小电流接地系统故障建模与仿真分析毕业设计

学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□，在_________年解密后适用本授权书。2、不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：年月日导师签名：年月日目录摘要..............................................................1前言..............................................................21小电流接地系统接地故障的概况................................31.1本课题的产生背景及研究意义...................................31.2国外中性点接地方式发展状况...................................31.3国内中性点接地方式发展状况...................................42小电流接地系统单相接地故障分析.............................52.1电力系统中接地方式的分类.....................................52.2电力系统中的两种小电流接地系统...............................52.2.1中性点不接地方式的介绍...................................52.2.2中性点经消弧线圈接地方式的介绍...........................72.3两种接地方式的综合比较.......................................83小电流接地系统MATLAB建模与分析............................93.1MATLAB在电力系统中的应用....................................93.2小电流接地系统仿真模型构建..................................103.2.1系统构建................................................103.2.2中性点不接地系统的仿真及计算............................123.2.3中性点经消弧线圈接地系统的仿真及计算....................173.3仿真结果与分析..............................................183.3.1中性点不接地系统的仿真结果与分析........................183.3.2中性点经消弧线圈接地系统的仿真结果与分析................224结论和展望....................................................254.1主要研究结论................................................254.2研究感想....................................................26致谢............................................................27参考文献........................................................28281281小电流接地系统故障建模与仿真分析学生：XX指导教师：XXX（三峡大学科技学院）摘要：本文简要介绍了电力系统中各种中性点接地方式，对小电流接地系统两种中性点接地方式的基本原理和运行特点进行了分析并综合比较了两者的运行参数。利用MATLAB仿真软件分别对小电流接地系统中性点不接地和中性点经消弧线圈接地单相接地故障进行仿真实验，通过设置相同的电气量参数，得到仿真结果以及线路主要参数波形图。通过分析仿真结果，得到重要结论。关键词：小电流接地系统；Matlab建模；电力系统短路故障；零序电流FaultmodelingandsimulationanalysisofsmallcurrentgroundingsystemStudent：QinHuiSupervisor：WengHanLi(ChinaThreeGorgesUniversity,SchoolofscienceandTechnology)Abstract：Thisarticlefirstlyintroducestheneutralpointconnectionmodeofpowersystem,analyzesthefundamentalprincipleanditsfunctioncharacteristicsofthetwomodes,andcomparestheparametersofeachmodesynthetically.UsingMATLABsimulationsoftwareforsmallcurrentgroundingsystemsareungroundedandneutralpointarcsuppressioncoilgroundingsingle-phasegroundfaultsimulationbyprovidingthesameamountofelectricalparameters,simulationresultsobtainedandthemainlinewaveformparameters.Byanalyzingthesimulationresult,importantconclusions.Keywords:Smallcurrentgroundedsystem;Matlab;Powersystemfault;zero-sequencecurrent282前言电力系统是由发电、变电、输电、配电、供电、用电设备和技术组成的统一整体能够将一次能源转换为电能。