配电网接地故障下零序电流仿真分析
摘 要输电网和配电网统称为电网，是电力系统的重要组成部分。配电网的安全运行直接影响到千千万万的用户。配电网发生故障以后，如果不及时找出故障点并且进行排除，将会影响很大范围内的用户用电情况及用电安全。我国规定110KV及以上的电压等级的电力系统采用中性点直接接地的方式，而35KV以及以下的配电系统则采用小电流接地方式（包括中性点不接地和经消弧线圈接地两种方式）。 本文针对了配电网不同接地方式的特点，为了提取配电网接地故障下的故障特征量，利用Matlab的电力系统仿真平台，搭建了10KV配电网的小电流接地系统下的配电网仿真模型，综合考虑不同短路条件，单相接地，双相接地故障下的零序电流情况并进行了大量仿真。对于接地问题的零序电流仿真比较，给出了较为准确的数值仿真，在误差允许的情况下得到了很好的波形, 说明了Matlab对电力系统故障仿真的有效性, 说明了Matlab对电力系统故障仿真的有效性。
目录
摘 要 I
ABSTRACT II
第1 章 绪论 1
1.1 问题的提出背景及研究意义 1
1.1.1 问题提出 1
1.1.2 研究的意义 1
1.2 配电网中性点不同接地方式及发展概况 3
1.2.1 国内外现状 3
1.2.2 配电网中性点接地方式的应用趋势 3
1.3 本文的主要内容 4
第2 章 Simulink 仿真入门 5
2.1 Simulink 基本操作 5
2.1.1 运行Simulink 5
2.1.2 Simulink 模块库 6
2.1.3 Simulink 模块的操作 8
2.2 运行仿真及参数设置简介 12
2.2.1 运行仿真 12
2.2.2 仿真参数设置简介 12
2.3 创建模型的基本步骤及仿真算法简介 16
2.3.1 刨建模型的基本步骤 16
2.3.2 仿真算法简介 17
第3章 短路故障基础知识 19
3.1 输配电线路的电气参数 19
3.2 输
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
配电线路的阻抗模型 20
3.3.1 零序电流的定义 22
3.3.2 产生条件 23
第4章 小电流接地系统故障的分析 24
4.1 小电流接地方式简介 24
4.1.1中性点不接地 24
4.1.2消弧线圈接地 24
4.2 配电网线路故障类型及仿真分析 24
4.3 单相接地故障分析 26
4.4两相短路故障分析 31
4.5 两相接地短路故障分析 31
第5 章 总结 34
参考文献 35
致谢 37
外文文献 38
第1 章 绪论
1.1 问题的提出背景及研究意义
输电网和配电网统称为电网，它们是电力系统的重要组成部分，而配电网则直接和用户相联系，直接为用户提供所需求的电能的系统，它是电力体系当中的根基[1]。改革开放以来，人民生活水平也日益提高，大家对配电网供电的质量以及供电的可靠性的要求也愈来愈高。在社会生产以及日常生活中，都不允许长时间的停电，因为一旦停电，就可能面临很多问题，小到影响生活质量，大到危害社会安全，这就要求配电网能够一直执行在可靠、安全以及经济优化的运行状态中。当前我们国家正处于加快产业结构调整的过程中，电力建设的投资重点也已经由发电厂转向电网，这必然会加快我们建设国家安全、经济、高效的城乡配电网的进程。
1.1.1 问题提出
在国外，人们在很早的时候就对配电网改造较为重视。近些年来，因为我国城市电网改造工程的不断深入，必然影响到了大大小小的供电网的方方面面，其中10kV等级城市配电线路的供电方式则相应地发生了很大变化。10kV配电线路供电方式的改变，起到了“牵一发而动全身”的效果，这样不仅仅大大提高了配电线路的绝缘水平，与此同时，也有效地降低了配电线路的跳闸的概率。但是在选择新供电方式的城市10kV配电网在运行过程中，也会经常发生各种故障，特别是雨雪以及大风等比较恶劣天气条件下。各种接地故障不仅严重影响了配电网的安全运行，同时也对人们的日常省会带来诸多不便甚至较大损失。
1.1.2 研究的意义
Matlab电力系统故障仿真的有效性
研究发现表明，网架结构、电力设备、控制策略和线路是影响配电网系统的运行水平的几个重要的元素。
