基于MATLAB電力系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地時(shí)單相接地的仿真研究

滿麗 呂赟 張建猛 龐亞亞 孔凡超

【摘要】小電流接地方式在我國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)中被廣泛采用，中性點(diǎn)的接線方式選擇至關(guān)重要，選擇正確的接線方式，利于電網(wǎng)的可靠安全運(yùn)行。本文利用MATLAB/simulink軟件搭建了中性點(diǎn)不接地小電流系統(tǒng)，仿真實(shí)驗(yàn)中，對(duì)三相對(duì)地電壓的變化進(jìn)行了分析，并分別計(jì)算了各相零序電流的大小，以及接地點(diǎn)電流大小，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】小電流接地系統(tǒng);三相電壓;零序電流;接地點(diǎn)的電流;MATLAB

1.仿真原理（見(jiàn)圖1）

參數(shù)設(shè)置：電源模塊：輸出電壓10.5kv，采用Y連接。

本次仿真輸電線路模塊：四條線路線長(zhǎng)均為100km，=50Hz， 。

中將線路加長(zhǎng)到100km，可以使仿真的故障特征更加明顯，不影響結(jié)果的正確性。

三相電壓電流測(cè)量模塊：將系統(tǒng)中的電壓電流信號(hào)變?yōu)镾imulink信號(hào)，類似于電壓電流互感器的作用。

當(dāng)系統(tǒng)不發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)中是沒(méi)有零序電流的，零序電流只有在不對(duì)稱故障時(shí)才會(huì)產(chǎn)生。故障前，中性點(diǎn)處沒(méi)有電壓。其中三相對(duì)地電容是相等的，在各相電壓作用下，各相的電容電流相等并超前于相應(yīng)的電壓90°，系統(tǒng)中不存在零序電流和接地電流。如圖1所示，當(dāng)一相發(fā)生接地故障時(shí)，中性點(diǎn)中產(chǎn)生電壓，使得其電位發(fā)生偏移，導(dǎo)致其他兩相的對(duì)地電壓升高。此時(shí)，故障相由于接地，相對(duì)地電壓變?yōu)榱悖枪收舷嗟碾妷荷仙焦收锨暗木€電壓。系統(tǒng)中有了零序電流，零序電流的大小等于其自身對(duì)地電容電流大小。全系統(tǒng)非故障元件上零序電流之和就等于故障元件零序電流，故障元件零序電流數(shù)值相對(duì)要大一些，而且故障線路和非故障線路的零序電流是相反的。

非故障線路Ⅰ、Ⅱ所反應(yīng)的零序電流有效值分別為：

（Ⅰ）

（Ⅱ）

故障線路III 的零序電流有效值：

接地點(diǎn)電流的有效值為（故障線路III始端的零序電流加線路本身零序電容電流）：

2.仿真分析（見(jiàn)圖2）

從圖2中可見(jiàn)，系統(tǒng)在發(fā)生單相接地后，故障相變成電位為零的直線，非故障相相對(duì)地電壓升高，其值為故障前的線電壓。但是從圖2可以看到，系統(tǒng)三相線電壓仍然保持對(duì)稱，所以系統(tǒng)仍然可以可靠工作，使系統(tǒng)正常運(yùn)行。非故障線路零序電流的最大值為6.32A，故障線路零序電流的最大值為12.64A。要注意的是圖中顯示波形的最大值，計(jì)算得到的是有效值，要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

對(duì)仿真結(jié)果驗(yàn)證計(jì)算，非故障線路I、II始端的零序電流有效值分別為：

故障線路III始端零序電流有效值：

接地點(diǎn)電流有效值：

3.總結(jié)

仿真和計(jì)算結(jié)果雖然存在誤差，但誤差小于3%，說(shuō)明仿真達(dá)到了預(yù)計(jì)的效果。經(jīng)上述仿真和計(jì)算知，小電流中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)接線方式相對(duì)其他接線方式較為簡(jiǎn)單，運(yùn)行方便，線路造價(jià)低，經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)。本次仿真接線方式的接地點(diǎn)電流為13.29A，數(shù)值較大，線路上易產(chǎn)生電弧，造成兩相或者三相短路，十分危險(xiǎn)。但是線電壓仍然保持對(duì)稱，可以繼續(xù)對(duì)負(fù)荷供電小于2小時(shí)，工作人員可以在有限時(shí)間內(nèi)排除故障，以免產(chǎn)生更大的危害，提高了對(duì)供電的可靠性。

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作者簡(jiǎn)介：滿麗（1989—），女，山東臨沂人，山東科技大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院研究生在讀。