小電流接地系統(tǒng)單相故障的GUI仿真設(shè)計

孫浩++黃巍++竇增

摘要：在MATLAB的Simulink仿真平臺上搭建小電流接地系統(tǒng)電路模型，完成GUI界面設(shè)計，對界面上參數(shù)進行設(shè)置后進行仿真，并對仿真波形進行分析，驗證了小電流接地系統(tǒng)的故障特征和中性點不接地系統(tǒng)通過零序電流的幅值和相位判斷故障線路和故障相的有效性。

關(guān)鍵詞：小電流接地系統(tǒng)；建模；GUI仿真

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）29-0193-02

Simulation Design on Single-phase Fault of Small Current Grounding Power System Based on GUI

SUN Hao1，HUANG Wei2，DOU Zeng3

（1. College of Information and Control Engineering， Jilin Institute of Chemical Technology， Jilin 132022，China；2. Changchun Power Supply Company ， Jilin Electric Power Co. Ltd. ，Changchun 130021，China； 2. Information & Telecommunication Company ， Jilin Electric Power Co. Ltd. ，Changchun 130021，China ）

Abstract： The model of small current grounding power system circuit is built on the Simulink platform of MATLAB， and the GUI interface design is completed. The simulation is carried out after setting the interface parameters， and the simulation waveforms are analyzed， which verified fault characteristics of small current grounding power system and the validity of diagnosing the fault line and fault phase with the magnitude and phase of the zero sequence current.

Key words： small current grounding power system；modeling；GUI simulation

小電流接地系統(tǒng)是指中性點非直接接地系統(tǒng)，包括中性點不接地系統(tǒng)和中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)等，這種系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，由于不能構(gòu)成短路回路，故障點的故障電流比負荷電流小得多，故障后，三相之間的線電壓仍對稱，對負荷供電無影響，也因此一般情況下允許繼續(xù)運行1～2h[1]。但非故障相的電壓升高[3]倍，為防止故障擴大，造成兩相和三相短路，應(yīng)及時發(fā)出信號，以便運行人員查找故障線路并消除故障。因此如何正確找到故障線路和故障相變得尤為重要。本文利用MATLAB軟件，在其Simulink仿真平臺上建立小電流接地系統(tǒng)模型，得出中性點不接地系統(tǒng)和中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后的系統(tǒng)零序電流、零序電壓和故障點的故障電流等仿真波形并對其進行分析，并設(shè)計GUI界面，對界面上組件進行編程，在GUI界面可直接修改仿真參數(shù)和觀測仿真波形，使仿真更簡單、便捷。

1 小電流接地系統(tǒng)仿真模型

在MATLAB的Simulink仿真平臺上搭建中性點不接地系統(tǒng)和中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的模型[2-4]， 中性點不接地系統(tǒng)仿真模型如圖1所示。

模型中三相交流電壓源的內(nèi)部接線方式為Y型聯(lián)結(jié)， 4條輸電線路均采用三相PI型電路模型，線路長度分別為120km、180km、2km和150km，其他參數(shù)相同，均為模塊默認值。線路負荷均采用三相串聯(lián)RLC負荷模型，有功負荷分別為1MW、0.2MW和2MW，其他參數(shù)相同，均為模塊默認值。三條線路上均有三相電壓電流測量模塊，相當(dāng)于電壓電流互感器的作用，所有模塊頻率均設(shè)置為50Hz。模型中的“workspace”模塊，是將數(shù)據(jù)輸出到MATLAB工作空間，便于對輸出數(shù)據(jù)進行操作，在GUI界面輸出仿真波形。中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的模型是將中性點不接地系統(tǒng)仿真模型中三相交流電壓源的內(nèi)部接線方式設(shè)置為Yn型聯(lián)結(jié)，在電源的中性點接入一個電阻和一個電感線圈相串聯(lián)，其他相同。

2 GUI界面設(shè)計與仿真結(jié)果分析

2.1 GUI界面設(shè)計

小電流接地系統(tǒng)仿真界面由參數(shù)設(shè)置區(qū)域、仿真波形區(qū)域、仿真按鈕和退出按鈕構(gòu)成。參數(shù)設(shè)置區(qū)域包括電源電壓、仿真時間、模型選擇、輸電線路長度和負荷功率。波形區(qū)域選取6個坐標軸，分別顯示故障線路的A相電壓、故障點的接地電流、系統(tǒng)的零序電壓以及各線路的零序電流波形。對各控件的回調(diào)函數(shù)進行編程，實現(xiàn)GUI對Simulink模型的調(diào)用【5】。演示界面如圖2所示。

2.2 仿真結(jié)果分析

三相交流電壓源電壓設(shè)置為10.5kV，仿真結(jié)束時間設(shè)置為0.2S，算法選用“ode23tb”。Powergui模塊設(shè)置采樣時間為[1×10-5]S，系統(tǒng)在0.04S發(fā)生A相接地故障，分別對中性點不接地系統(tǒng)和中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)進行仿真。

2.2.1 中性點不接地系統(tǒng)仿真

仿真結(jié)果如圖3所示。

從圖3中可看出0～0.04S，系統(tǒng)運行正常，無零序電流，系統(tǒng)在0.04S發(fā)生單相接地短路故障，故障線路的A相電流急劇增加，A相電壓降為0，3條線路均有零序電流，其中線路1和2的零序電流均超前零序電壓90°，線路3的零序電流滯后零序電壓90°，即線路3和線路1、2的零序電流相位相差180°，線路3的零序電流較大，為線路1和2的零序電流之和，因此通過仿真可以判斷故障線路為3，故障相為A相。

2.2.2 中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)仿真

在電源的中性點接入的電阻為30[Ω]，電感為0.8697H，仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4中故障點的接地電流有效值為4.35A，遠遠小于中性點不接地系統(tǒng)的故障相接地電流，補償效果十分明顯。線路1和線路2的零序電流為本身的電容電流，仍超前零序電壓90°，實際方向為母線流向線路，線路3的實際方向與線路1和2的相同，因此不能通過電流的方向判斷故障線路，通過零序電流的大小也很難判斷故障相。

3 結(jié)論

本文在MATLAB的Simulink仿真平臺上建立了小電流接地系統(tǒng)仿真模型并設(shè)計了GUI界面，對中性點不接地系統(tǒng)和中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障進行仿真，通過波形的對比和分析，驗證了小電流接地系統(tǒng)的故障特征以及零序電流比幅比相法對中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障判別的有效性。

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