小电流接地系统单相接地故障地仿真.docx
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小电流接地系统单相接地故障地仿真
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
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
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,
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10.5kv,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0.2~2MV.A,
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、0.2MW、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。
1-3
1-4电源设置
1-5线路设置
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
1-9零序电压与零序电流测量图
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*(10.5/√3)*103*10-9*314*7.751*130A
=5.75A
同理可得3I0Ⅱ=7.75A
3I0Ⅲ=3I0Ⅰ+3I0Ⅱ=13.5A
故障电流为ID=20.18A
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0.2s,利用powergui模块设置采样时间
为1x10-5s,系统在0.04s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
1-13Line1的零序电压U0
1-14Line2的零序电压U0
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5.7符合计算值。
进入稳态之后的零序电流有峰值为11,则其有效值为7.8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
1-18Line3的零序电流I0
进入稳态之后的零序电流有峰值为18.6,则其有效值为13.15符合计算值。
故障点的接地电流Id峰值为28,有效值为19.8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。