小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的仿真

1、設(shè)計(jì)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(diǎn)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(shí)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(diǎn)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(shí)繼續(xù)運(yùn)行）和限制過(guò)電壓兩個(gè)因素。我國(guó)規(guī)定110kv以上電壓等級(jí)的系統(tǒng)采用中性點(diǎn)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(diǎn)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(shí)，由于故障點(diǎn)的電流很小，而且三相之間的線電壓任然保持對(duì)稱，對(duì)負(fù)荷的供電沒(méi)有影響，因此，在一般情況下都允許系統(tǒng)在繼續(xù)運(yùn)行12小時(shí)，而不必立即跳閘，這也是采用小電流接地系統(tǒng)運(yùn)行的主要優(yōu)點(diǎn)。但是在單相接地以后，其他兩相的對(duì)地電壓要升高根號(hào)三倍，為了防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大成兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地短路，就應(yīng)及時(shí)發(fā)出信號(hào)，以便運(yùn)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(diǎn)簡(jiǎn)介 對(duì)于如圖1-1所示的中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，單相接地故障發(fā)生后，由于中性點(diǎn)N不接地，所以沒(méi)有形成短路電流通路，故障相都將流過(guò)正常負(fù)荷電流，線電壓任然保持對(duì)稱，因此可以短時(shí)不予以切除。這段時(shí)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(duì)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(duì)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(zhǎng)期運(yùn)行。 事實(shí)上，對(duì)于中性點(diǎn)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(diǎn)和導(dǎo)線對(duì)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(gè)容性電流在接地故障點(diǎn)將以電弧形式存在，電弧產(chǎn)生的高溫會(huì)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(huì)引起弧光過(guò)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(dòng)作跳閘，中斷對(duì)用戶的供電。 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)的故障特點(diǎn)如下 1）

4、在發(fā)生單相接地時(shí)，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(duì)地電容電流，電容電流的實(shí)際方向?yàn)橛赡妇€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(duì)地電容電流之總和，數(shù)值一般較大，電容電流的實(shí)際方向?yàn)橛删€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(diǎn)不接地系統(tǒng)的仿真模型及計(jì)算 利用simulink建立一個(gè)10kv中性點(diǎn)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(zhǎng)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(shuō)明的是，在實(shí)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(zhǎng)度人為加長(zhǎng)，這樣可以使仿真時(shí)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(cè)量模塊“three-phase v-I measurement”將測(cè)量到的電壓、電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成simulink信號(hào)，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(cè)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(diǎn)的接地電流Id則可以用如圖1-10與1-11

7、所示的萬(wàn)用表測(cè)量方式得到圖1-9零序電壓與零序電流測(cè)量圖圖1-10萬(wàn)用表外部鏈接圖圖1-11萬(wàn)用表內(nèi)部設(shè)定根據(jù)以上設(shè)置的參數(shù)，可以通過(guò)計(jì)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(shí)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(kāi)始前，選擇離散算法，仿真的結(jié)束時(shí)間取0.2s，利用powergui模塊設(shè)置采樣時(shí)間為1x10-5s,系統(tǒng)在0.04s時(shí)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(diǎn)不接地系統(tǒng)的仿真結(jié)果及分析設(shè)置好參數(shù)，運(yùn)行如圖1-13，1-14,1-15,1-16,1-17,1-8所示的10kv中性點(diǎn)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(diǎn)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(jiàn)3個(gè)線路的零序電壓相等，符合電路實(shí)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(jì)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(jì)算值。綜上SIMULINK模擬的3條線路的零序電壓都相等，而三個(gè)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(jì)算值。故障點(diǎn)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(jì)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(diǎn)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(shí)際方向?yàn)橛赡妇€流向線路）；故障線路的零序電流為全系統(tǒng)故障元件對(duì)電容電流之和，零序電流滯后零序電壓90°（電容電流的實(shí)際方向?yàn)橛删€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(huì)在這次的小電流接地系統(tǒng)的matlab仿真實(shí)驗(yàn)中我學(xué)會(huì)了很多。不僅僅單單是自己獨(dú)立完成了作業(yè)，主要是在這次仿真實(shí)驗(yàn)中，我學(xué)會(huì)了能夠獨(dú)自查閱資料，獨(dú)自定課題，獨(dú)自完成，在過(guò)程中有疲憊，有迷惑，錯(cuò)了很多次，怎么都出不了圖像，仿真沒(méi)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(duì)照每一個(gè)環(huán)節(jié)。每一個(gè)可能會(huì)出錯(cuò)的地方，知道是往往每一個(gè)細(xì)節(jié)就可以導(dǎo)致結(jié)果出不來(lái)。一一的對(duì)