为了了解电网在各相短路故障情况下短路电流以及产生的零序电流的变化以及大小，在实际10kV电网中进行模拟是几乎不可能的，通过运用Matlab电力系统仿真模块SimPowerSystems建立10kV的配电网并且模拟在传输线路中的不同相对地短路的情况进行讨论，不仅能够节省大量的人力物力，而且还能快速地得到与理论计算在一定误差范围内的短路接地电流和零序电流，这也恰恰说明了Matlab在电力系统故障仿真这一方面的有效性。
2）单相接地故障的危害及处理办法
在短路故障中，单相接地故障居多，并且很有可能演变成为其他几种接地故障。其可能产生的危害如下[14]：
1.对变电设备的危害
10kV的配电线路在发生单相接地故障之后，将会产生零序电流，这将被电压互感器将会检测到，励磁电流增加，如果长时间运行，则会烧毁电压互感器也有可能损坏其他线路绝缘[15]。在实际运行过程中，会对输配电设备造成比较严重的破坏从而导致大面积的停电事故。单相接地故障发生以后，如果没有能够被发现并且人员未能及时地解决问题，发生谐振，将会呈现几倍于平常电压的的谐振过电压，危及变电装备的安全状况，更危险的状态则会使得变电设备击穿，出现更大更具风险的事故[14]。
2.对配电设备的危害
发生单相接地故障之后，、发生电弧接地的可能性非常高，随之出现、的过电压，其将会进一步击穿路线上的绝缘装备，进而导致愈发严重的短路事故，烧毁局部线路，击穿线路上的熔断器、避雷器等，引起严重的火灾事故[14]，后果不堪设想。
3.对区域电网以及人员的危害
如果发生了导线落地这一种情况，进而导致了单相的接地故障，如果接地配电线路没有停止运行，特别是在夜间，对于行人,很有可能造成发生人身触电伤亡的危险。
对于配电线路单相接地这样的故障，为了在一定程度上避免或者减少其发生，我们可以采取以下几种措施：
(1)安排人员在配电线路周围按时进行巡逻，观察导线与易燃物体或者人群距离，电线杆的周围是否有易燃物品，输电线路是否安全无损。
(2)定期对输配电线路上的各种自保设备进行绝缘性测试，如果发现问题则应该及时进行更换。定期维修或者更换不合格的电变压器。
(3)在城市配电线路上加装分支断路器或熔断器，有利于快速查找出发生故障的方位进而及时解决问题。
(4)应用新技术新设备，在变电所的出线出口处配置各类信号源，以及故障指示器，在发生各类事故的时候来指示故障的区段。一旦配电线路发生单相接地的故障，我们可以根据指示器的提示来快速高效地确定故障的范围，进而较快地查到发生故障的方位[14]。现在这一检测系统已经得到了广泛的应用，它能够快速帮助工作人员快速查找到故障点，节约了时间，提高了供电的可靠性。
目录
摘 要 I
ABSTRACT II
第1 章 绪论 1
1.1 问题的提出背景及研究意义 1
1.1.1 问题提出 1
1.1.2 研究的意义 1
1.2 配电网中性点不同接地方式及发展概况 3
1.2.1 国内外现状 3
1.2.2 配电网中性点接地方式的应用趋势 3
1.3 本文的主要内容 4
第2 章 Simulink 仿真入门 5
2.1 Simulink 基本操作 5
2.1.1 运行Simulink 5
2.1.2 Simulink 模块库 6
2.1.3 Simulink 模块的操作 8
2.2 运行仿真及参数设置简介 12
2.2.1 运行仿真 12
2.2.2 仿真参数设置简介 12
2.3 创建模型的基本步骤及仿真算法简介 16
2.3.1 刨建模型的基本步骤 16
2.3.2 仿真算法简介 17
第3章 短路故障基础知识 19
3.1 输配电线路的电气参数 19
3.2 输
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
配电线路的阻抗模型 20
3.3.1 零序电流的定义 22
3.3.2 产生条件 23
第4章 小电流接地系统故障的分析 24
4.1 小电流接地方式简介 24
4.1.1中性点不接地 24
4.1.2消弧线圈接地 24
4.2 配电网线路故障类型及仿真分析 24
4.3 单相接地故障分析 26
4.4两相短路故障分析 31
4.5 两相接地短路故障分析 31
第5 章 总结 34
参考文献 35
致谢 37
外文文献 38
第1 章 绪论
1.1 问题的提出背景及研究意义
