配电网单相接地故障的仿真分析

1、中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）题 目 配电网单相接地故障的仿真分析学习中心： 天津滨海奥鹏学习中心年级专业：学生姓名：网络10春 电气工程及其自动化吴燕燕丿J八、八、学号：1081480018指导教师：郑淑慧职称：教授导师单位：中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）远程与继续教育学院论文完成时间：2011年_12_月23日摘要为了提取配电网单相接地故障选线和故障测距的暂态故障特征量，基于 Matlab 的 Simulink 仿真环境，搭建了小电流接地系统的配电网络仿真模型并综合考虑不同短路时 刻、不同接地电弧电阻、不同故障距离和线路长度等多个因素，对配电网小电流接地系 统的

2、单相接地故障进行了大量仿真。在配电网单相接地短路故障后的第 1 个工频周波 (0O. 02 s)内故障线路的零序电流包络线的变化速度比非故障线路变化缓慢，包络面 积大，但与非故障线路首半波极性相反。仿真分析表明此暂态特性不受短路时刻、电弧 电阻、故障距离和消弧线圈被偿度的影响，为单相接地故障选线和故障测距的研究提供 了理论依据。关键词： 配电网； 仿真模型 零序电流；单相接地故障；补偿度； 故障相电压第一章 引言我国35 kV、10 kV(6 kV) 配电网中性点运行方式一般为不接地或经消弧线圈接地。当发生单相接地故障时允许继续运行12 h,及时查找故障线路和故障点是提高供电可 靠性的保证。

3、基于稳态分量的单相接地选线方法有 5次谐波电流的幅值方向法 【1,2】，注入 信号源法 【3】,零序电流有功分量法 【4,5】等,由于稳态零序电流幅值较小, 基于稳态分量 的单相接地选线准确率不高；消弧线圈短时并联电阻 【6,7】,可提高接地选线的可靠性, 但不能很好发挥消弧线圈的作用。近年来,以小波变换为理论研究工具,分别提出了应 用零序电流小波变换系数模值大小与极性 【8-13】零序电流小波变换系数模值的积分 【14】、 零序电压流的小波变换系数之比 【15】作为选线判据,但受短路时刻、网络结构、线路长 度、接地点的位置、电弧电阻及被分析信号的数据长度、小波基的选取等多因素的影响 较大。研

4、究小电流接地系统单相接地暂态过程特点是单相接地故障选线和测距方法的理 论基础,目前关于这方面的文献很少。第二章仿真模型的建立某35 kV中性点经消弧线圈接地配电网，其 Matlab的仿真模型【16】如图1,总长度为176 km。5条一级线路，长度分别为：9、25 13、19、34 km,线路2和线路3分别接有3 条二级线路，长度分别为10、13、9 km和13、10、10 km。线路的正序参数R= '' '-1 1 11 "1零序参数R。仝;.".-丨1 ：卜电网常用过补偿方式的消弧线圈补偿度为：P = Cir-ZcVZo（1）式中，P为补偿度；|为

5、消弧线圈的电感电流，A;为电网电容电流之和，A。对于 稳态基波分量而言，配电网单相金属性接地电流等于配电网电容电流之和；中性点电压U等于相电压。根据金属性短路仿真测量数据和式(1)可得消弧线圈的电感L为:p =(A =( 1 +*Jl 12“2n/各线路首端、故障点和中性点设有测量模块。各测量模块的采样频率为4. 8 kHz,可识 别信号频率为2. 4 kHz第三章单相接地故障仿真分析发生单相接地故障时，零序分量的暂态过程随短路时刻、电弧电阻、故障距离和消 弧线圈补偿度的变化而变化，包含多种频率成分的周期分量和非周期分量，分别分析如 下。3.1短路时刻对零序特征量的影响、电弧电阻R和补短路发生

6、的时刻t是随机的，以线路1为研究对象，保持故障距离偿度的大小不变即/d = 8= 100 O * = 10 % -，分别在A相电压正半波和负半波2。< 0/ 手序电H?：e _*啟障期昭矗':、.各糸纯略实时誓序电锻20 > t 0-2040.3<0.12fl.20 120 «0.2(t) 4 =0 】 4S4sA叩他呼建零序咀压/中賞点电压0J6 r/s (g) rd-0.1匚舖仝厕諒鼬军序电金.0.140.160,淖0.1S0 1220-J:L-4,14(f)rro.)5sAftl电血境t线爭序电虽 匕零序电压、-fc *t 3(h)=O. 1546的任

7、一时刻、过零点和峰值时刻发生单相接地故障。零序电压和各线路零序电流见图IS 2章停电压/电渍噩时画嬰化的通张劇Fl 2 Zerfr-se-q uenee raltaee/curreiiil waveform i4it b I lie timr clhanpr在短路后的第1个工频周期内(00. 02 s),故障线路和非故障线路的零序电流显著不 同，随着短路时间的增加，在第23个周波以后，故障线路和非故障线路的零序电流极 性、大小的区别不明显。归纳第1个工频周波(00. 02 s)的零序电压和零序电流的暂态特性如下： 零序电压的极性与发生短路时刻故障相电压的极性有关。短路时刻，零序电压与故 障相电

