单相接地仿真与分析

基于MATLAB的小电流接地系统单相接地分析与仿真

[ 摘 要] 用MATLAB的simulink 工具箱构建小电流接地系统仿真模型，并对单相接地故障的各种情况进行仿真，通过对零序电流的波形进行分析，从而确定哪条线路发生故障。

关键字：小电流接地系统；仿真；波形；零序电流；MATLAB

0 引言

我国配电网中性点广泛采用不接地与经消弧线圈接地这两种非有效接地方式，因其发生故障时流过接地点的电流小，被称为小电流接地系统或者中性点非有效接地系统，此类系统容易发生单相接地故障。

随着人们对供电可靠性的要求越来越高，并且小电流接地系统使配电网结构复杂，故障选线成为一个公认的难题，但由于系统自身的特点，小电流故障选线问题一直未能得到很好的解决。本文利用MATLAB建立电力系统模型，对故障进行仿真。通过分析仿真结果，有利于配电网单相接地故障选线的进一步研究。

1解单相接地等值电路

图1 单相接地暂态电流的等值电路

在图1中，C一谐振接地系统的三相对地电容，L0—三相线路和电源变压器等在零序回路中的等值电感，R0一零序回路中的等值电阻(其中包括故障点的接地电阻和弧道电阻)，rL、L一分别为消弧线圈的有功损耗电阻和电感，u0一等效零序电源。

根据图1可写出下面的微分方程式：

dic1tR0iC?L0?icdt?U?msin（?t??）

dtC?0U?msin（?t??）?rLiL?L解微分方程可得：

diL dtiC?iC.os?iC.st

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?f?ICm[(sin?sin?ft?cos?cos?ft)e??t?cos(?t??)]

?式中：

ICm?U?m?C,为电容电流的幅值, U?m是相电压的幅值；

1R1R???0,为自由震荡分量的衰减?(0)2为暂态自由震荡分量的角频率；

?C2L0L0C2L0?f??02-?2?系数，其中?C为回路的时间常数。

?f?f??tsin?sin?ft和e，sin?sin?ft控制暂态电容电流暂态部分主要由两部分决定??分量的幅值和频率，e??t使暂态波形衰减。

t??LiL?iL.dc?iL.st.?ILm[co s ?e?cos(?t??)]

2LU?m??式中：ILm?,为电感电流幅值；L为回路的时间常数。

r?LL2 小电流接地系统单相接地故障在各种情况下的仿真结果

本部分的主要内容是给出小电流接地系统单相接地故障在各种情况下的仿真结果，分别介绍一下五种情况：不同接地电阻；不同故障点的电压相位；不同补偿状态；不同线路长度；不平衡负载。在MATLAB中建立小电流接地系统单相接地故障的模型，如下图所示。在模型中，电源模块输出电压为10.5KV，中性点经消弧线圈接地。四条10KV输电线路Line1~Line4长度分别为13km、18km、10km、6km。线路负荷Load1~Load3的有功负荷分别为1MW、0.2MW、2MW。三相电压电流测量模块V-1~V-3测量3条线路的电压电流。故障模块“Three-Phase Fault”设置为A相金属性接地。

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2.1 不同接地电阻对零序电流的影响

在电源电压初相角为45度和过补偿状态下，A相金属性接地时，仿真结果如下图。

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接地电阻为1欧姆时，仿真结果如下图。

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