【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 )—中性點(diǎn)零序電壓，V；—中性點(diǎn)接地電阻，；2. 單相接地故障暫態(tài)分析故障相A相產(chǎn)生的過(guò)電壓為：=(+) (222)非故障相過(guò)電壓為：==(+) (223)在中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)中，按接地電阻對(duì)其進(jìn)行選擇。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，系統(tǒng)可以對(duì)單相接地故障電流呈現(xiàn)出最大電阻值。 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)消化線圈接地即早中性點(diǎn)與大地之間接入一個(gè)電感線圈。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)處流過(guò)電容電流，電網(wǎng)中出現(xiàn)中性點(diǎn)位移電壓，而接入的電感線圈會(huì)產(chǎn)生一個(gè)感性電流，使容性電流與感性電流因相位相反而相互抵消，從而降低故障電流，達(dá)到消弧的目的。根據(jù)補(bǔ)償度的不同，消弧線圈分為三類(lèi)：(1)全補(bǔ)償，電感電流等于系統(tǒng)的對(duì)地電容電流，理想狀態(tài)下故障點(diǎn)電流為零；(2)欠補(bǔ)償，電容電流大于電感電流，補(bǔ)償后的殘留呈容性；(3)過(guò)補(bǔ)償，對(duì)地電容電流小于電感電流，補(bǔ)償后的殘留呈感性。在實(shí)際生活中，一般采用過(guò)補(bǔ)償方式進(jìn)行接地，使脫諧度控制在10%以內(nèi)。同時(shí)，在運(yùn)行過(guò)程中，消弧線圈易發(fā)生鐵磁諧振，故需要裝設(shè)消諧裝置。當(dāng)配電網(wǎng)改變運(yùn)行方式時(shí)，也應(yīng)及時(shí)調(diào)整消弧線圈的失諧度，進(jìn)行合理性補(bǔ)償，以此縮短單相故障時(shí)的運(yùn)行時(shí)間。2. 單相接地故障穩(wěn)態(tài)分析中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的等值電路圖如圖27所示。假設(shè)A相發(fā)生單相接地故障，自身阻抗忽略不計(jì)，系統(tǒng)的零序等值電路如圖28所示，—接地點(diǎn)回流的殘余電流為零序電壓，為零序電流，為消弧線圈電感值，為對(duì)地的等值電容，為通過(guò)消弧線圈的零序電流，為通過(guò)電容零序電流。由下面的等值電路可知：=(+) (224)==()= (225)圖27 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)三相線路示意圖圖28 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地零序等值電路2. 單相接地故障暫態(tài)分析中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相故障等值電路如圖29所示，為零序電壓，為三相對(duì)地電容，為消弧線圈電阻，為消弧線圈電感，為零序回路等值電感，為零序回路等值電阻。圖29 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相故障等值電路(1)暫態(tài)電容電流根據(jù)上圖可知 (226)當(dāng)﹤時(shí)，回路電流的暫態(tài)過(guò)程具有周期性衰減和振蕩特性，時(shí)，回路電流具有非周期性振蕩衰減特性，并逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)。架空線路的自由振蕩頻率一般為300～1500Hz，架空線路的電感遠(yuǎn)大于電纜線路，對(duì)地電容較架空線路大許多倍，故其自由振蕩頻率為1500～3000Hz，持續(xù)時(shí)間極短。因?yàn)闀簯B(tài)電容電流是由穩(wěn)態(tài)工頻分量和暫態(tài)自由振蕩分量?jī)刹糠纸M成的，利用的關(guān)系和t=0時(shí)電容電流為=0這一初始條件，經(jīng)過(guò)拉氏變換等運(yùn)算可得式(227)。(227)式中：相電壓的幅值，為電容電流的幅值；為暫態(tài)自由振蕩分量的角頻率；為自由振蕩分量的衰減系數(shù)，其中的為回路的時(shí)間常數(shù)。若系統(tǒng)的運(yùn)行方式不變，則為一常數(shù)。當(dāng)較大時(shí)，自由振蕩衰減較慢；反之，則衰減較快。因?yàn)樯鲜街泻泻蛢蓚€(gè)因子，故從理論上講，在相角為任意值時(shí)發(fā)生接地故障，均會(huì)產(chǎn)生自由振蕩分量。當(dāng)=0時(shí)，其值最小，當(dāng)時(shí)，其值最大。