小电流接地系统故障建模与仿真分析毕业设计详解

1、学位论文原创性声明在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表 作者签名： 年 月 日障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向 构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 文。年 月 日年 月 日 HYPERLINK l _bookmark2 HYPERLINK l _bookmark1 HYPERLINK l _bookmark3 HYPERLINK l _bookmark4 HYPERLINK l _bookmark5 HYPERLINK l _bookmark6 HYPERLINK l _

2、bookmark7 HYPERLINK l _bookmark8 HYPERLINK l _bookmark9 HYPERLINK l _bookmark10 HYPERLINK l _bookmark11 HYPERLINK l _bookmark12 HYPERLINK l _bookmark13 HYPERLINK l _bookmark14 HYPERLINK l _bookmark15 HYPERLINK l _bookmark16 HYPERLINK l _bookmark17 HYPERLINK l _bookmark18 HYPERLINK l _bookmark19 HYPE

3、RLINK l _bookmark20 HYPERLINK l _bookmark21 HYPERLINK l _bookmark22 HYPERLINK l _bookmark23 HYPERLINK l _bookmark24 HYPERLINK l _bookmark25 HYPERLINK l _bookmark26 (三峡大学科技学院) 本原理和运行特点进行了分析并综合比较了两者的运行参数。利用 真实验，通过设置相同的电气量参数，得到仿真结果以及线路主要参数 Student：Qin HuiSupervisor：Weng HanLi(China Three Gorges Univers

4、ity, School of science and Technology)Abstract：This article firstly introduces the neutral point connection mode of power system, analyzes the fundamental principle and its function characteristics of the two modes, and comparestheparametersofeachmodesyntheticallyUsingMATLABsimulation software for s

5、mall current grounding systems are ungrounded and neutral point arc suppression coil grounding single-phase ground fault simulation by providing the same amount of electrical parameterssimulationresultsobtainedandthemainlinewaveformparametersByanalyzing the simulation result, important conclusions.e

6、ntgroundedsystemMatlabPowersystemfaultzerosequence 28 2言 发电厂发出电能后，通过各级变电所经高压输电网远距离运 666kV ，110kV 以上电压等 力系统的各个环节中作为末端直接与用户相联系是电力系统 中性点是指星形连接的发电机或变压器的中性点。中性点接 经小电阻接地方式、中性点经高阻接地方式、中性点经消弧 不接地方式1。 式。小电流接地系统发生故障时，接地点的故障电流小所 以又叫中性点非有效接地系统。根据电力系统运行部门的故障统计，由于外界因素(如 雷击、大风、鸟类等)的影响，配电网单相接地故障是配电网故障中最常见的，发生率 常可以自

7、动熄弧并恢复正常。当发生线路永久性单相金属 ，大小相位不变，对地电压变为零所以可以带故障运行一 但是为了避免故障发展成更严重的故障必须马上找到故障 故障时产生的稳态信号。但是稳态信号非常微弱，受 以检测出有效地故障信号。而且，配电网络故障复杂 电阻大小、故障点位置、各出线长度、短路点电弧的 作良好的装置，在另一种情况下可能失效。因此，小 复杂的，这也是一些国家不采用中性点非有效接地方 地系统有着独特的优越性，并在我国及其它国家被广 为当务之急2。满足电力科研实验的条件，并且系统的安全 有一定的现实意义3。28 31 小电流接地系统接地故障的概况我国366kV 电力系统大多采用小电流接地系统即中

8、性点不接地或中性点经消弧线 相接地故障是配电网故障中最常见的，发生率最高，占整 对地电压降低，非故障两相的相电压升高，线电压依然对 称，所以不影响对用户的连续供电，系统可继续运行 12h，可显著提高供电可靠性， 。并恢复绝缘，回到正常运行状态。但是当发 破坏系统的绝缘，损坏系统中的线路以及电气设 路或者更严重的事故，必须尽快的找出故障线路 性减少线路损耗，使配电网安全，经济 单相接地故障进行仿真并分析，准确的检测出故障线路是 微弱、故障电弧不稳定等因素，使单相接地故障的检测十 判断一直没有得到很好的解决。所以小电流接地系统单相 展的关键问题，也是我们对于电力系统的一个重要研究课 对电力系统接地

9、方式进行了十分广泛的 逊首先提出了经消弧线圈接地的电力系统谐振接 等级的电网中性点都采用了中性点经消弧线圈接地方 4V 电器的误动、拒动和中性点位移，采用经低值电阻器接地 接地电流数值为 100200A。 即瞬时间地故障电流应降低到 4050A 的要求，同时还要求考虑接触电压，跨步电压和 A 运行后，大部分都采用电网 kV66kV 电网主要采用中性点不接地或者经消弧线圈接地 能直接投入我国配电压运行，于是有些单位开始了试 ，过去都是采用中性点经消弧线圈接地方式，现在对 各国的接地方式不同，各国设备的设计标准也不一致，特别 这些设备，首先必须决定电力系统的接地方式。因此在对接 有的大城市已局部将

