小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的仿真

1、設(shè)計題目：小電流接地系統(tǒng)單相故障matlab仿真中文摘要：使用matlab和 simulink模擬小電流接地系統(tǒng)單相接地故障。關(guān)鍵字：matlab， simulink，小電流系統(tǒng)，單相接地故障。小電流接地系統(tǒng)單相故障電網(wǎng)中性點接地系統(tǒng)的分類方法有很多種，其中最常用的是按照接地短路時接地電流的大小分為大電流接地系統(tǒng)和小電流接地系統(tǒng)。電網(wǎng)中性點采用哪種接地方式主要取決于供電可靠性（是否允許帶一相接地時繼續(xù)運行）和限制過電壓兩個因素。我國規(guī)定110kv以上電壓等級的系統(tǒng)采用中性點直接接地方式，35kv及以下的配電系統(tǒng)采用小電流接地 方式（中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地）。在小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地

2、時，由于故障點的電流很小，而且三相之間的線電壓任然保持對稱，對負(fù)荷的供電沒有影響，因此，在一般情況下都允許系統(tǒng)在繼續(xù)運行12小時，而不必立即跳閘，這也是采用小電流接地系統(tǒng)運行的主要優(yōu)點。但是在單相接地以后，其他兩相的對地電壓要升高根號三倍，為了防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大成兩點或多點接地短路，就應(yīng)及時發(fā)出信號，以便運行人員采取措施予以消除。小電流接地系統(tǒng)單相故障特點簡介 對于如圖1-1所示的中性點不接地系統(tǒng)，單相接地故障發(fā)生后，由于中性點N不接地，所以沒有形成短路電流通路，故障相都將流過正常負(fù)荷電流，線電壓任然保持對稱，因此可以短時不予以切除。這段時間可以用于查明故障原因并排除故障，或者進(jìn)行倒負(fù)荷操作，

3、因此該方式對于用戶的供電可靠性高，但是接地相電壓將降低，非接地相電壓將升高至線電壓，對電氣設(shè)備絕緣造成威脅。單相接地故障發(fā)生后系統(tǒng)不能長期運行。 事實上，對于中性點不接地系統(tǒng)，由于線路分布電容（電容數(shù)值不大，而容抗很大）的存在，接地故障點和導(dǎo)線對地電容還是能夠形成電流通路的，從而有數(shù)值不大的電容性電流在導(dǎo)線和大地之間流通。一般情況下，這個容性電流在接地故障點將以電弧形式存在，電弧產(chǎn)生的高溫會損毀設(shè)備，甚至引起附近建筑物燃燒起火，不穩(wěn)定的電弧燃燒還會引起弧光過電壓，造成非接地相絕緣擊穿進(jìn)而發(fā)展成為相間故障，導(dǎo)致斷路器動作跳閘，中斷對用戶的供電。 中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時的故障特點如下 1）

4、在發(fā)生單相接地時，全系統(tǒng)都將出現(xiàn)零序電壓。 2）在非故障的元件上有零序電流，其數(shù)值等于本身的對地電容電流，電容電流的實際方向為由母線流向線路。 3）在故障線路上，零序電流為全系統(tǒng)非故障元件對地電容電流之總和，數(shù)值一般較大，電容電流的實際方向為由線路流向母線。 小電流接地系統(tǒng)的仿真模型構(gòu)建1.中性點不接地系統(tǒng)的仿真模型及計算 利用simulink建立一個10kv中性點不接地系統(tǒng)的仿真模型，如圖1-3所示。 在仿真模型中，電源采用”Three-phase source”模型，輸出電壓為10.5kv，內(nèi)部接線方式為Y形聯(lián)結(jié)，其他參數(shù)與圖1-4設(shè)置相同。在模型中共有4條10kv輸電線路line1lin

5、e4,均采用“Three-phase Pl Section Line”模型，線路的長度分別為130km、175km、1km、150km，其他參數(shù)相同。Line1參數(shù)設(shè)置如圖1-5所示。需要說明的是，在實際的10kv配電系統(tǒng)中，單回架空線路的輸送容量一般在0.22MV.A，輸送距離的適宜范圍為620km.本文的仿真模型將輸電線路的長度人為加長，這樣可以使仿真時的故障特征更為明顯，而且不用很多輸電線的出線路數(shù)，不影響仿真結(jié)果的正確性， 線路負(fù)荷load1、load2、load3均采用“three-phase series rlc load”模型。其有功負(fù)荷分別為1MW、0.2MW、2MW，其他參數(shù)