输电网和配电网统称为电网，它们是电力系统的重要组成部分，而配电网则直接和用户相联系，直接为用户提供所需求的电能的系统，它是电力体系当中的根基[1]。改革开放以来，人民生活水平也日益提高，大家对配电网供电的质量以及供电的可靠性的要求也愈来愈高。在社会生产以及日常生活中，都不允许长时间的停电，因为一旦停电，就可能面临很多问题，小到影响生活质量，大到危害社会安全，这就要求配电网能够一直执行在可靠、安全以及经济优化的运行状态中。当前我们国家正处于加快产业结构调整的过程中，电力建设的投资重点也已经由发电厂转向电网，这必然会加快我们建设国家安全、经济、高效的城乡配电网的进程。
1.1.1 问题提出
在国外，人们在很早的时候就对配电网改造较为重视。近些年来，因为我国城市电网改造工程的不断深入，必然影响到了大大小小的供电网的方方面面，其中10kV等级城市配电线路的供电方式则相应地发生了很大变化。10kV配电线路供电方式的改变，起到了“牵一发而动全身”的效果，这样不仅仅大大提高了配电线路的绝缘水平，与此同时，也有效地降低了配电线路的跳闸的概率。但是在选择新供电方式的城市10kV配电网在运行过程中，也会经常发生各种故障，特别是雨雪以及大风等比较恶劣天气条件下。各种接地故障不仅严重影响了配电网的安全运行，同时也对人们的日常省会带来诸多不便甚至较大损失。
1.1.2 研究的意义
Matlab电力系统故障仿真的有效性
研究发现表明，网架结构、电力设备、控制策略和线路是影响配电网系统的运行水平的几个重要的元素。
为了了解电网在各相短路故障情况下短路电流以及产生的零序电流的变化以及大小，在实际10kV电网中进行模拟是几乎不可能的，通过运用Matlab电力系统仿真模块SimPowerSystems建立10kV的配电网并且模拟在传输线路中的不同相对地短路的情况进行讨论，不仅能够节省大量的人力物力，而且还能快速地得到与理论计算在一定误差范围内的短路接地电流和零序电流，这也恰恰说明了Matlab在电力系统故障仿真这一方面的有效性。
2）单相接地故障的危害及处理办法
在短路故障中，单相接地故障居多，并且很有可能演变成为其他几种接地故障。其可能产生的危害如下[14]：
1.对变电设备的危害
10kV的配电线路在发生单相接地故障之后，将会产生零序电流，这将被电压互感器将会检测到，励磁电流增加，如果长时间运行，则会烧毁电压互感器也有可能损坏其他线路绝缘[15]。在实际运行过程中，会对输配电设备造成比较严重的破坏从而导致大面积的停电事故。单相接地故障发生以后，如果没有能够被发现并且人员未能及时地解决问题，发生谐振，将会呈现几倍于平常电压的的谐振过电压，危及变电装备的安全状况，更危险的状态则会使得变电设备击穿，出现更大更具风险的事故[14]。
2.对配电设备的危害
发生单相接地故障之后，、发生电弧接地的可能性非常高，随之出现、的过电压，其将会进一步击穿路线上的绝缘装备，进而导致愈发严重的短路事故，烧毁局部线路，击穿线路上的熔断器、避雷器等，引起严重的火灾事故[14]，后果不堪设想。
3.对区域电网以及人员的危害
如果发生了导线落地这一种情况，进而导致了单相的接地故障，如果接地配电线路没有停止运行，特别是在夜间，对于行人,很有可能造成发生人身触电伤亡的危险。
对于配电线路单相接地这样的故障，为了在一定程度上避免或者减少其发生，我们可以采取以下几种措施：
(1)安排人员在配电线路周围按时进行巡逻，观察导线与易燃物体或者人群距离，电线杆的周围是否有易燃物品，输电线路是否安全无损。
(2)定期对输配电线路上的各种自保设备进行绝缘性测试，如果发现问题则应该及时进行更换。定期维修或者更换不合格的电变压器。
(3)在城市配电线路上加装分支断路器或熔断器，有利于快速查找出发生故障的方位进而及时解决问题。
(4)应用新技术新设备，在变电所的出线出口处配置各类信号源，以及故障指示器，在发生各类事故的时候来指示故障的区段。一旦配电线路发生单相接地的故障，我们可以根据指示器的提示来快速高效地确定故障的范围，进而较快地查到发生故障的方位[14]。现在这一检测系统已经得到了广泛的应用，它能够快速帮助工作人员快速查找到故障点，节约了时间，提高了供电的可靠性。
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