基于PSCAD仿真的中性點接地方式研究

摘要：電力系統的中性點運行方式涉及系統接線、電壓等級、絕緣水平、通信干擾、接地保護方式等方面，是一個重要且復雜的問題。為了能夠在選擇接地方式之前對可能遇到的問題進行提前分析，而不是依靠經驗做法，或是純粹的理論分析，使用了電力系統仿真軟件PSCAD，針對電力系統中性點接地方式，建立了仿真模型，進行三種方式下的仿真并分析結果，得出了有意義的結論。

關鍵詞：電力系統；中性點接地；PSCAD仿真

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）27-0126-03

電力系統的中性點一般指星形連接的變壓器或發電機的中性點。電力系統的中性點運行方式涉及系統接線、電壓等級、絕緣水平、通信干擾、接地保護方式等方面，是一個重要且復雜的問題。我國電力系統中性點目前所采用的接地方式主要有三種，即直接接地、經消弧線圈接地以及不接地。[1]

電力系統在正常運行工況下，由于電源電壓以及對地電容電流均為三相對稱，即系統中性點相當于和大地有相同的電位，所以，對于電能傳輸，中性點接地與否對電網基本無影響。因此，三種中性點接地方式的區別就在于發生故障時。而據統計[2]，在電力系統發生的各種短路故障中，單相接地的故障發生率最高，所以，本文主要針對單相接地故障時的中性點接地方式進行研究。

為了能夠在選擇接地方式之前對電力系統可能遇到的問題進行提前分析，而不是依靠經驗做法，或是純粹的理論上的分析，本文使用仿真的方法進行分析研究。電力系統仿真軟件為此帶來極大的便利。在本文的研究中，采用電力行業認可度較高的PSCAD軟件，根據研究需要建立相應的系統模型，然后利用仿真工具模擬實際電力系統的運行情況。運行結果可以以波形圖、矢量圖、數據表格等方式輸出，比傳統的計算更加直觀，也更方便進行繼電保護等后續問題的研究。[3-5]

PSCAD（Power System Computer Aided Design）完整專業的元件模型、規模龐大的計算容量庫、穩定高效的計算內核、友好的人機界面以及良好的兼容和開放性等特點，已經廣泛被國際上很多研究機構、高校和電氣工程師所采用。

一、PSCAD軟件簡介[6]

PSCAD的元件模型都存放在庫工程中。軟件打開后，工作窗口會自動加載庫文件。所有元件都按類分成18組。

本文中電力仿真用到下列幾種模塊：

1.三相電壓源模塊

該模塊提供三相直流電壓，其源阻抗可以設定為理想值。源參數可以設定為固定值或通過內部參數和外部可變參數對其進行控制。

2.三相雙繞組變壓器模塊

這個組件模型是基于經典建模方法的三相雙繞組變壓器，為用戶提供了磁化分支選項和電流注入程序的模型磁化特點。

在對變壓器的組別連接方式設置時，本次仿真采用的是原邊為星形連結，副邊為三角形連結的（△-Y型）接法。

3.相量計模塊

為了用戶觀察輸出結果的方便，軟件特別提供了一個矢量合成元件，可以簡單地將數據輸入到相量計，讓分析問題變得更加直觀、高效。本文分別對三相電壓和電流進行了相量的顯示。

4.故障模塊

通過數據標簽吧Fault信號引出來，對Timede Fault Logic進行參數設置，設定故障開始時間了0.2s，故障持續時間為0.1s。

5.斷路器模塊

本次仿真設置短路開始時間為0.2s時刻。

二、中性點接地方式的仿真實例分析

1.中性點不接地的仿真及其結果分析

（1）中性點不接地的仿真。

3.中性點直接接地的仿真及其結果分析

類似地，在PSCAD軟件平臺上搭建中性點直接接地的電力系統模型。由仿真結果可知，當線路某點發生單相短路故障時，故障點與中性點形成短路回路，故障點將會流過很大的短路電流，使繼電保護裝置迅速動作，有效防止單相接地時可能產生的弧光過電壓。非故障相對地電壓幾乎不變，仍可看成是相電壓，因此，可以降低系統對絕緣水平的要求，提高經濟效益。

三、結論

電力系統的中性點運行方式涉及系統接線、電壓等級、絕緣水平、通信干擾、接地保護方式等方面，是一個重要且復雜的問題。為了能夠在選擇接地方式之前對可能遇到的問題進行提前分析，而不是依靠經驗做法，或是純粹的理論分析，本文使用了電力系統仿真軟件PSCAD，針對電力系統中性點接地方式，建立了仿真模型，進行三種方式下的仿真并分析結果，得出了有意義的結論。

仿真結果通過矢量圖的形式可以更直觀地檢驗其合理性。因此，利用這樣的方法是設計優質電網的快捷高效的途徑之一。

參考文獻：

[1]楊淑英.電力系統概論[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2]張保會，尹項根.電力系統繼電保護[M].北京：中國電力出版社，

2005.

[3]郭增為.中性點非有效性接地系統故障選線的研究[J].中國電力教育，2011，（24）.

[4]張肇斐.電力系統中性點接地方式的探討[J].電氣技術，

2007，（10）.

[5]王新麗.電力系統中性點接地方式的選擇[J].電工技術，

2008，（9）.

[6]梁越明，錢玉娟，韓平平.基于PSCAD/EMTDC的電力系統中性點接地方式研究[J].電源世界，2012，（7）.

（責任編輯：王祝萍）