【《小电流接地系统单相接地故障特征分析》2900字】

小电流接地系统单相接地故障特征分析目录TOC\o"1-3"\h\u2396小电流接地系统单相接地故障特征分析 1187821.1故障特征理论分析 1224241.2不接地系统理论分析 162361.3故障模型建立 4207821.4故障模型验证 5要想在小电流接地系统发生故障后迅速进行正确选线，首先就要了解故障前后配电网中各电气量的变化，只有清楚各馈线的故障特征才能对症下药，才能选出恰当的角度对故障信息进行提取并制定合适的选线方案。1.1故障特征理论分析中性点指变压器或发电机三相绕组采用星型连接方式时所形成的中点，中性点运行方式指的是配电网中性点与大地之间的电气连接方式。故障之后产生的故障电流、故障电压等电气参量均与中性点接地方式有关，而故障电流、故障电压正是在后续选线研究中依赖的重要故障信息，因此，针对中性点接地方式的理论研究尤为重要，为后续故障选线奠定理论基础。除此之外，接地方式还影响经济投入，针对不同配电网结构运行适合自身的中性点接地方式，不仅节省资金投入，还合理利用了技术资源，因此，下面就针对不同的接地方式下发生故障时的各个电气量变换进行理论研究,为了方便理论研究,建立了图2-1所示的小电流接地系统简化模型。图2-1小电流接地系统简化模型1.2不接地系统理论分析中性点不接地指变压器低压端采用三角形连接、中性点不与大地相连接的形式。利用该方式运行的配电网模型如图2-1，当K1断开时，该模型为不接地系统，其中E。、E,、E。分别为变压器等效电压源，C、Co2、Co代表每条馈线上对地电容,正常运行时,系统处于动态平衡，呈对称状，如图2-2，三相对地电压是之间处于对称平衡状态，中性点处对地电压为0，电网中没有零序电流、没有零序电压，所有相对地电容电流通通超前电压90度。当系统发生故障时，由于中性点与地网没有专门的电气连接，故障电流主要取决于系统自身的分布电容，若系统发生瞬时故障，其通常能够自动灭弧，非故障相的电压起伏不是很大，往往不能影响电网动态平衡，但故障时刻非故障相电压上升为线电压，为了安全考虑，必须提高非故障相的绝缘水平，因此，该中性点接地方式常用于110V以下等级的配电网中。除此之外，该接地方式简便、可靠又实用，也是被广泛用于中低压配电网原因。中性点不接地系统主要有两个较明显的优势:第一，技术方面由于发生故障时系统故障电流较小，系统可带故运行1-2小时，提高了电网的安全性。经济方面由于该运行方式下无需在中性点和地网之间连接其他的装置，节省建设成本，在经济方面为社会作出了很大的贡献。图2-2中性点不接地系统正常运行时三相电压电流关系稳态时期故障特征系统正常运行时，系统中各电气量处于如图2-2中的平衡状态，假设任意某一条馈线发生A相接地故障，A相电压直接降为零，系统不再平衡，此时，系统中三相电压、电流关系变成图2-3中的状态。图2-3中性点不接地系统A相接地时三相电压电流关系在图2-3的状态下，系统有如下几点变化:1)中性点N处电压由原来平衡状态下的0数值变为相电压;2)故障线路相电压变为0、非故障相电压上升成为线电压，其数学表达如公式(2-1);（3-1）3)系统处于非平衡状态，各电气参数不再对称，电路中出现零序电压U。，其数学表达如公式(3-2)。（3-2）馈线与正常线路上会均出现零序电流，且正常馈线零序电流是从接地线上影射而来，由母线流向自身线路中，故障馈线上方向与其相反，且其数值等于所有正常线路零序电流之和。稳态时期故障特征小电流系统发生单相接地故障后，首先会经历一段暂态时间的过渡，该时期为故障后的暂态时期，然后再进入到稳态阶段。