小電流接地系統(tǒng)故障建模與仿真分析畢業(yè)設(shè)計(jì)詳解

1、學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成 本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表 作者簽名： 年 月 日障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向 構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本 文評(píng)選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫 文。年 月 日年 月 日 HYPERLINK l _bookmark2 HYPERLINK l _bookmark1 HYPERLINK l _bookmark3 HYPERLINK l _bookmark4 HYPERLINK l _bookmark5 HYPERLINK l _bookmark6 HYPERLINK l _

2、bookmark7 HYPERLINK l _bookmark8 HYPERLINK l _bookmark9 HYPERLINK l _bookmark10 HYPERLINK l _bookmark11 HYPERLINK l _bookmark12 HYPERLINK l _bookmark13 HYPERLINK l _bookmark14 HYPERLINK l _bookmark15 HYPERLINK l _bookmark16 HYPERLINK l _bookmark17 HYPERLINK l _bookmark18 HYPERLINK l _bookmark19 HYPE

3、RLINK l _bookmark20 HYPERLINK l _bookmark21 HYPERLINK l _bookmark22 HYPERLINK l _bookmark23 HYPERLINK l _bookmark24 HYPERLINK l _bookmark25 HYPERLINK l _bookmark26 (三峽大學(xué)科技學(xué)院) 本原理和運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行了分析并綜合比較了兩者的運(yùn)行參數(shù)。利用 真實(shí)驗(yàn)，通過設(shè)置相同的電氣量參數(shù)，得到仿真結(jié)果以及線路主要參數(shù) Student：Qin HuiSupervisor：Weng HanLi(China Three Gorges Univers

4、ity, School of science and Technology)Abstract：This article firstly introduces the neutral point connection mode of power system, analyzes the fundamental principle and its function characteristics of the two modes, and comparestheparametersofeachmodesyntheticallyUsingMATLABsimulation software for s

5、mall current grounding systems are ungrounded and neutral point arc suppression coil grounding single-phase ground fault simulation by providing the same amount of electrical parameterssimulationresultsobtainedandthemainlinewaveformparametersByanalyzing the simulation result, important conclusions.e

6、ntgroundedsystemMatlabPowersystemfaultzerosequence 28 2言 發(fā)電廠發(fā)出電能后，通過各級(jí)變電所經(jīng)高壓輸電網(wǎng)遠(yuǎn)距離運(yùn) 666kV ，110kV 以上電壓等 力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)中作為末端直接與用戶相聯(lián)系是電力系統(tǒng) 中性點(diǎn)是指星形連接的發(fā)電機(jī)或變壓器的中性點(diǎn)。中性點(diǎn)接 經(jīng)小電阻接地方式、中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地方式、中性點(diǎn)經(jīng)消弧 不接地方式1。 式。小電流接地系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，接地點(diǎn)的故障電流小所 以又叫中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)。根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行部門的故障統(tǒng)計(jì)，由于外界因素(如 雷擊、大風(fēng)、鳥類等)的影響，配電網(wǎng)單相接地故障是配電網(wǎng)故障中最常見的，發(fā)生率 常可以自

7、動(dòng)熄弧并恢復(fù)正常。當(dāng)發(fā)生線路永久性單相金屬 ，大小相位不變，對(duì)地電壓變?yōu)榱闼钥梢詭Ч收线\(yùn)行一 但是為了避免故障發(fā)展成更嚴(yán)重的故障必須馬上找到故障 故障時(shí)產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)信號(hào)。但是穩(wěn)態(tài)信號(hào)非常微弱，受 以檢測(cè)出有效地故障信號(hào)。而且，配電網(wǎng)絡(luò)故障復(fù)雜 電阻大小、故障點(diǎn)位置、各出線長(zhǎng)度、短路點(diǎn)電弧的 作良好的裝置，在另一種情況下可能失效。因此，小 復(fù)雜的，這也是一些國(guó)家不采用中性點(diǎn)非有效接地方 地系統(tǒng)有著獨(dú)特的優(yōu)越性，并在我國(guó)及其它國(guó)家被廣 為當(dāng)務(wù)之急2。滿足電力科研實(shí)驗(yàn)的條件，并且系統(tǒng)的安全 有一定的現(xiàn)實(shí)意義3。28 31 小電流接地系統(tǒng)接地故障的概況我國(guó)366kV 電力系統(tǒng)大多采用小電流接地系統(tǒng)即中

