毕 业 设 计（论 文）
小电流接地系统单相接地故障
仿真与分析
系 别： 专学业生名姓称： 名： 机电信息学院 电气工程及其自动化 学 号： 指导教师姓名、职称：
完成日期 2011 年 12 月 10 日
论文题目：小电流接地系统单相接地故障仿真与分析 专 业：电气工程及其自动化
姓 名：赵 娜 （签 名）： 指导教师：王清亮 （签 名）：
摘 要
我国3～66kV中低压配电网大多数采用中性点非有效接地运行方式，俗称小电流接地系统。小电流接地系统的单相接地故障是常见的故障形式，占全网故障的80%以上。当故障发生时故障相电压为零，非故障相电压上升为线电压，但是三相电压依然对称，系统可以带故障运行1～2h，提高了系统运行的可靠性。但是必须尽快找出故障相并排除故障以免事故扩大和设备损坏。由于故障电流微弱、电弧不稳定等原因，小电流接地系统单相接地故障检测比较困难，接地线路的选择一直没有得到很好的解决，严重阻碍了供电可靠性和自动化水平的提高。因此，研究小电流接地系统单相接地故障特征，不仅对配电线路单相接地故障的快速准确定位和线路修复、可靠供电具有直接帮助，而且对整个电力系统的安全稳定和经济运行都具有十分重要的意义。
本文首先对电力系统各种中性点接线方式做了简要介绍，分析了小电流接地系统两种不同的中性点接线方式的基本原理及运行特点，并对这些接线方式的运行参数进行了综合比较。在深入分析小电流接地系统单相接地故障时的稳态和暂态电气量的基础上，系统的研究了小电流接地系统单相接地故障的分析方法，总结论述了小电流接地系统正常时，各相电压电流的一些基本现象和基本规律；在发生单相接地故障后，系统电压电流的变化情况和各相对地电容电流及系统零序电压的情况。并且利用Matlab仿真软件搭建了小电流接地系统单相接地故障仿真模型，分别对小电流接地系统中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统进行仿真，通过设置统一的线路参数、仿真参数，给出了仿真结果及线路各主要参数的波形图，最后根据仿真结果，得出重要结论及以后注意的问题。
关键字：小电流接地系统；单相接地故障；Matlab仿真
I
Subject ：Simulation and Analysis of Single Phase Grounding Fault for Small Current Grounded System Specialty ：Electrical Engineering and Automation
Name ：Zhao Na （Signature）： Instructor：Wang Qingliang （Signature）：
Abstract
Neutral non-effective grounded system is widely adopted in power distribute networks of 3～66kV in China, it also called small current grounded system, and the single-phase-to-earth fault happens most frequently in the system, almost 80% of all faults in the system. During occurrence of the fault, the voltage of the grounded phase down to zero and the voltage of the ungrounded phase up to the line voltage is still symmetrical under fault conditions, the system can keep operating for two hours. However the fault line must be detected quickly to avoid more seriously fault and destroying devices. The fault line detection is a difficult problem, especially in the resonance-grounded power system, because the small fault current and arcing effect etc. so the research of the fault line detection is very necessary and valuable.
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 compares the parameters of each mode synthetically. This paper analyzes the steady and transient process of the small current grounded power system, especially on the resonance-grounded power system. The paper makes a model of the small current grounded system and simulates it. Furthermore, an unify simulated model of indirectly grounded power system is established in this paper , set equal line parameters and simulation parameters with the Simulink package of Matlab. Presents the simulation results and waves of primary parameters. Finally, point out the main problems of the indirectly grounded power system and theirs development orientation in the future.
Key words: Small current grounded system; single-phase ground fault; Matlab
II
目 录
第1章 小电流接地系统单相接地故障的概况 ..................................... 3
1.1 本课题的产生背景及研究的意义 ........................................ 3 1.2 接地方式研究现状 .................................................... 3
1.2.1 国外中性点接地方式的发展概况 ................................... 3 1.2.2 国内城乡配电网中性点接地方式的发展概况 ......................... 4 1.3 论文的主要工作 ...................................................... 5 第2章 小电流接地系统单相接地故障过程分析 ................................... 6
2.1 电力系统各种接线方式 ................................................ 6
2.1.1 电力系统接线方式的分类 ......................................... 6 2.1.2 小电流接地方式的主要特点 ....................................... 6 2.1.3 小电流接地方式对选线的影响 ..................................... 7 2.1.4 配电网接地方式的发展趋势 ....................................... 8 2.2 小电流接地系统两种接地方式介绍 ...................................... 9
2.2.1 中性点不接地方式原理综述 ....................................... 9 2.2.2 中性点不接地方式运行状况分析 ................................... 9 2.2.3 中性点不接地方式系统特点 ...................................... 11 2.2.4 中性点经消弧线圈接地方式 ...................................... 12 2.2.5 中性点经消弧线圈接地方式运行状况分析 .......................... 13 2.2.6 中性点经消弧线圈接地方式系统特点 .............................. 15 2.2.7 两种中性点接地方式的综合比较 .................................. 16 2.2.8 中性点经高阻接地方式 .......................................... 16 2.3 小电流接地系统单相接地故障稳态分析 ................................. 17 2.4 小电流接地系统单相接地故障暂态分析 ................................. 20
2.4.1 暂态时刻的电容电流 ............................................ 20 2.4.2 暂态时刻的电感电流 ............................................ 21 2.4.3 暂态时刻的故障特征 ............................................ 22 2.5 本章小结 ........................................................... 23
III
第3章 小电流接地系统MATLAB建模与分析 ..................................... 24
3.1 MATLAB在电力系统中的应用 ........................................... 24
3.1.1 MATLAB简介 ................................................... 24 3.1.2 SimPowerSystem介绍 ........................................... 25 3.1.3 常用元件 ...................................................... 26 3.1.4 系统构建 ...................................................... 29 3.2 小电流接地系统仿真模型构建 ......................................... 30
3.2.1 中性点不接地系统的仿真及计算 .................................. 30 3.2.2 中性点经消弧线圈接地系统的仿真及计算 .......................... 35 3.3 主要研究结论 ....................................................... 36
3.3.1 中性点不接地系统的仿真结果与分析 .............................. 36 3.3.2 中性点经消弧线圈接地系统的仿真结果与分析 ...................... 41 3.4 本章小结 ........................................................... 45 第4章 结论和展望 ......................................................... 46
4.1 主要研究结论 ....................................................... 46 4.2 待解决的问题和展望 ................................................. 47 参考文献 ................................................................... 48 致 谢 ...................................................................... 50
IV