小电流接地系统单相接地故障的仿真.docx

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小电流接地系统单相接地故障的仿真

小电流接地系统单相接地故障的仿真（总10页）

设计题目：

小电流接地系统单相故障matlab仿真

中文摘要：

使用matlab和simulink模拟小电流接地系统单相接地故障。

关键字：

matlab，simulink，小电流系统，单相接地故障。

小电流接地系统单相故障

电网中性点接地系统的分类方法有很多种，其中最常用的是按照接地短路时接地电流的大小分为大电流接地系统和小电流接地系统。

电网中性点采用哪种接地方式主要取决于供电可靠性（是否允许带一相接地时继续运行）和限制过电压两个因素。

我国规定110kv以上电压等级的系统采用中性点直接接地方式，35kv及以下的配电系统采用小电流接地方式（中性点不接地或经消弧线圈接地）。

在小电流接地系统中发生单相接地时，由于故障点的电流很小，而且三相之间的线电压任然保持对称，对负荷的供电没有影响，因此，在一般情况下都允许系统在继续运行1~2小时，而不必立即跳闸，这也是采用小电流接地系统运行的主要优点。

但是在单相接地以后，其他两相的对地电压要升高根号三倍，为了防止故障进一步扩大成两点或多点接地短路，就应及时发出信号，以便运行人员采取措施予以消除。

小电流接地系统单相故障特点简介

对于如图1-1所示的中性点不接地系统，单相接地故障发生后，由于中性点N不接地，所以没有形成短路电流通路，故障相都将流过正常负荷电流，线电压任然保持对称，因此可以短时不予以切除。

这段时间可以用于查明故障原因并排除故障，或者进行倒负荷操作，因此该方式对于用户的供电可靠性高，但是接地相电压将降低，非接地相电压将升高至线电压，对电气设备绝缘造成威胁。

单相接地故障发生后系统不能长期运行。

事实上，对于中性点不接地系统，由于线路分布电容（电容数值不大，而容抗很大）的存在，接地故障点和导线对地电容还是能够形成电流通路的，从而有数值不大的电容性电流在导线和大地之间流通。

一般情况下，这个容性电流在接地故障点将以电弧形式存在，电弧产生的高温会损毁设备，甚至引起附近建筑物燃烧起火，不稳定的电弧燃烧还会引起弧光过电压，造成非接地相绝缘击穿进而发展成为相间故障，导致断路器动作跳闸，中断对用户的供电。

中性点不接地系统发生单相接地时的故障特点如下

1）在发生单相接地时，全系统都将出现零序电压。

2）在非故障的元件上有零序电流，其数值等于本身的对地电容电流，电容电流的实际方向为由母线流向线路。

3）在故障线路上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之总和，数值一般较大，电容电流的实际方向为由线路流向母线。

小电流接地系统的仿真模型构建

1.中性点不接地系统的仿真模型及计算

利用simulink建立一个10kv中性点不接地系统的仿真模型，如图1-3所示。

在仿真模型中，电源采用”Three-phasesource”模型，输出电压为，内部接线方式为Y形联结，其他参数与图1-4设置相同。

在模型中共有4条10kv输电线路line1~line4,均采用“Three-phasePlSectionLine”模型，线路的长度分别为130km、175km、1km、150km，其他参数相同。

Line1参数设置如图1-5所示。

需要说明的是，在实际的10kv配电系统中，单回架空线路的输送容量一般在~，输送距离的适宜范围为6~20km.本文的仿真模型将输电线路的长度人为加长，这样可以使仿真时的故障特征更为明显，而且不用很多输电线的出线路数，不影响仿真结果的正确性，

线路负荷load1、load2、load3均采用“three-phaseseriesrlcload”模型。

其有功负荷分别为1MW、、2MW，其他参数相同，load1参数设置如图1-6所示。

每一线路的始端都设三相电压电流测量模块“three-phasev-Imeasurement”将测量到的电压、电流信号转变成simulink信号，相当于电压、电流互感器的作用，其参数设置如图1-7所示。