8、性點(diǎn)不接地或中性點(diǎn)經(jīng)消弧線 相接地故障是配電網(wǎng)故障中最常見的，發(fā)生率最高，占整 對(duì)地電壓降低，非故障兩相的相電壓升高，線電壓依然對(duì) 稱，所以不影響對(duì)用戶的連續(xù)供電，系統(tǒng)可繼續(xù)運(yùn)行 12h，可顯著提高供電可靠性， 。并恢復(fù)絕緣，回到正常運(yùn)行狀態(tài)。但是當(dāng)發(fā) 破壞系統(tǒng)的絕緣，損壞系統(tǒng)中的線路以及電氣設(shè) 路或者更嚴(yán)重的事故，必須盡快的找出故障線路 性減少線路損耗，使配電網(wǎng)安全，經(jīng)濟(jì) 單相接地故障進(jìn)行仿真并分析，準(zhǔn)確的檢測(cè)出故障線路是 微弱、故障電弧不穩(wěn)定等因素，使單相接地故障的檢測(cè)十 判斷一直沒有得到很好的解決。所以小電流接地系統(tǒng)單相 展的關(guān)鍵問題，也是我們對(duì)于電力系統(tǒng)的一個(gè)重要研究課 對(duì)電力系統(tǒng)接地

9、方式進(jìn)行了十分廣泛的 遜首先提出了經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)諧振接 等級(jí)的電網(wǎng)中性點(diǎn)都采用了中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方 4V 電器的誤動(dòng)、拒動(dòng)和中性點(diǎn)位移，采用經(jīng)低值電阻器接地 接地電流數(shù)值為 100200A。 即瞬時(shí)間地故障電流應(yīng)降低到 4050A 的要求，同時(shí)還要求考慮接觸電壓，跨步電壓和 A 運(yùn)行后，大部分都采用電網(wǎng) kV66kV 電網(wǎng)主要采用中性點(diǎn)不接地或者經(jīng)消弧線圈接地 能直接投入我國(guó)配電壓運(yùn)行，于是有些單位開始了試 ，過去都是采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，現(xiàn)在對(duì) 各國(guó)的接地方式不同，各國(guó)設(shè)備的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)也不一致，特別 這些設(shè)備，首先必須決定電力系統(tǒng)的接地方式。因此在對(duì)接 有的大城市已局部將

10、配電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地方式改為小電阻接 過電壓的產(chǎn)生，減少異相接地的發(fā)生。有的改為大電阻接地方28 5張改為經(jīng)消弧線圈接地方式，補(bǔ)償系 免了單相瞬時(shí)接地故障的跳閘，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性9。2 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障分析電力系統(tǒng)中接地方式的分類 不接地。中性點(diǎn)以何種方式與大地相接的問題在工程上就 用大電流接地方式的系統(tǒng)我們稱之為大電流接地系 統(tǒng)我們稱之為小電流接地系統(tǒng)10。電力系統(tǒng)中的兩種小電流接地系統(tǒng)2.2.1 中性點(diǎn)不接地方式的介紹 會(huì)破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定，流過故障點(diǎn)的電流是電網(wǎng)對(duì)地的 故障運(yùn)行，有可能是單相接地故障發(fā)展成為兩相接地 28 6圖 2.1 中性點(diǎn)不接地方式單相接地故障示意圖 三相對(duì)地

11、電容也對(duì)稱。系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，中 一定存在對(duì)地電容，電容很小，所以中性點(diǎn)對(duì)地阻抗 都很大。從零序電流來看，線路和其它元件的串聯(lián)阻 多，所以在小電流接地選線問題的研究中，忽略這些 三相電壓對(duì)稱，無零序電壓，忽略三相負(fù)載不對(duì)稱產(chǎn)生 10 3 A B C1 0 3 A B C對(duì)電容電流有嚴(yán)格的要求，根據(jù)電力規(guī)程，對(duì) 35kV 及以下系統(tǒng)，規(guī)定當(dāng) 310kV 城鎮(zhèn)配電網(wǎng)中大量采用電流和各類封閉組合電器，甚 平一般較低，且一旦被擊穿很難修復(fù)，因而不宜帶單 壓下運(yùn)行，易發(fā)生損壞，甚至爆炸。目前采可以避免爆炸事故的發(fā)生，但這并不經(jīng)濟(jì)，因而(2.3)(2.3)地系統(tǒng)保證供電連續(xù)性11。2.2.2 中性點(diǎn)

12、經(jīng)消弧線圈接地方式的介紹消弧線圈就是中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式。中性點(diǎn)經(jīng) 振接地方式，該接地方式將帶氣隙的感抗可調(diào)的電抗器接 統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，消弧線圈的電感電流能夠基本補(bǔ) 障點(diǎn)的接地電流變?yōu)閿?shù)值顯著減小的殘余電流，殘余電流 消弧線圈的作用，當(dāng)殘流過零熄弧后，降低了恢復(fù)電壓的 恢復(fù)時(shí)間，并限制了恢復(fù)電壓的最大值，從而可以避免接 的目的。因此中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式的可靠性大大的。接地故障示意圖線路電容電流的大小、方向與中性點(diǎn)不接，接地點(diǎn)增加了一個(gè)電感分量的電流。從接地點(diǎn)流回的DL L c L C DL C D28 8 oL = 1/(3oC )成立(其中o 是角頻率， C 容不對(duì)稱，或者斷路