6、相同，load1參數(shù)設(shè)置如圖1-6所示。每一線路的始端都設(shè)三相電壓電流測量模塊“three-phase v-I measurement”將測量到的電壓、電流信號轉(zhuǎn)變成simulink信號，相當(dāng)于電壓、電流互感器的作用，其參數(shù)設(shè)置如圖1-7所示。 圖1-3圖1-4電源設(shè)置圖1-5線路設(shè)置圖1-6負(fù)載設(shè)置圖1-7三相電壓電流測量模塊在仿真模型中，選擇在第三條出線的1km處發(fā)生A相金屬性單相接地，故障模塊的參數(shù)設(shè)置如圖1-8所示。這里選擇A相發(fā)生單相接地短路圖1-8故障模塊系統(tǒng)的零序電壓3uo及每條線路始端的零序電流3i0采用如圖1-9所示方式得到。故障點的接地電流Id則可以用如圖1-10與1-11

7、所示的萬用表測量方式得到圖1-9零序電壓與零序電流測量圖圖1-10萬用表外部鏈接圖圖1-11萬用表內(nèi)部設(shè)定根據(jù)以上設(shè)置的參數(shù)，可以通過計算得到系統(tǒng)在第3條出線的1km處發(fā)生A相金屬性單相接地時各線路始端的零序電流有效值為3I0=3U*C0I=3*（10.5/3）*103*10-9*314*7.751*130A=5.75A同理可得3I0=7.75A3I0=3I0+3I0=13.5A故障電流為ID=20.18A仿真結(jié)果及分析在仿真開始前，選擇離散算法，仿真的結(jié)束時間取0.2s，利用powergui模塊設(shè)置采樣時間為1x10-5s,系統(tǒng)在0.04s時發(fā)生A相金屬性單相接地。圖1-12為powergu

8、i模塊設(shè)置圖1-121. 中性點不接地系統(tǒng)的仿真結(jié)果及分析設(shè)置好參數(shù)，運行如圖1-13，1-14,1-15,1-16,1-17,1-8所示的10kv中性點不接地系統(tǒng)仿真模型，得到系統(tǒng)的零序電壓3uo及每條線路始端的零序電流3Io，故障點的接地電流Id波形如圖1-19所示圖1-13Line 1的零序電壓U0圖1-14 Line 2的零序電壓U0 圖1-15 Line 3的零序電壓U0 可以看見3個線路的零序電壓相等，符合電路實際情況。圖1-16 Line 1的零序電流I0進(jìn)入穩(wěn)態(tài)之后的零序電流有峰值為8，則其有效值為5.7符合計算值。圖1-17 Line 2的零序電流I0進(jìn)入穩(wěn)態(tài)之后的零序電流有

9、峰值為11，則其有效值為7.8符合計算值。綜上SIMULINK模擬的3條線路的零序電壓都相等，而三個零序電流滿足：3I0=3I0+3I0圖1-18 Line 3的零序電流I0進(jìn)入穩(wěn)態(tài)之后的零序電流有峰值為18.6，則其有效值為13.15符合計算值。故障點的接地電流Id峰值為28，有效值為19.8與理論值誤差為3%滿足要求。結(jié)論與理論計算值相比，仿真結(jié)果略大，但誤差不大于3%。從圖1-13中可以看出，在中性點不接地方式下，非故障線路的零序電流超前零序電壓90°（即電容電流的實際方向為由母線流向線路）；故障線路的零序電流為全系統(tǒng)故障元件對電容電流之和，零序電流滯后零序電壓90°（電容電流的實際方向為由線路流向母線）；故障線路的零序電流和非故障的零序電流相位差為180°三 總結(jié)和體會在這次的小電流接地系統(tǒng)的matlab仿真實驗中我學(xué)會了很多。不僅僅單單是自己獨立完成了作業(yè)，主要是在這次仿真實驗中，我學(xué)會了能夠獨自查閱資料，獨自定課題，獨自完成，在過程中有疲憊，有迷惑，錯了很多次，怎么都出不了圖像，仿真沒有結(jié)果，然后又仔細(xì)的閱讀文章，閱讀書上的講解，細(xì)心的對照每一個環(huán)節(jié)。每一個可能會出錯的地方，知道是往往每一個細(xì)節(jié)就可以導(dǎo)致結(jié)果出不來。一一的對