小电流接地系统暂态零序电压电流特征仿真研究

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1、小电流接地系统暂态零序电压电流特征仿真研究小电流接地系统暂态零序电压电流特征仿真研究　　　　作者简介:蒋建东(1975－)，男，河南南阳人，郑州大学副教授，博士，研究方向为电力系统运行分析与控制、电力系统故障分析与诊断．　　　　摘要:为了分析小电流接地系统暂态零度电压电流的特征，在Matlab中建立了小电流接地系统的仿真模型，详细介绍了模型的建立方法．对单相接地故障进行了仿真，分析了小电流接地系统暂态过程中零序电压、零序电流、零序电流中5次谐波电流及零序电流变化率的特征．　　　　关键词:小电流接地系统;暂态零序电

2、压;暂态零序电流　　　　0引言　　　　我国的3～10kV电网，主要采用中性点不接地方式，35～60kV电网，主要采用中性点经消弧线圈接地方式，采用这两种接地方式的系统称为小电流接地方式．在小电流接地系统中较常发生的故障为单相接地故障，发生故障后，短路电流数值很小，保护装置不会立即动作;线电压仍保持对称，系统允许短时运行［1］．但非故障相电压升高，中性点对地电压发生偏移，可能会破坏设备绝缘，导致区域性故障，因此要求合适的选线方法，以便及时、准确地找出故障线路并排除故障．　　　　目前已经提出的一些选线方法，如群体比幅

3、比相法、谐波法、暂态能量法、零序导纳法、小波法［2－6］等，由于受电压初相角及故障点接地电阻等因素的影响，在使用中选线效果不理想［7］．单相接地暂态过程中的暂态零序量信息量丰富，并且含有三相的信息，利用零序暂态量的特征进行选线理论上可以有效地改善选线精度［8］．笔者在Matlab中建立了小电流接地系统的故障仿真模型，利用该模型对单相接地时的暂态零序电压、暂态零序电流特征进行了仿真分析．　　　　1基于Matlab的小电流接地系统建模　　　　1．1仿真模型的建立　　　　图1所示为一个小电流接地系统，系统电源经升压变压

4、器与母线相连，通过三回线路和降压变压器与用户相连．利用Matlab中的电源模型、变压器模型、线路模型、负载模型、故障模型建立了小电流接地系统的单相接地故障仿真模型，如图2所示．图2中中性点的接地方式为不接地或经消弧线圈接地，通过一个开关来控制．　　　　　　1．2参数设置　　　　电源用一个含有内阻抗的三相对称电压源来模拟，三相电源采用星形接线，其参数如表1所示．变压器模型的参数如表2所示．　　　　　　电力线路分为架空线路和电缆线路两种，笔者针对架空线路进行建模．在配电网中存在着各种各样的非线性电力电子元件，可能使三

5、相参数不对称，此时采用集中参数模型会出现较大的误差，因此文中使用分布参数模型，其参数如表3所示．　　　　表3架空线路模型参数　　　　　　根据已经建立的仿真模型，在Matlab中对仿真参数进行如下设置:仿真开始时间为0．0s，结束时间为0．12s;解算器选择变步长(Variable－step)，算法使用ode23tb(Stiff/TR－BDF2);较大步长、较小步长、初始步长都选择自动方式(Auto);相对容差为(1e－3)，绝对容差采用自动方式(Auto)．　　　　2暂态零序电压电流量特征仿真分析　　　　笔者按照

6、中性点不接地和经消弧线圈接地两种情况，对线路I的A相在0．02s时发生接地故障，0．1s时故障解除，进行了仿真．　　　　2．1暂态零序电压特征　　　　中性点不接地系统发生单相接地故障后母线的零序电压波形如图3所示．由图3可以看出，在线路没有发生故障，三相电压对称，零序电压为0kV;在时发生相接地故障，各相电压不再对称，线路出现零序电压;在接地故障清除后，各相电压又恢复到正常运行值，零序电压重新变为0kV．中性点经消弧线圈接地系统的零序电压特征和中性点不接地系统的相同，常常把零序电压的这一特点作为启动选线的条件．　

7、　　　　　图3暂态零序电压　　　　Fig．3Transientzerosequencevoltage　　　　2．2暂态零序电流特征　　　　中性点不接地系统各线路暂态零序电流如图4所示．由图4可以看出，故障前各线路没有零序电流，故障后各线路开始出现零序电流;故障线路的零序电流幅值较大，约等于非故障线路零序电流的幅值之和，故障线路的零序电流相位与非故障线路的相位相反．故在中性点不接地系统中，可以利用零序电流幅值、相位进行选线．　　　　　　图4中性点不接地系统的暂态零序电流　　　　Fig．4Transientzeros

8、equencecurrentinneutralungroundingsystem　　　　中性点经消弧线圈接地时各线路暂态零序电流如图5所示．由图5可以看出，暂态过程中，故障线路的零序电流幅值较大，与非故障线路的零序电流幅值没有固定的关系，且故障线路的零序电流相位与非故障线路的相位也不呈现特定的关系．故在中性点经消弧线圈接地系统中，由于消弧线圈电感电流的补偿作用，利用零序电