基于PSCAD仿真的配电网小电流接地系统建模

基于PSCAD仿真的配电网小电流接地系统建模摘要：本文主要介绍了利用PSCAD/EMTDC仿真软件提供的电力仿真模块构建10kV馈线及负荷系统，对系统进行仿真试验，得到发生单相接地时线路的电流波形，并给出零序电压、电流、功率的仿真测量方法，为故障选线的研究作铺垫。

关键词：小电流接地系统；单相接地；建模；仿真

0引言

在我国10kV配电网中，广泛采用的是非有效接地系统，当发生单相接地故障时由于不能构成低阻抗的短路回路,接地短路电流很小,故此种系统也称为小电流接地系统[1]。由于其稳态故障电流幅值较小，因此故障无法轻易的检测与判定，所以给故障选线增加了不少难度[2]。伴随国家经济的迅速增长以及电网规模不断扩大，用户对供电可靠性的需求也越来越高，因此，对非有效接地系统接地故障的研究显得尤为重要。本文利用PSCAD构建10kV馈线及负荷系统，建立单相接地故障的仿真模型。

1配电网小电流接地系统的建立

配电网仿真系统模型原理图如图1（a），一条110kV母线经一个110kV/10kV的变电站到10kV母线，变电站低压侧有六条馈线，这些馈线当中两条是架空线，一条是电缆，另外三条是混连线路，Z型变压器中性点经彼得逊线圈串上一个等效电阻再接地。图1（b）为利用PSCAD软件所建立10kV配电网模型。

(a)实际模型

(b)PSCAD仿真模型

图110kV配电网模型

2系统参数介绍

2.1线路参数

通过计算架空线路与电缆线路参数，可以获得系统零序电容总。

2.2彼得逊线圈参数

通过系统零序等值电路可知，中性点经彼得逊线圈接地时，有三种补偿方式，实际工作中，通常为过补偿，补偿系数一般取到1.05。要精确地取到1.05，先要计算出全补偿时彼得逊线圈的值。当处在全补偿状态，流经短路点的容性电流与感性电流相等，即，从中可以得出式中：为电网工频50Hz，为彼得逊线圈零序电感。

系统中性点的彼得逊线圈通过零序电流时，设彼得逊线圈的阻抗为

上将通过三倍的零序电流，并产生相应的电势差，由于实际线路和等效电路的中性点对地的电势差相同，所以在等效电路中，彼得逊线圈阻抗取为，即实际的电感L应该为零序等值电路中电感的，代入数据计算得到。过补偿度取1.05，算得彼得逊线圈。在实际工作中的彼得逊线圈并不是一个纯电感，其还带有有功损耗，有功损耗通常为感性无功损耗的2.5%-5%，因此在仿真图中我们可以用一个等效电阻来替代彼得逊线圈的有功损耗，将其取为感性无功损耗的3%，通过计算得到彼得逊线圈有功损耗等效电阻。

2.3负荷、变压器等其他参数

每条馈线负荷为500-1000KVA不等，馈线的负荷侧变压器为三角形/星型接法，变压器变比为10kV/380V，母线侧变电站变压器变比为110kV/10kV。发电机出口电压为110kV，为了之后电压测取方便，使0时刻A相电压相角为0度，在发电机PhaseShift选项上设置成30°。发电机出口接0.005H电感，替代发电机的感性无功损耗。

3测量模块介绍

3.1电压电流的测取

PSCAD软件本身带有电流表、电压表，可直接引用自带的元器件读取线路的电流电压。

3.2零序电压电流的测取

PSCAD本身不带有能测取零序分量的工具，所以需要根据零序的原理来构建零序互感器。根据零序分量的原理，可以计算得到，式中：为零序分量，分别为A、B、C三相分量。因此只需要测量线电流，再经过上式推算，就能够获取零序电流，电压也利用同样的方法测取。母线的线路阻抗很小，每条馈线首端的电压几乎相同，所以只需在母线装设一组电压互感器即可。

3.3零序有功功率的测取

PSCAD本身只有三相功率表，不带有单相功率表，因此无法直接通过零序电压电流来得到零序有功功率。根据公式，即可测取到零序功率，式中

的夹角。PSCAD本身带有的测量单相数据相位差的模块只有XORPhase

Difference,但是该模无法直接输出相位差的值，其是通过AB两个端口输入信号，两者相位正负相同输出1，相反输出0，所以需要加入一个取平均值的模块对其在一个周期内去平均值，再乘上180度角就能作为二者的相位差。由于在模块实现过程中对信号取平均值，所以该模块无法作为暂停信号的判定依据，只能作为稳态信号的判定依据。

4单相接地故障仿真

在系统运行到0.1s时刻，将T2线路的A相接地，故障相电流为负荷电流加上接地电流，在小电流接地系统中，接地电流很小，故障相电流中大部分是负荷电流，所以故障后电流稳态值与故障前的电流大小大致相同。A相电压变为零，B、C相电压大小变为如图2（b）的线电压。这是因为A相接地后，A相的相电压与对地点电压相同，由于系统的线电压保持不变，所以非故障相B、C相的相电压的对地电位变成对A相的电位，因此B、C相的相电压上升到线电压。

（a）故障线路A相电流波形

（b）母线电压波形

图2故障线路电压电流波形

5总结

本章主要讲述了10kV配电网仿真系统的构建，介绍了系统中负荷、阻抗、变压器等相关参数，以及如何测取电网中的零序分量。并且进行单相接地仿真实验，简要地分析和对比了馈线中的电压电流变化情况，可以作为今后选线方面研究的依据。

参考文献