10、配电网中性点不接地方式改为小电阻接 过电压的产生，减少异相接地的发生。有的改为大电阻接地方28 5张改为经消弧线圈接地方式，补偿系 免了单相瞬时接地故障的跳闸，提高系统运行的可靠性9。2 小电流接地系统单相接地故障分析电力系统中接地方式的分类 不接地。中性点以何种方式与大地相接的问题在工程上就 用大电流接地方式的系统我们称之为大电流接地系 统我们称之为小电流接地系统10。电力系统中的两种小电流接地系统2.2.1 中性点不接地方式的介绍 会破坏系统的稳定，流过故障点的电流是电网对地的 故障运行，有可能是单相接地故障发展成为两相接地 28 6图 2.1 中性点不接地方式单相接地故障示意图 三相对地

11、电容也对称。系统发生单相接地故障时，中 一定存在对地电容，电容很小，所以中性点对地阻抗 都很大。从零序电流来看，线路和其它元件的串联阻 多，所以在小电流接地选线问题的研究中，忽略这些 三相电压对称，无零序电压，忽略三相负载不对称产生 10 3 A B C1 0 3 A B C对电容电流有严格的要求，根据电力规程，对 35kV 及以下系统，规定当 310kV 城镇配电网中大量采用电流和各类封闭组合电器，甚 平一般较低，且一旦被击穿很难修复，因而不宜带单 压下运行，易发生损坏，甚至爆炸。目前采可以避免爆炸事故的发生，但这并不经济，因而(2.3)(2.3)地系统保证供电连续性11。2.2.2 中性点

12、经消弧线圈接地方式的介绍消弧线圈就是中性点经消弧线圈接地方式。中性点经 振接地方式，该接地方式将带气隙的感抗可调的电抗器接 统发生单相接地故障时，消弧线圈的电感电流能够基本补 障点的接地电流变为数值显著减小的残余电流，残余电流 消弧线圈的作用，当残流过零熄弧后，降低了恢复电压的 恢复时间，并限制了恢复电压的最大值，从而可以避免接 的目的。因此中性点经消弧线圈接地方式的可靠性大大的。接地故障示意图线路电容电流的大小、方向与中性点不接，接地点增加了一个电感分量的电流。从接地点流回的DL L c L C DL C D28 8 oL = 1/(3oC )成立(其中o 是角频率， C 容不对称，或者断路

13、器合闸三相接触头不同而使闭合时出 L C D短路跳闸时，系统零序电容电流会减小，致使可能得 式，不仅减小了线路的故障电流，而且故障线路的零 荷，也不能降低过电压的稳态分 点不接地大大较难小高单相接地电流大时危险中性点经消弧线圈接地大小较高难小高高类别单相接地电流触电危险性单相电弧接地过电压单相接地保护对通信的影响铁磁谐振过电压操作过电压保护接地的安全性28 9 接地相，但这时非接地相的对地电压升高 相电流属于容性电流。装设消弧线圈后，发生一相接 电弧易于自行熄灭，提高了供电可靠性。中性点经消 统稳态量的方法，又有基于系统暂态量的方法，所以本文选择了 MATLAB 进行仿真。利用MATLAB 建

14、立仿真模型并设置统一的仿真参数，对小电流接 集数值处理、图像处理、文字处理、信号处理、符号 仿真为一体的数学应用软件并成为国际公认的优秀科 Simulink 是控制系统模型图形输入与仿真进行动态系统仿真，建模和分析的集成软 就可以快速的完成仿真模型进行仿真。相比传统的软件包 10性的，离散的，连续和混合模型。并且它还 仿真工作有极大帮助13。地系统仿真模型构建3.2.1 系统构建输电线元件、三相负荷、三 流测量元件、三相电压电流测量元件、子系统元件、万用 路元件，位于电源元件库中。其幅值，频率，相 。在电力系统中用来模拟的输电线路可以根据实际情 11元件路元件库。可以通过对元件的设置模拟电力系

15、统 量仪器元件库。三相电压电流测量元件用于测量 以分别用于测量线路的电流或 元件库。该元件可以直观地显示故障时的故障 12子系统库。该元件可以将相关的两个元件组成 3.2.2 中性点不接地系统的仿真及计算地系统的仿真模型 13模型中有 4 条 10kV 输电线路 Line1Line4，均采用“Three-phase PI Section Line” 14 更为明显，而且不用很多输电线的出线路数，不影响仿真 15 3.13 三相电压电流测量模块参数设置在仿真模型中，选择在第三条出线 1km 处(Line3 和 Line4 之间)发生 A 相金属性 160 0(以线路 1 为例)。0 0故障点的接