13、器合閘三相接觸頭不同而使閉合時(shí)出 L C D短路跳閘時(shí)，系統(tǒng)零序電容電流會(huì)減小，致使可能得 式，不僅減小了線路的故障電流，而且故障線路的零 荷，也不能降低過電壓的穩(wěn)態(tài)分 點(diǎn)不接地大大較難小高單相接地電流大時(shí)危險(xiǎn)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地大小較高難小高高類別單相接地電流觸電危險(xiǎn)性單相電弧接地過電壓?jiǎn)蜗嘟拥乇Ｗo(hù)對(duì)通信的影響鐵磁諧振過電壓操作過電壓保護(hù)接地的安全性28 9 接地相，但這時(shí)非接地相的對(duì)地電壓升高 相電流屬于容性電流。裝設(shè)消弧線圈后，發(fā)生一相接 電弧易于自行熄滅，提高了供電可靠性。中性點(diǎn)經(jīng)消 統(tǒng)穩(wěn)態(tài)量的方法，又有基于系統(tǒng)暫態(tài)量的方法，所以本文選擇了 MATLAB 進(jìn)行仿真。利用MATLAB 建

14、立仿真模型并設(shè)置統(tǒng)一的仿真參數(shù)，對(duì)小電流接 集數(shù)值處理、圖像處理、文字處理、信號(hào)處理、符號(hào) 仿真為一體的數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件并成為國(guó)際公認(rèn)的優(yōu)秀科 Simulink 是控制系統(tǒng)模型圖形輸入與仿真進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真，建模和分析的集成軟 就可以快速的完成仿真模型進(jìn)行仿真。相比傳統(tǒng)的軟件包 10性的，離散的，連續(xù)和混合模型。并且它還 仿真工作有極大幫助13。地系統(tǒng)仿真模型構(gòu)建3.2.1 系統(tǒng)構(gòu)建輸電線元件、三相負(fù)荷、三 流測(cè)量元件、三相電壓電流測(cè)量元件、子系統(tǒng)元件、萬用 路元件，位于電源元件庫中。其幅值，頻率，相 。在電力系統(tǒng)中用來模擬的輸電線路可以根據(jù)實(shí)際情 11元件路元件庫?？梢酝ㄟ^對(duì)元件的設(shè)置模擬電力系

15、統(tǒng) 量?jī)x器元件庫。三相電壓電流測(cè)量元件用于測(cè)量 以分別用于測(cè)量線路的電流或 元件庫。該元件可以直觀地顯示故障時(shí)的故障 12子系統(tǒng)庫。該元件可以將相關(guān)的兩個(gè)元件組成 3.2.2 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的仿真及計(jì)算地系統(tǒng)的仿真模型 13模型中有 4 條 10kV 輸電線路 Line1Line4，均采用“Three-phase PI Section Line” 14 更為明顯，而且不用很多輸電線的出線路數(shù)，不影響仿真 15 3.13 三相電壓電流測(cè)量模塊參數(shù)設(shè)置在仿真模型中，選擇在第三條出線 1km 處(Line3 和 Line4 之間)發(fā)生 A 相金屬性 160 0(以線路 1 為例)。0 0故障點(diǎn)的接

16、地電流I. 可以用萬用表測(cè)量方式得到，如圖 3.16 所示。D A相金屬性單相接地時(shí)各線路始端的零序電流有效值為：3I = 3U C0I 0 0II = 23.18AD 173.2.3 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的仿真及計(jì)算圖 3.17 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的仿真模型 L=1/3 CL66H 18與分析 3.3.1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的仿真結(jié)果與分析 19圖 3.25 零序電壓 3U0 (kV)波形圖圖 3.26 零序電流 3I01 (A)波形圖圖 3.27 零序電流 3I02 (A)波形圖圖 3.29 故障點(diǎn)接地電流I D 波形圖A 相對(duì)地電壓變?yōu)榱悖渌鼉上鄬?duì)地電壓變?yōu)橹暗?3 倍。0

17、1 02 03 D3 I =8.83A, 3 I =10.99A, 3 I =16.86 ，01 02 03 D波形圖可知流，發(fā)生故障后才出現(xiàn)零序電壓 相電壓。故障后故障相對(duì)地電壓變?yōu)榱?，非故障相?duì) 其對(duì)地電容越大，容抗越小，對(duì)地電流就越大導(dǎo)致非 流的方 模塊得來，如圖 3.30 所示，所得波形圖如圖 3.31 3.31 故障線路零序電流的幅值和相位0 0從上圖可知故障線路零序電流幅值I =9.52A，則 3 0 03 I 3 I =36.52/ 2 A=16.83A003.3.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的仿真結(jié)果與分析運(yùn)行如圖 3.17 所示的 10kV 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)仿真模型得