图1-3

图1-4电源设置

图1-5线路设置

图1-6负载设置

图1-7三相电压电流测量模块

在仿真模型中，选择在第三条出线的1km处发生A相金属性单相接地，故障模块的参数设置如图1-8所示。

这里选择A相发生单相接地短路

图1-8故障模块

系统的零序电压3uo及每条线路始端的零序电流3i0采用如图1-9所示方式得到。

故障点的接地电流Id则可以用如图1-10与1-11所示的万用表测量方式得到

图1-9零序电压与零序电流测量图

图1-10万用表外部链接图

图1-11万用表内部设定

根据以上设置的参数，可以通过计算得到系统在第3条出线的1km处发生A相金属性单相接地时各线路始端的零序电流有效值为

3I0Ⅰ=3Uφ*ψ*C0I

=3*（√3）*103*10-9*314**130A

=

同理可得3I0Ⅱ=

3I0Ⅲ=3I0Ⅰ+3I0Ⅱ=

故障电流为ID=

仿真结果及分析

在仿真开始前，选择离散算法，仿真的结束时间取，利用powergui模块设置采样时间为1x10-5s,系统在时发生A相金属性单相接地。

图1-12为powergui模块设置

图1-12

1.中性点不接地系统的仿真结果及分析

设置好参数，运行如图1-13，1-14,1-15,1-16,1-17,1-8所示的10kv中性点不接地系统仿真模型，得到系统的零序电压3uo及每条线路始端的零序电流3Io，故障点的接地电流Id波形如图1-19所示

图1-13Line1的零序电压U0

图1-14Line2的零序电压U0

图1-15Line3的零序电压U0

可以看见3个线路的零序电压相等，符合电路实际情况。

图1-16Line1的零序电流I0

进入稳态之后的零序电流有峰值为8，则其有效值为符合计算值。

图1-17Line2的零序电流I0

进入稳态之后的零序电流有峰值为11，则其有效值为符合计算值。

综上SIMULINK模拟的3条线路的零序电压都相等，而三个零序电流满足：

3I0Ⅲ=3I0Ⅰ+3I0Ⅱ

图1-18Line3的零序电流I0

进入稳态之后的零序电流有峰值为，则其有效值为符合计算值。

故障点的接地电流Id峰值为28，有效值为与理论值误差为3%满足要求。

结论

与理论计算值相比，仿真结果略大，但误差不大于3%。

从图1-13中可以看出，在中性点不接地方式下，非故障线路的零序电流超前零序电压90°（即电容电流的实际方向为由母线流向线路）；故障线路的零序电流为全系统故障元件对电容电流之和，零序电流滞后零序电压90°（电容电流的实际方向为由线路流向母线）；故障线路的零序电流和非故障的零序电流相位差为180°

三总结和体会

在这次的小电流接地系统的matlab仿真实验中我学会了很多。

不仅仅单单是自己独立完成了作业，主要是在这次仿真实验中，我学会了能够独自查阅资料，独自定课题，独自完成，在过程中有疲惫，有迷惑，错了很多次，怎么都出不了图像，仿真没有结果，然后又仔细的阅读文章，阅读书上的讲解，细心的对照每一个环节。

每一个可能会出错的地方，知道是往往每一个细节就可以导致结果出不来。

一一的对照参数的设置，元件的选择是否有错，然后然后，在找着找着的过程中逐渐发现设计的乐趣，发现编写教材的艰难。

每一个看似简单的成功其实都不简单，往往都有设计者的艰辛与汗水，我们在享受别人的成果时要珍惜，要珍惜前辈们的来自不易。

小组成员蒋骏杰，钱俊杰，曹魏。

其中蒋骏杰负责编程，钱俊杰负责理论数据计算，曹魏负责写报告。