16、地电流I. 可以用万用表测量方式得到，如图 3.16 所示。D A相金属性单相接地时各线路始端的零序电流有效值为：3I = 3U C0I 0 0II = 23.18AD 173.2.3 中性点经消弧线圈接地系统的仿真及计算图 3.17 中性点经消弧线圈接地系统的仿真模型 L=1/3 CL66H 18与分析 3.3.1 中性点不接地系统的仿真结果与分析 19图 3.25 零序电压 3U0 (kV)波形图图 3.26 零序电流 3I01 (A)波形图图 3.27 零序电流 3I02 (A)波形图图 3.29 故障点接地电流I D 波形图A 相对地电压变为零，而其它两相对地电压变为之前的 3 倍。0

17、1 02 03 D3 I =8.83A, 3 I =10.99A, 3 I =16.86 ，01 02 03 D波形图可知流，发生故障后才出现零序电压 相电压。故障后故障相对地电压变为零，非故障相对 其对地电容越大，容抗越小，对地电流就越大导致非 流的方 模块得来，如图 3.30 所示，所得波形图如图 3.31 3.31 故障线路零序电流的幅值和相位0 0从上图可知故障线路零序电流幅值I =9.52A，则 3 0 03 I 3 I =36.52/ 2 A=16.83A003.3.2 中性点经消弧线圈接地系统的仿真结果与分析运行如图 3.17 所示的 10kV 中性点经消弧线圈接地系统仿真模型得

18、到如下图 图 3.39 零序电压 3U0 (kV)波形图图 3.40 零序电流 3I01 (A)波形图图 3-41 零序电流 3I02 (A)波形图图 3.42 零序电流 3I03 (A)波形图L 性点不接地系统是相同的。但是故障线路的零序电 流的实际方向是由母线流向线路。在这种状况下无。中性点不接地系统故障点接地电流波形图和图3.44 中性点经消弧线圈系统 可以直观的看出未加入消弧线圈时故障点接地电流恢复稳 4 结论和展望4.1 主要研究结论 发生单相接地故障时系统的稳态量和暂态量都复 用 MATLAB 对小电流接地系统单相接地故障进行仿真，可以很 ，单相接地故障发生后，由于中性点N 不接地

19、，所以没有形成短 正常负荷电流，线电压依然保持对称，因此可以短时间不 查明故障原因并排除故障，或者进行倒负荷操作，因此该 地电容还是能够形成电流通路的，从而有数值不大的电容 。一般情况下，这个容性电流在接地故障点将以电弧形式 设备，甚至引起附近建筑物燃烧起火，不稳定的电弧燃烧 接地相绝缘击穿进而发展成为相间故障，导致断路器动作 当接地故障发生后，中性点将出现零序电压，在这个电压 消弧线圈并且流入发生接地故障的电力系统，从而抵消在 ，消除或减轻接地电弧电流的危害，但长期接地运行依然 4.2 研究感想MATLAB件仅仅建立了一个简单的仿真模型，而实际的电力系统 真的参数都是采用的相同的参数，而在实

20、 。所以这些因素对仿真结果有着或多或少 弧型接地又分为间歇性电弧 弧故障在故障消失后由重燃，稳定电弧是电弧只在故 重燃，在故障相和非故障相的电感电容回路上会引起 积累和重新再分配形成的，是断续的瞬间发生的且幅 稳态信息由十分微弱，使得利用稳态信息的检测方法 障，不仅可以提高电力系统供电的可靠性，还可 致 谢学科技学院的学习生涯即将结束。四年的大学 到了丰富的知识还培养了学习能力，还学会了如 不舍。琍老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。从课 师为人随和热情，治学严谨细心，虽身负教学、科研 为我指点迷津。翁老师一丝不苟的作风，严谨求实的 到问题的时候总会细心的指导讲解，直到我弄 了很多快乐开心的日子

21、。在他们的帮助下我顺 遇到困难的时候父母总是第一个给我鼓 我的殷切期望。他们在精神上和物质上的无私支持坚定了 的爱是天下最无私的最宽厚的爱。大恩无以言报惟有以永 参 考 文 献1 李景禄.实用配电网技术M.中国水利水电出版社,2006.561022 夏道止.电力系统分析M.北京:中国电力出版社,2011:20-46. 4 秦书硕.小电流接地系统故障选线新方法研究D.昆明理工大学,2012.5 王晶,翁国庆,张有兵.电力系统 MATLAB/SIMULINK 电力系统仿真与应用M.陕西电子科技大学出版社,2008.13066 贾清泉.非有效接地电网选线保护技术M.国防工业出版社， 2008.154 报,2010,30(1):57-61.8 李福寿. 666kV 电力系统中性点接地方式J.电世界,2000,10:433435.9 邱关源.电路M.高等教育出版社,2006.147161生.关于配电网中性点接地