 2.2不同电压相位对零序电流的影响 在电源电压初相角0度及金属性接地，仿真结果如下图。 在电源电压初相角15度及金属性接地，仿真结果如下图。 在电源电压初相角45度及金属性接地，仿真结果如下图。 在电源电压初相角90度及金属性接地，仿真结果如下图。 结论：接地时刻的相位角越大，暂态现象越明显。 2.3 不同补偿状态下的仿真结果 在过补偿30%、金属性接地及电源电压初相角为30度时，仿真结果如下图。 在全补偿、金属性接地及电源电压初相角为30度时，仿真结果如下图。 在欠补偿30%、金属性接地及电源电压初相角为30度时，仿真结果如下图。 2.4 不同线路长度的仿真结果 在电源电压初相角为30度、金属性接地和过补偿状态下，Line1~Line4线路长度分别为13km、18km、10km、6km时，仿真结果如下图。 在电源电压初相角为30度、金属性接地和过补偿状态下，Line1~Line4线路长度分别为6km、9km、5km、4km时，仿真结果如下图。 结论：线路越短，电容电流自由震荡分量的自振角频率越大。 2.5 不平衡负载对单相接地故障的影响 在电源电压初相角为30度、金属性接地和过补偿状态下，负载为平衡负载时，仿真结果如下图。 在电源电压初相角为30度、金属性接地和过补偿状态下，负载为不平衡负载时，仿真结果如下图。 3 故障线路与非故障线路的区别 在稳态部分，对于中性点不接地系统，故障线路零序电流比非故障线路零序电流幅值大，且相位相反。对于中性点经消弧线圈接地系统，故障线路零序电流和非故障线路零序电流幅值相位不再有特定的关系。不同补偿方式对稳态部分有明显影响：过补偿时电感电流大于总对地电容电流，接地点接地电流呈感性；全补偿时电感电流等于总对地电容电流，接地点接地电流为零；欠补偿时电感电流小于总对地电容电流，接地点接地电流呈容性。 在暂态部分，故障线路零序电