电力系统的接地故障与仿真分析.docx

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摘要

随着现代配电网的发展，电力系统的建造规模向着健康、绿色、大规模的方向发展。由于许许多多的因素，单相接地故障经常发生，这已经严重影响了设备的安全运行和人身安全以及电力系统的稳定运行。因此电力系统的安全运行，更加受到人民群众的关注。而MATLAB软件可以很好地模拟电力系统故障时的运行情况。

本文分析了三种不同中性点接地方式下，系统发生单相接地故障时的运行情况；这三种分别为直接接地，不接地，经消弧线圈接地。仿真之前先计算这三种情况下的故障特征。然后运用MATLAB中的SIMULINK模块分别对这三种不同的接地方式进行仿真，得到电流波形和电压波形，并与计算值进行对比。验证仿真的结果是否正确，并对各处故障量的特征并进行分析。根据故障量的特征，分析应该进行如何保护。

关键词：电力系统；中性；消弧线圈；接地故障；MATLAB

第1章绪论

1.1论文的研究背景和意义

随着科技的不断进步发展，我国的经济发展水平大幅度提高，这就使群众的消费不再拘泥于狭窄的范围。电力能源在国民的日常生活中又是必要的存在，因此我们对用电方面有了更高的要求；现代配电网络随着时代的进步不断扩展，随之而来的是对电源可靠性的更高要求。然而，由于配电网络结构复杂，新旧线路交错，自然灾害，外部机械力等其他原因的影响，线路故障的问题时有发生。所以，对于电力系统接地故障的研究尤为重要。

当导线不能与大地有理想连接状态时，就会发生接地故障；这种故障有单相和双相之分。现实生活中，诸多原因都有可能产生单相故障，因此，它在配电网中出现的概率为其它故障类型的4倍[1]。由于它的演变方式较多，所以对单相接地故障进行研究是必不可少的。本设计对中性点接地的三种不同方式，进行单相接地故障的仿真，分析其应该如何进行保护，并提出了改进措施。

1.2国内外研究现状

1.2.1国内研究现状

电力系统的接地装置是否符合安全标准，影响着电力系统的工作是否可靠。电力系统接地技术的研究涉及方方面面，研究工作极其复杂。这在实际操作和理论研究上都有重大意义。目前，我国对接地技术的研究较为成熟，不仅对当前难以解决的问题进行了剖析，而且还进一步提出了未来的研究方向。目前基于现有的研究，已经可以实现将接地技术应用于各项工程中。

但是随着电网的不断进步发展，对接地装置的精度和灵活性有了进一步标准，随之而来的是更加多的难题。因此，我们需要尽快对接地技术所涉及的周边问题开展研究，例如：接地装置的冲击特性、防止雷雨天气对设备的侵蚀、对系统的多角度评价技术、与其他装置的交叉关系等等[16]。

对小电流接地系统单相接地故障的检测也就是不接地系统，检测的办法有根据故障暂态或稳态分量的办法。不过仍存在检测准确率、可靠性低的问题。当然了，现在讨论更多的还是采取故障线路暂态信息进行选线。文献[11]就是首先分析了国内外10kV配网单相接地故障的缘由和故障可能产生的不良影响，又研究了同样的系统发生故障时它的暂态电流的改变情况[11]。

文献[2]中介绍了另一种方法，是以零序电流、电压为被测对象，计算相应导纳，最后根据零序导纳就可以判断出故障的位置[2]。零序导纳检测方法的接线、设定及计算简单,不受故障点接地电阻大小的影响,在接地电阻差异较大、有无消弧线圈或消弧线圈存在不同补偿度的工做情况下都有较高的灵敏度和可靠性。

然而，配网系统中三相零序不对称的情况在实际应用过程中比较常见，所以传统零序导纳法的故障选线方案讨论的不够全面，因此在发生单相接地故障尤其是高阻故障时，零序导纳的计算会出现较大的误差。在文献[4]中提出了考虑到三相零序不对称情况的改进零序导纳的选线方案和计算方法。首先，分别推导了中性点不接地系统和经消弧线圈接地系统中，考虑线路不对称条件下的零序导纳的计算公式。其次，根据零序导纳的计算提出了两种接地方式下的改进导纳法的选线方案，同时提出了基于零序导纳的相角差系数的概念并构造了选线判据。最后，通过配电

网单相接地故障仿真以及现场试验数据，验证了改进导纳法的选线方案可在线路不对称情况下有效选出故障线路

[4]。

文献[3]提到了较为先进的三种小电流系统的选线方法，分别是“S”注入法、基于模式识别法、注入变频信号法等。接下来在第三章会详细介绍这几种方法。文献[8]是一项发明，它与文献[3]的背景条件相同。在系统中，利用两变电站母线电压行波到达时间差，确定故障线路。它可以准确的判断该系统的故障线，使工作人员及时采取措施，确保电网安全运行。

文献[9]先对不接地系统进行剖析理解，了解了这个系统的原理；然后提出了两种方法，一种是可以确定故障范围的方法，另一种是运用推理的原则确定故障。这样故障部分的边界范围被清楚地标明。它可以快速确定哪一条是故障线路，因为减