此時(shí)，當(dāng)故障相在電壓峰值、即接地，電容電流自由振蕩分量的振幅出現(xiàn)最大值。 (228)由此可見(jiàn)，暫態(tài)自由振蕩電流分量的幅值與自振角頻率和工頻角頻率之比成正比。(2)暫態(tài)電感電流消弧線圈電感電流由暫態(tài)的直流分量和穩(wěn)態(tài)的交流分量組成，表達(dá)式為： (229)電源的角頻率與暫態(tài)電感電流振蕩角頻率相等，幅值與接地瞬間電源電壓的相角有關(guān)，時(shí)其值最大，時(shí)，其值最小。(3)暫態(tài)接地電流暫態(tài)接地電流是由暫態(tài)電容電流和暫態(tài)電感電流疊加而成。當(dāng)單相接地故障發(fā)生后，故障點(diǎn)會(huì)有衰減很快的暫態(tài)電容電流和衰減較慢的暫態(tài)電感電流，暫態(tài)接地故障電流的幅值和頻率主要由電容電流決定，暫態(tài)電感電流的直流分量不會(huì)影響接地點(diǎn)故障電流的極性，可是會(huì)改變其幅值的大小[4]。 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)屬于大電流接地系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于中性點(diǎn)直接接地的鉗位作用，使得中性點(diǎn)對(duì)地電壓很小，理想狀況下，中性點(diǎn)與大地保持等電位。因此每相對(duì)地電壓不會(huì)升高，防止了電弧接地過(guò)電壓的問(wèn)題。該接地方式中，電氣設(shè)備對(duì)大地的絕緣只需按相電壓考慮，對(duì)于高壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)會(huì)使電氣設(shè)備的絕緣造價(jià)降低，除此之外，這種方式還改善了保護(hù)設(shè)備的工作性能，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)等值電路圖如圖210所示。圖210 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)三相線路示意圖當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，三個(gè)相電壓與線電壓均對(duì)稱(chēng)，且大小相等，相位相差，系統(tǒng)中三相對(duì)地電流對(duì)稱(chēng)，因此大地中并無(wú)電流。假設(shè)A相發(fā)生單相接地故障，中性點(diǎn)對(duì)地電壓為零，即系統(tǒng)的零序電壓為零。根據(jù)上圖可知： (230)式中：為接地故障點(diǎn)處綜合電阻為中性點(diǎn)接地電阻 本章小結(jié)本章介紹了四種接地方式的概況，并主要對(duì)影響中性點(diǎn)接地方式的因素，包括過(guò)電壓、通信干擾與電磁兼容、供電的可靠性、設(shè)備安全、絕緣水平的配合、人身安全等因素進(jìn)行了闡述。根據(jù)不同接地方式的系統(tǒng)三相示意圖和零序等值電路圖對(duì)四種接地方式在發(fā)生單相接地故障時(shí)做了穩(wěn)態(tài)分析和暫態(tài)分析，初步了解了故障相和非故障相電壓、電流的變化情況。13第3章 基于MATLAB的配電網(wǎng)仿真和計(jì)算第3章 基于MATLAB的配電網(wǎng)仿真和計(jì)算 MATLAB軟件和PSB模塊介紹MATLAB 軟件是由Mathworks軟件公司所開(kāi)發(fā)的以矩陣計(jì)算為基礎(chǔ)，將計(jì)算可視化程序設(shè)計(jì)融合到一個(gè)交互的工作環(huán)境中，可實(shí)現(xiàn)工程計(jì)算、算法研究、建模與仿真、數(shù)據(jù)分析及可視化和工程繪圖等功能的強(qiáng)大工具。MATLAB軟件擁有強(qiáng)大的工具箱，包括信號(hào)處理，控制系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，圖像處理，小波等。借助MATLAB軟件的功能，不同專(zhuān)業(yè)的研究人員可以更為直觀，方便的理解系統(tǒng)的運(yùn)行特性。PSB模塊是電力系統(tǒng)模塊庫(kù)的縮寫(xiě)，它是一種針對(duì)電力系統(tǒng)可視化建模和仿真的工具。PSB模塊包含電機(jī)、變壓器和線路用電力電子等豐富的元件模塊。通過(guò)這些元件，操作者可以搭建所需模型，所有模型都是建立在一定的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，并能夠反映元件的真實(shí)性能，同時(shí)每種元件還可修改相應(yīng)的參數(shù)。PSB模塊是與MATLAB下的Simulink工具同時(shí)使用的，這樣就使一些復(fù)雜的、非線性的電氣模型和仿真變的簡(jiǎn)便，直觀。 10kV配電網(wǎng)模型的搭建 10kV配電網(wǎng)仿真模型本次仿真模型是在10kV電壓等級(jí)下的仿真，共有四回出線，為電纜和架空線路混合線路。仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖31所示。 10kV配電網(wǎng)仿真模型參數(shù)設(shè)置在本次仿真模型中，三相電源容量為300MVA，主變一次側(cè)電壓等級(jí)為110Kv，二次側(cè)電壓等級(jí)為10Kv，連接方式為Yg，頻率50Hz，A相初相角為零，變壓器采用ThreePhaseTransformer(Two Windings)模型。輸電線路采用PSB模塊庫(kù)中的貝杰龍數(shù)學(xué)模型，該模型計(jì)算是利用分布參數(shù)，可提高計(jì)算精度。圖31 仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在本次仿真模型搭建中，四種不同接地方式的參數(shù)統(tǒng)一設(shè)置。，；，最小步長(zhǎng)和初始步長(zhǎng)設(shè)定為自動(dòng)方式。MATLAB 提供了多種常微分解題器，這些解題器可以在給定的初始時(shí)間及條件下，通過(guò)數(shù)值方法計(jì)算沒(méi)個(gè)程序步驟的解，并驗(yàn)證該解是否滿足給定的允許誤差。根據(jù)本次畢設(shè)中的仿真，如果設(shè)置的解題器和允許誤差不合理，則對(duì)于某些故障情況不但解題速度很慢，而且仿真的得到的線路零序電流精度很差。因此本次設(shè)計(jì)選取了ode15s解題器，該解題器專(zhuān)門(mén)用于解Stiff方程的變階多步算法，在仿真中具有較快的運(yùn)算速度。相對(duì)容差為1e3，絕對(duì)容差為自動(dòng)方式。本次仿真采用線路分別為：架空線路選用LGJ240型號(hào)導(dǎo)線，電纜線路選用YJV223300型號(hào)交聯(lián)聚乙烯電力電纜。同查閱《電力工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》獲取導(dǎo)線參數(shù)如表31所示。表31混合線路分布 線路類(lèi)型1234架空線路/km8005電纜/km091010線路電氣參數(shù)如表32，表33所示。表32架空線路電氣參數(shù)電氣參數(shù)電阻Ω/km電感mH/km電容μF/km正序零序表33 電纜線路電氣參數(shù)電氣參數(shù)電阻Ω/km電感mH/km電容μF/km正序零序 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)仿真模型 模型參數(shù)仿真模型如圖32所示。在該仿真模型中，故障點(diǎn)處過(guò)渡電阻選取了0Ω、5Ω、10Ω、100Ω、2000Ω五不同個(gè)等級(jí)的阻值分別進(jìn)行仿真分析，由此觀察，在不同過(guò)渡電值下的故障電流和非故障相電壓。同時(shí)，選定5Ω過(guò)渡電阻下的波形圖，與其他接地方式進(jìn)行比較。圖32中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)仿真模型 仿真分析10kV配電網(wǎng)不接地系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖4圖4圖4圖44所示。從仿真波形圖中可以看出，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)只有線路發(fā)生故障后才會(huì)出現(xiàn)零序電壓和零序電流，流過(guò)故障線路的零序電流比非故障相線路的零序電流要大許多，二者差別較大，并且二者相位相反。根據(jù)相關(guān)理論可知，流過(guò)故障線路的零序電流時(shí)流過(guò)所以非故障相線路的零序電流的總和。此時(shí)，系統(tǒng)故障處對(duì)地電壓為零，非故障相對(duì)地電壓升高至線電壓。圖41 故障點(diǎn)電流圖43 中性點(diǎn)電壓圖43 故障線路三相電壓、電流圖44 非故障線路三相電壓、電流當(dāng)故障點(diǎn)過(guò)渡電阻不同時(shí)，仿真數(shù)據(jù)如表41所示。表41 不同過(guò)渡電阻值下的仿真數(shù)據(jù)接地點(diǎn)過(guò)渡電阻(Ω)B相電壓()C相電壓()中性點(diǎn)電壓()故障點(diǎn)電流(A)051010020000通過(guò)仿真波形圖和仿真數(shù)據(jù)分析，可以看出在故障點(diǎn)過(guò)渡電阻為5時(shí)，。通過(guò)表格中的數(shù)據(jù)我們還可以看出隨著故障點(diǎn)過(guò)渡電阻的增加，故障點(diǎn)處的電流逐漸減小，當(dāng)發(fā)生金屬性接地也就是故障點(diǎn)過(guò)渡電阻為0時(shí)，流過(guò)故障點(diǎn)處的電流最大，此時(shí)對(duì)系統(tǒng)的危害也最大。 中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)仿真模型 模型參數(shù)仿真模型圖如