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配电网单相接地故障仿真分析报告

摘要

为了提取配电网单相接地故障选线和故障测距的暂态故障特征量，基于Matlab的

Simulink仿真环境，搭建了小电流接地系统的配电网络仿真模型并综合考虑不同短路时

刻、不同接地电弧电阻、不同故障距离和线路长度等多个因素，对配电网小电流接地系

统的单相接地故障进行了大量仿真。在配电网单相接地短路故障后的第1个工频周波

(O～O．02s)内故障线路的零序电流包络线的变化速度比非故障线路变化缓慢，包络面

积大，但与非故障线路首半波极性相反。仿真分析表明此暂态特性不受短路时刻、电弧

电阻、故障距离和消弧线圈被偿度的影响，为单相接地故障选线和故障测距的研究提供

了理论依据。

关键词：配电网；仿真模型零序电流；单相接地故障；补偿度；故障相电压

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第一章引言

我国35kV、10kV(6kV)配电网中性点运行方式一般为不接地或经消弧线圈接地。

当发生单相接地故障时允许继续运行1～2h，及时查找故障线路和故障点是提高供电可

靠性的保证。基于稳态分量的单相接地选线方法有5次谐波电流的幅值方向法【1,2】，注入

信号源法【3】，零序电流有功分量法【4,5】等，由于稳态零序电流幅值较小，基于稳态分量

【6,7】

的单相接地选线准确率不高；消弧线圈短时并联电阻，可提高接地选线的可靠性，

但不能很好发挥消弧线圈的作用。近年来，以小波变换为理论研究工具，分别提出了应

用零序电流小波变换系数模值大小与极性【8-13】零序电流小波变换系数模值的积分【14】、

零序电压流的小波变换系数之比【15】作为选线判据，但受短路时刻、网络结构、线路长

度、接地点的位置、电弧电阻及被分析信号的数据长度、小波基的选取等多因素的影响

较大。研究小电流接地系统单相接地暂态过程特点是单相接地故障选线和测距方法的理

论基础，目前关于这方面的文献很少。

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第二章仿真模型的建立

某35kV中性点经消弧线圈接地配电网，其Matlab的仿真模型【16】如图1，总长度为

176km。5条一级线路，长度分别为：9、2513、19、34km，线路2和线路3分别接有3

条二级线路，长度分别为10、13、9km和13、10、10km。

线路的正序参数R=

零序参数R。=

电网常用过补偿方式的消弧线圈补偿度为：

式中，P为补偿度；为消弧线圈的电感电流，A；为电网电容电流之和，A。对于

稳态基波分量而言，配电网单相金属性接地电流等于配电网电容电流之和；中性点

电压U等于相电压。根据金属性短路仿真测量数据和式(1)可得消弧线圈的电感L为：

各线路首端、故障点和中性点设有测量模块。各测量模块的采样频率为4．8kHz，可识

别信号频率为2．4kHz。

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第三章单相接地故障仿真分析

发生单相接地故障时，零序分量的暂态过程随短路时刻、电弧电阻、故障距离和消

弧线圈补偿度的变化而变化，包含多种频率成分的周期分量和非周期分量，分别分析如

下。

3.1短路时刻对零序特征量的影响

短路发生的时刻t是随机的，以线路1为研究对象，保持故障距离、电弧电阻R和补

偿度的大小不变即，分别在A相电压正半波和负半波

的任一时刻、过零点和峰值时刻发生单相接地故障。零序电压和各线路零序电流见图2。

在短路后的第1个工频周期内(0～0．02s)，故障线路和非故障线路的零序电流显著不

同，随着短路时间的增加，在第2～3个周波以后，故障线路和非故障线路的零序电流极

性、大小的区别不明显。

归纳第1个工频周波((0～0．02s)的零序电压和零序电流的暂态特性如下：

①零序电压的极性与发生短路时刻故障相电压的极性