18、到如下圖 圖 3.39 零序電壓 3U0 (kV)波形圖圖 3.40 零序電流 3I01 (A)波形圖圖 3-41 零序電流 3I02 (A)波形圖圖 3.42 零序電流 3I03 (A)波形圖L 性點(diǎn)不接地系統(tǒng)是相同的。但是故障線路的零序電 流的實(shí)際方向是由母線流向線路。在這種狀況下無。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)故障點(diǎn)接地電流波形圖和圖3.44 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈系統(tǒng) 可以直觀的看出未加入消弧線圈時(shí)故障點(diǎn)接地電流恢復(fù)穩(wěn) 4 結(jié)論和展望4.1 主要研究結(jié)論 發(fā)生單相接地故障時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)量和暫態(tài)量都復(fù) 用 MATLAB 對(duì)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障進(jìn)行仿真，可以很 ，單相接地故障發(fā)生后，由于中性點(diǎn)N 不接地

19、，所以沒有形成短 正常負(fù)荷電流，線電壓依然保持對(duì)稱，因此可以短時(shí)間不 查明故障原因并排除故障，或者進(jìn)行倒負(fù)荷操作，因此該 地電容還是能夠形成電流通路的，從而有數(shù)值不大的電容 。一般情況下，這個(gè)容性電流在接地故障點(diǎn)將以電弧形式 設(shè)備，甚至引起附近建筑物燃燒起火，不穩(wěn)定的電弧燃燒 接地相絕緣擊穿進(jìn)而發(fā)展成為相間故障，導(dǎo)致斷路器動(dòng)作 當(dāng)接地故障發(fā)生后，中性點(diǎn)將出現(xiàn)零序電壓，在這個(gè)電壓 消弧線圈并且流入發(fā)生接地故障的電力系統(tǒng)，從而抵消在 ，消除或減輕接地電弧電流的危害，但長(zhǎng)期接地運(yùn)行依然 4.2 研究感想MATLAB件僅僅建立了一個(gè)簡(jiǎn)單的仿真模型，而實(shí)際的電力系統(tǒng) 真的參數(shù)都是采用的相同的參數(shù)，而在實(shí)

20、 。所以這些因素對(duì)仿真結(jié)果有著或多或少 弧型接地又分為間歇性電弧 弧故障在故障消失后由重燃，穩(wěn)定電弧是電弧只在故 重燃，在故障相和非故障相的電感電容回路上會(huì)引起 積累和重新再分配形成的，是斷續(xù)的瞬間發(fā)生的且幅 穩(wěn)態(tài)信息由十分微弱，使得利用穩(wěn)態(tài)信息的檢測(cè)方法 障，不僅可以提高電力系統(tǒng)供電的可靠性，還可 致 謝學(xué)科技學(xué)院的學(xué)習(xí)生涯即將結(jié)束。四年的大學(xué) 到了豐富的知識(shí)還培養(yǎng)了學(xué)習(xí)能力，還學(xué)會(huì)了如 不舍?，P老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。從課 師為人隨和熱情，治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)心，雖身負(fù)教學(xué)、科研 為我指點(diǎn)迷津。翁老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的 到問題的時(shí)候總會(huì)細(xì)心的指導(dǎo)講解，直到我弄 了很多快樂開心的日子

21、。在他們的幫助下我順 遇到困難的時(shí)候父母總是第一個(gè)給我鼓 我的殷切期望。他們?cè)诰裆虾臀镔|(zhì)上的無私支持堅(jiān)定了 的愛是天下最無私的最寬厚的愛。大恩無以言報(bào)惟有以永 參 考 文 獻(xiàn)1 李景祿.實(shí)用配電網(wǎng)技術(shù)M.中國(guó)水利水電出版社,2006.561022 夏道止.電力系統(tǒng)分析M.北京:中國(guó)電力出版社,2011:20-46. 4 秦書碩.小電流接地系統(tǒng)故障選線新方法研究D.昆明理工大學(xué),2012.5 王晶,翁國(guó)慶,張有兵.電力系統(tǒng) MATLAB/SIMULINK 電力系統(tǒng)仿真與應(yīng)用M.陜西電子科技大學(xué)出版社,2008.13066 賈清泉.非有效接地電網(wǎng)選線保護(hù)技術(shù)M.國(guó)防工業(yè)出版社， 2008.154 報(bào),2010,30(1):57-61.8 李福壽. 666kV 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式J.電世界,2000,10:433435.9 邱關(guān)源.電路M.高等教育出版社,2006.147161生.關(guān)于配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地