根据[32]书中理论得知，系统发生故障后半个周期到一个周期内属于暂态时期，相比稳态时期的故障特征而言，暂态故障电流的幅值是稳态时的若干倍，且该阶段的零序电流中具有大量高频分量，这一阶段内故障特征较为明显，因此更适合用来检测故障信息，作为故障选线的有力凭据。将中性点不接地系统电路简化，简化图如2-4图,其中R。、L。分别是零回路的等效电阻和等效电感，C。是各线路对地电容，U。是零序电压，i,为线路电流。（3-3）图2-4不接地系统故障暂态等效电路1.3故障模型建立这里主要用到Simulink中SimPowerSystems工具箱，其中包含了大量的电力系统模型，功能十分强大。在Simulink下仿真典型的110kV/10kV小电流系统,模型如图2-7(a)、图2-7(b)、图2-7(c)、图2-7(d)。模型简化图模型基础框架零序电流测量模块零序电压测量模块图2-1小电流接地系统仿真模型该模型是由5条出线构成的架空线-电缆混合网络，如图2-7(a)，其中馈线1、3、5为架空线，其余均为电缆。每条出线的基础框架结构如图2-7(b)，由测量环节、不同输电线、用户端变压器、负载构成，图2-7(c)、图2-7(d)分别为零序电流测量模型和零序电压测量模型。当主变压器Yn2处经电感接地，该模型则为中性点经消弧线圈接地系统，当Yn2悬空，为中性点不接地系统，各个线路参数设置如表2-1中数据。当模拟经消弧线圈接地系统时，采用补偿度10%的过补偿，取L=0.996H，电阻取消弧线圈感抗的10%，取R=31.3Q2。为了初步验证所建模型的正确性，分别模拟仿真两种系统单相接地，将故障后两种系统中电气量变化规律和上一章节理论分析进行对比。1.4故障模型验证（1）不接地系统模型验证根据前文理论分析得知:两种系统正常运行时均表现出三相对称，没有零序电压和零序电流。图2-2是系统正常运行时三相电压的仿真图，可见三相电压相位两两相差120度，幅值相等。根据电路知识计算10kV网络的三相电压理论峰值为=8.16kV，图2-8中三相电压峰值为8.16kV，与理论符合。图2-2正常运行时三相电压图当某条馈线发生单相接地故障，接地相电压瞬间降为0,正常相电压上升为线电压,电网中出现零序电压、零序电流。图2-3是仿真Linel的A相发生接地故障时三相电压波形、各馈线零序电流波形，故障角0度，接地电阻1欧，距母线2km。由图2-3、2-4可以看出，模型的仿真结果与理论相符，线路正常运行时无零序电流(即零序电流数值为零)，一旦出现故障，线路中立刻出现零序电流，如图2-10,从图2-10也可以看出故障时正常路线与故障线路零序电流相反，故障线路零序电流幅值最大，同样符合理论分析。图2-3中性点不接地系统故障时三相电压波形图2-4中性点不接地系统故障时5条馈线零序电流(2)谐振接地系统模型验证谐振接地系统电气量状态暂态时期同不接地系统基本相似，但在稳态时期有所不同，这里仿真与(1)中不接地系统故障条件相同的谐振系统故障，如图2-5、2-6。图2-5谐振接地系统故障时三相电压图图2-6谐振接地系统故障时5条馈线零序电流观察图2-5、2-6不难发现谐振接地系统模型仿真同样符合理论，其故障前后电压变化同不接地系统相似。比较两种不同接地方式系统在相同故障条件下的5条馈线零序电流波形，如图2-5和图2-6对比可以看出暂态时期，两种系统的波形几乎一致，说明两种系统暂态时期故障特性相同;故障后的稳态时期，从图2-6可以看出谐振接地系统零序电流稳态值远远小于不接地系统，其相位与正常线路不再保持一致，而且所有馈线中电流幅值最大的是一条正常馈线，两种系统稳态时期如此大的差异均是因为消弧线圈的切入，消弧线圈产生的补偿电流抵消了