基于MATLAB的小电流接地系统单相接地分析与仿真
I摘要］川MATLAB的simulink工具箱构建小电流接地系统仿真模型，并对单相接地故障的 各种情况进行仿真，通过对零序电流的波形进行分析，从而确定哪条线路发生故障。
关键字：小电流接地系统；仿真；波形；零序电流；MATLAB
0引言
我国配电网中性点广泛采用不接地与经消弧线圈接地这两种非冇效接地方式，因其发生故障时 流过接地点的电流小，被称为小电流接地系统或者中性点非有效接地系统，此类系统容易发生单相 接地故障。
随着人们对供电可靠性的要求越來越高，并且小电流接地系统使配电网结构复杂，故障选线成 为一个公认的难题，但由于系统白身的特点，小电流故障选线问题一直未能得到很好的解决。木文 利用MATLAB建立电力系统模型，对故障进行仿真。通过分析仿真结果，冇利于配电网单相接地故 障选线的进一步研究。
1解单相接地等值电路
1解单相接地等值电路
图1单相接地桝态电流的等值电路
在图1中，C-谐振接地系统的三相対地电容，L°_三相线路和电源变压器等在零序回路中的
等值电感，R。一零序回路屮的等值电阻(具屮包括故障点的接地电阻和弧道电阻)，L一分别为
消弧线圈的冇功损耗电阻和电感，u()—等效零序电源。
diedt根据图1 nJ写出下面的微分方程式:
die
dt
+ 产］\曲二(/如 sin (朋 + 0) C o
U^sin(6yt + ^) = rLiL +L — dt
解微分方程可得：
? ? ?
— Ic.os + ^C.st
cof
=/饰丄--sin 0sin co{t- cos (p cos a)ft)e + cos(血 + (p)]
系数，其中$为回路的时间常数。式屮：^Cm = %皿，为电容电流的幅值，4“是相电压的幅值；
系数，其中$为回路的时间常数。
为暂态口由震荡分量的角频率；力二丄屋■，为口由震荡分量的衰减
a)f——
a)f
——sin 0sin ?t控制暂态
CD
C6r?
电容电流暂态部分主要由两部分决定——sin0sin0f^iiwF co
分量的幅值和频率，使暂态波形哀减。
?=心+山=：[皿修Tl -co的+0]
[L儿
式中：【5=气，为电感电流幅值；^=~为回路的时间常数。
血rL
2小电流接地系统单相接地故障在各种情况下的仿真结果
本部分的主要内容是给出小电流接地系统单相接地故障在各种情况下的仿真结果，分别介绍一 下五种情况：不同接地电仏不同故障点的电压相位；不同补偿状态；不同线路长度；不平衡负载。 在MATLAB中建立小电流接地系统单相接地故障的模型，如下图所示。在模型中，电源模块输出电 压为10.5KV,中性点经消弧线圈接地。四条10KV输电线路Linel-Line4长度分别为13km. 18km. 10km、6kmo线路负荷Load 1 -Load3的有功负荷分别为1MW、0.2MW、2MW。三相电压电流测量 模块V-1-V-3测量3条线路的电压电流。故障模块“Three-Phase Fault”设置为A相金属性接地。
Cc? ?|cc|LinelHERV-2AaBbV-3Line 2H"T ■:鬥~丫. ■ 丫
Cc? ?|cc|
Linel
HER
V-2
Aa
Bb
V-3
Line 2
H"T ■:鬥~丫. ■ 丫_- ?::tri;?:二
Line 3Line 4
Three-Phase Fault
Load2
Losd3 c
Discrete.Ts = 0.0001 s.
Multmecerl
■|IZIH
Multimeter
powergui
E>—KZ
From3Add3
Scope
2.1不同接地电阻对零序电流的影响
在电源电压初相角为4哎度和过补偿状态下，A相金属性接地时，仿真结果如下图。
接地电阻为1欧姆时，仿真结果如下图。
接地电阻为10欧姆时，仿真结果如下图。
接地电阻为100欧姆时，仿真结果如下图
结论：接地电阻越大，电容电流自山震荡分量时间常数越大，衰减越快。
2.2不同电压相位对冬序电流的影响
在电源电压初和角0度及金属性接地，仿真结果如下图。
在电源电压初相角15度及金属性接地，仿真结果如下图。
在电源电压初和角45度及金属性接地，仿真结杲如下图。
在电源电压初和角90发及金属性接地，仿真结杲如下图。
结论：接地时刻的和位角越大，暂态现象越明显。
2.3不同补偿状态卞的仿真结果
在过补偿30%、金属性接地及电源电压初相角为30度时，仿真结果如下图。
在全补偿、金属性接地及电源电压初相角为30度时，仿真结果如下图。
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