8、压的相位差为180。 各条非故障线路的零序电流的变化频率基本相同，而故障线路比非故障线路变化缓 慢，经过一段过渡时间后故障线路与非故障线路的零序电流的变化频率相同。 在首半波，故障线路的零序电流比非故障线路有一个较大的冲击电流，冲击电流的 极性随短路时刻变化，与零序电压极性相反。3.2电弧电阻对零序特征量的影响电弧电阻的大小随短路情况而变化，具有不确定性，且通常接地电弧电阻值较高。以线路5为研究对象，固定短路时刻4=6 1534"故障距离九=33 km,分别令电弧电阻& = m °°° “ 10 °°° '

9、50 °°° 口进行A相接地短路仿真，零序电压和各线路零序 电流的变化规律见图3。A菇电压/订疑專序申,氏弦障域绪毒序皑漩1A栩电JK/辱线零序电压0.12 OJ4 0.160.180.2/ %.AJH业乐雄卒序亜乐序序电流0.120.】斗0.16O.LB0.2ft? Afl=ioflonI0各条践旳实时寧序班虢0.)6 OJStft0.2o.n0.M0&0-18(A出酬0帅咗0.12團3零序电压/电谎館电现K阻娈化的液醪0BFig+ 3 Zer<iH5«| tience vol lag?/ turrtnt wia 背eforrr宙 wit

10、h the nro-resista n« ehangt电弧电阻对母线处零序电压、各线路零序电流的影响较大，随着电弧电阻的增加，零序电流和零序电压有以下特点： 母线处零序电压、各线路零序电流的大小逐渐减小； 随着电弧电阻的增加，故障线路首半波零序电流的冲击值逐渐减少甚至消失； 当电弧电阻较大时，零序电流暂态值比稳态值更小。3.3故障距离对故障特征量的影响保持短路时刻和电弧电阻不变° f 3 4 SR产1 000 m分别在距离线路1出口 h = 上飞km处发生A相接地故障，零序电压和故障线路零序电流、故障相电流随 故障距离的变化波形几乎是重合的，见图4（a）、（b）、（c）;故

11、障线路故障相电压的波形 随故障距离的不同，波形变化比前3个故障特征量稍微明显些，见图4（d）。S 4环同敏障砸的毁陳特征遽屯配Fig 4rigwre of faiilt chamclrriKtic witl* lhe clifTervnt famlt difstancrs小电流接地系统单相接地电流的大小主要取决于网络的电容分布，受接地故障距离影响较小，仿真结果也表明故障特征量随故障距离变化不明显。3.4补偿度对故障特征的影响固定短路时刻_ =川4百，接地电弧电阻为丘=100 °，改变消弧线圈的补偿度P，分别取电流10 9/6 5和0,以线路1为研究对象，故障距离 几4 km发生单相接

12、地故 障，零序电压、故障线路故障相电压和电流、各线路零序电流随消弧线圈的补偿度的变 化规律如图5（a）、（b）、（c）。小电流接地系统采用过补偿方式，一般消弧线圈补偿度在 510变化时，相同短路条件下零序电压和各条线路的零序电流、故障相电压和故障 相电流几乎无变化；消弧线圈补偿度为零即小电流接地系统的单相接地电流无消弧线圈 补偿时，仅故障线路的故障相电压、零序电流的大小和相位与消弧线圈补偿度为510时明显不同。1叱加罐 如帼霍'0-1J QJ4 0.1 fi O.is 0.1If i4母缢冬孕电压和竝闍纽喘的战犖机电IE（讪故障烧茁拥註暉帕电页血0.1220_ IOM催疗f*"

13、;*""''*''r r一闕LIO.M OJe OJK0.2If 5何呂条Mi路车序tRift圈申 平同补愷度的较障埼讦波形fEKi為 S VSaterorms uf fauJt charaelerSt le i*i1h the dirtkrent c<tnrpensalion rales第四章 结论结论：a) 各条非故障线路的零序电流的变化频率基本相同，故障线路比非故障线路变化缓慢，经过12周期后故障线路与非故障线路的零序电流的变化频率相同。这说明故障线路零序电流暂态分量中含一个较大的非周期分量。b) 故障后1/4周波内，故障线路零序

14、电流在其模极大值处与零序电压的极性相反，且故障线路零序电流的包络线面积比非故障线路零序电流的包络线面积大。c) 零序电流暂态分量、 稳态分量和故障相电流随故障距离变化几乎不变； 故障相电压随 故障距离有变化，但变化的幅度很小。参考文献1 任建文，周庆捷，杨以涵，等中性点不接地电网中单相接地保护的相对原理 J 电 力自动化设备， 1994，3(8) ：15172 囝静，金黎，张志成，等小电流接地 3 线系统与设计 J 高电压技术， 2003， 29(12) ：121423 桑在中，张惠芬，潘贞存，等用注入法实现小电流接地系统单相接地选线保护J 电力系统自动化， 1996，20(2) ：11 12

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