发电厂发出电能后，通过各级变电所经高压输电网远距离运送然后经配电网将电能供给用户。配电网电压等级一般为6～66kV，110kV以上电压等级属于输电网。配电网在电力系统的各个环节中作为末端直接与用户相联系是电力系统的重要组成部分。电力系统中性点是指星形连接的发电机或变压器的中性点。中性点接地方式主要有四种，中性点经小电阻接地方式、中性点经高阻接地方式、中性点经消弧线圈接地方式和中性点不接地方式[1]。我国6～66kV配电网电力系统多属于小电流接地系统，通常采用中性点不接地方式或者中性点经消弧线圈接地方式。小电流接地系统发生故障时，接地点的故障电流小所以又叫中性点非有效接地系统。根据电力系统运行部门的故障统计，由于外界因素（如雷击、大风、鸟类等）的影响，配电网单相接地故障是配电网故障中最常见的，发生率最高，占整个电气短路故障的80%以上。小电流接地系统发生单相接地故障时短路回路阻抗大，接地电流小，所以通常可以自动熄弧并恢复正常。当发生线路永久性单相金属接地故障后，三相线电压对称，大小相位不变，对地电压变为零所以可以带故障运行一段时间提高了供电的可靠性，但是为了避免故障发展成更严重的故障必须马上找到故障点并排除。国内外电力领域的专家学者对小电流接地系统单相接地故障问题进行了大量的研究。发生单相接地故障时，大多是检测故障时产生的稳态信号。但是稳态信号非常微弱，受外界因素及运行方式影响很大，难以检测出有效地故障信号。而且，配电网络故障复杂多变，如系统中性点补偿度、过渡电阻大小、故障点位置、各出线长度、短路点电弧的发展等，使得在一种故障情况下工作良好的装置，在另一种情况下可能失效。因此，小电流接地系统单相接地保护是非常复杂的，这也是一些国家不采用中性点非有效接地方式的主要原因之一。但是小电流接地系统有着独特的优越性，并在我国及其它国家被广泛应用，准确找准故障线路成为当务之急[2]。现代电力系统是非常复杂的系统，很难满足电力科研实验的条件，并且系统的安全运行也不允许进行试验。所以对电力系统的稳定与故障分析一般都利用仿真实验。MATLAB软件可以建立小电流接地系统的仿真模型并设置一致的仿真参数，进行单项故障实验，具有一定的现实意义[3]。2831小电流接地系统接地故障的概况1.1本课题的产生背景及研究意义我国3～66kV电力系统大多采用小电流接地系统即中性点不接地或中性点经消弧线圈接地的运行方式。配电网单相接地故障是配电网故障中最常见的，发生率最高，占整个电气短路故障的80%以上。发生单相接地故障时，由于不构成短路回路，接地短路电流比负荷电流小很多，故障相对地电压降低，非故障两相的相电压升高，线电压依然对称，所以不影响对用户的连续供电，系统可继续运行1～2h，可显著提高供电可靠性，同时也提高了对设备和人身安全性，降低了对通讯系统电磁干扰等优点。单相接地故障多数情况下可以自动熄弧并恢复绝缘，回到正常运行状态。但是当发生永久性接地故障时，长时间运行可能破坏系统的绝缘，损坏系统中的线路以及电气设备。为了避免单相接地故障引起两相短路或者更严重的事故，必须尽快的找出故障线路并切除故障。为快速找到故障线路并切除，提高供电可靠性减少线路损耗，使配电网安全，经济运行。需要对小电流接地系统单相接地故障进行仿真并分析，准确的检测出故障线路是十分重要的。但是，故障电流微弱、故障电弧不稳定等因素，使单相接地故障的检测十分困难。目前对接地故障点的判断一直没有得到很好的解决。所以小电流接地系统单相接地故障是制约配电自动化发展的关键问题，也是我们对于电力系统的一个重要研究课题[4-5]。1.2国外中性点接地方式发展状况为了减少单相接地故障的危害，世界各国都对电力系统接地方式进行了十分广泛的研究，也采取了很多不同的方法。第一次世界大战时期，德国人彼得逊首先提出了经消弧线圈接地的电力系统谐振接地方式，于是当时该国在各种电压等级的电网中性点都采用了中性点经消弧线圈接地方式，电网电压范围为30～220kV，后因220kV电网中事故较多，19世纪60年代就不再应用消弧线圈了。美国在20世纪20年代中期到40年代中期，在22～70kV电网中，中性点直接接地方式所占比例高达72%，且发展很快，逐步取代了中性点不接地的运行方式，一直延续至今。英国66kV电网采用中性点经电阻接地方式，对33kV及以下架空线配电网，逐步由284中性点直接接地方式改为中性点经消弧线圈接地方式。1950年以来，日本20kV电缆和架空线路混合电网一直采用中性点不接地方式，随着电缆的增加，为防止接地继电器的误动、拒动和中性点位移，采用经低值电阻器接地方式。1975年统计，11～33kV配电网中性点不接地占2%。采用电阻接地方式一般限制接地电流数值为100～200A。1962年以来法国城市配电网接地方式采用中性点经电阻或经电抗接地，要求故障线路快速跳闸。至20世纪80年代，法国电力公司对20kV配电网中性点接地方式提出了即瞬时间地故障电流应降低到40～50A的要求，同时还要求考虑接触电压，跨步电压和对低压设备绝缘危害等问题。20kV电网对地电容电流小于50A时，采用中性点经小电阻接地方式；电容电流在50～200A之间，则在电阻器旁边并联补偿电容器及消弧线圈。意大利、加拿大、瑞典、日本和美国等在中压电网升压运行后，大部分都采