基于MATLAB仿真的小電流接地系統(tǒng)中單相接地故障特征分析

王華磊 徐超 陳磊 趙媛媛

(國網(wǎng)青島供電公司,山東青島 266000)

1 小電流接地系統(tǒng)仿真

圖1 母線零序電壓

圖2 Line3的各相對地電壓和線電壓

為研究中性點不接地與經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時系統(tǒng)中電流的特征參數(shù),本文以M A T L A B/Simulink為仿真軟件,搭建了一個小電流接地系統(tǒng),對故障電流特征信息進(jìn)行了對比分析。仿真系統(tǒng)中電源采用“Three-phase source”模塊,輸出電壓為10.5kV,內(nèi)部接線為Y n型。開關(guān)K連接電源模塊和消弧線圈,當(dāng)K打開時,系統(tǒng)為中性點不接地方式,當(dāng)K閉合時,系統(tǒng)為中性點經(jīng)消弧線圈接地方式。

圖3 系統(tǒng)零序電壓和各線路零序電流

圖4 Line3的各相對地電壓和線電壓

圖5 系統(tǒng)零序電壓和各線路零序電流

系統(tǒng)中共有3條10kV線路,Line1、Line2、Line3,長度均為15km,線路采用“Three-phase PI Section Line”,參數(shù)設(shè)置一致。 系統(tǒng)共有3個負(fù)荷：Load1、Load2、Load3,其有功負(fù)荷分別為：1 M W、0.2 M W、2 M W。消弧線圈采用過補(bǔ)償方式。假設(shè)故障發(fā)生在Line3的A相,為金屬性接地故障。

1.1 中性點不接地方式

Line3 A相發(fā)生金屬性接地故障,故障地點在距離母線側(cè)10km處,故障時間0.1s-0.2s,母線的零序電壓波形圖如圖1所示。由圖1可以看出,在故障發(fā)生前系統(tǒng)三相電壓對稱,零序電壓為0;在0.1s發(fā)生故障時,各相電壓不再對稱,線路出現(xiàn)零序電壓。中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的零序電壓特征和中性點不接地系統(tǒng)相同,在現(xiàn)有的小電流接地選線方法中,常把零序電壓作為啟動選線的條件。

圖2為Line3的相電壓和線電壓,由圖中可見當(dāng)0.1S發(fā)生A相金屬性接地故障后,A相對地電壓變?yōu)榱?B、C兩相對地電壓升高倍,系統(tǒng)中線電壓依然保持對稱,對負(fù)荷沒有影響。

圖3為各線路的零序電流和系統(tǒng)的零序電壓,由圖中可見,非故障相得零序電流超前零序電壓90°,說明電容電流的方向由母線側(cè)流向負(fù)荷側(cè)。故障相得零序電流為全系統(tǒng)對地電容電流之和,零序電流滯后零序電壓90°,說明電容電流方向由負(fù)荷側(cè)流向母線側(cè)。故障相的零序電流與非故障相得零序電流相位相差180°。

1.2 中性點經(jīng)消弧線圈接地方式

中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中,Line3 A相發(fā)生金屬性接地故障,故障地點在距離母線側(cè)10km處,故障時間0.1s-0.2s,其故障線路的各相電壓分布如圖4所示,由于有消弧線圈的加入,故障后A相得對地電壓沒有完全變?yōu)榱?非故障相得對地電壓升高倍。

各線路的零序電流和系統(tǒng)的零序電壓如圖5所示。由圖中可見非故障相得零序電流仍是其本身對地電容電流,零序電流超前零序電壓90°,這與中性點不接地系統(tǒng)是相同的。

故障相的零序電流幅值較非故障相零序電流幅值大,由于消弧線圈的加入,故障線路零序電流的幅值與相位與非故障零序電流的幅值與相位之間沒有特定的關(guān)系。在中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中,由于消弧線圈電感電流的補(bǔ)償作用,采用零序電流幅值與相位的選線方法將不再適用。

2 結(jié)語

本文通過M A T L A B搭建了一個小電流接地系統(tǒng),對其中性點不接地方式和經(jīng)消弧線圈接地方式發(fā)生單相金屬性接地故障進(jìn)行了仿真,對其故障特征信息進(jìn)行了分析。

在兩種接地方式的系統(tǒng)中,發(fā)生金屬性單相接地故障時,各線路均出現(xiàn)了零序電壓。在中性點不接地系統(tǒng)中,故障相的零序電流與非故障相的零序電流相位相反;對于中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng),故障相零序電流幅值和相位與非故障相零序電流幅值和相位沒有特定的關(guān)系。

因此,對中性點不接地系統(tǒng),可以利用零序電流的幅值或相位進(jìn)行選線;對中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng),不能利用零序電流的幅值或相位進(jìn)行選線。