中性点经消弧线圈接地电网接地故障 的建模与仿真

辽宁工程技术大学

电力系统继电保护 综合训练三

设 计 题 目 中性点经消弧线圈接地电网接地故障

的建模与仿真

指 导 教 师 刘健辰 院（系、部） 电气与控制工程学院

专 业 班 级 电网13—1班 学 号 ********** 姓 名 苏小平

日 期 2017/01/05

智能电网系综合训练标准评分模板

综合设计成绩评定表 学期 专业 课程名称 设计题目 2016/2017第1学期 电力系统继电保护 中性点经消弧线圈接地电网接地故障的建模与仿真 评定 不合格 不能完成设计 迟交 评定 姓名 班级 成绩 合格 评分项目 设1.工作能力 完成设计 计表2.上交设计时间 按时 现 设计思路清晰，结构方案良好，设计3.设计内容 参数选择正确，条设理清楚，内容完整，计结果正确 说明4.设计书写、字规范、整洁、有条书 体、排版 理，排版很好 设计思路不清晰，结构方案不合理，关键设计参数选择有错 误，调理清楚，内容不完整，有明显错误 不规范、不整洁、无条理，排版有问题很 大 5.封面、目录、完整 不完整 参考文献 6.绘图效果 满足要求 很差 图7.布局 合理 布局混乱 纸 8.绘图工程标准 符合标准 不符合标准 答回答基本正确或正9.回答问题 回答不正确 辩 确 总评定 评定说明： （1）不合格标准 1）设计说明书不合格否决制，即3、4两项达不到要求，不予合格； 2）9项评分标准中，有6项达不到要求，不予合格。 （2）合格标准 除设计说明书的3、4、5项必须满足要求外，其余6项，至少有4项满足要求，给予合格。 （3）请在评定栏里打“√”评定，若全部满足要求，不必分项评定，只需在总评定中打“√”即可，最后给出最终成绩，并签字。 最终成绩： 评定教师签字： 电力系统继电保护析综合训练三 任务书

本次综合训练目的在于通过对中性点经消弧线圈接地电网接地故障的建模与仿真，巩固和运用所学到的中性点经消弧线圈接地电网接地故障时故障特征理论知识，掌握Matlab仿真软件的使用方法，培养学生分析问题和解决问题的能力。

10.5kV/110kV中性点经消弧线圈接地系统结构图如下：

Line1Line2Load1Load2Load3~LLine3kLoad4

系统基本参数如下，线路3长度和短路点位置见后面的班级数据表。

电源：输出电压10.5kV，内电阻0.0656，内电感6.8810H 线路1: 长度130km, 线路2: 175 km, 单位长度参数：

正序电阻0.0127/km 零序电阻0.386/km 正序电感0.93410H/km 零序电感4.12610H/km 正序电容12.7410F/km 零序电容7.7510F/km 负荷1：额定电压10000V，功率1MW。 负荷2：额定电压10000V，功率0.2MW。 负荷3：额定电压10000V，功率2MW。 负荷4：额定电压10000V，功率0.01MW。 采用过补偿方式，过补偿度为10%。

99334设计要求：利用Matlab/Simulink建立仿真模型，完成仿真计算，分析仿真结果。 设计说明书内容：

1、 2、 3、 4、 5、 6、

任务书

中性点经消弧线圈接地电网接地故障时故障特征 计算确定消弧线圈电感

利用Matlab/Simulink建立仿真模型 设置故障，完成仿真计算 分析仿真结果

电网13-1班数据 序号 姓名 线路3长度（km） 短路点k距离母线（km） 1 50 5 2 60 5 3 70 5 4 80 5 5 90 5 6 100 5 7 110 5 8 120 5 陈靓 单夕冉 苏小平 张萌

说明：1） 1~7组每组3人；第8组4人。

2）将自己姓名填入表中

目 录

一、 综合训练目的 ......................................................................................................................... 1 二、 中性点经消弧线圈接地电网接地故障时故障特征 ............................................................. 1 三、计算确定消弧电感 ................................................................................................................... 1 四、仿真........................................................................................................................................... 2

（1）、仿真模型 ..................................................................................................................... 2 （2）、设置故障，完成仿真计算 ......................................................................................... 3 参考文献........................................................................................................................................... 5

一、综合训练目的

本次综合训练的目的在于通过对中性点经消弧线圈接地电网接地故障的故障特征了解，巩固和运用所学到的中性点经消弧线圈接地电网接地故障时故障特征理论知识，并且通过建模和仿真掌握MATLAB仿真软件的使用方法，培养学生分析问题和解决问题的能力。

二、中性点经消弧线圈接地电网接地故障时故障特征

（1）在经消弧线圈接地电网中发生单相接地故障时，故障相对地电压为零，非故障相对地电压为电网的线电压，电网出现零序电压，大小为电网正常时的相电压，但电网三相仍然是三相对称的。 （2）系统内产生零序电压、电流。

（3）故障发生后，三相电流几乎没有变化。

（4）采用了过补偿方式，使得经消弧线圈接地电网故障点残余电流较小。 三、计算确定消弧电感

过补偿度P与IC、IL的关系：

IC3UC0

PILICIC

消弧线圈的电流计算公式：

ILEAjL

1

其中：

IC310.51031007.751109(120175130)32.6AIL32.63.2635.86A求得：

L10.510000.96H 35.86100

四、仿真

（1）、仿真模型

Discrete,Ts = 5e-005 s.powerguiScope2Load4ABAddANBCABCVabcIabcabcAC Load1ABCLine1ABCABC Load2RLThree-Phase SourceABCLine2ABCABC Load3ABCABCLine3ABCABCABCBACThree-Phase Fault3Multimeter

2

图1 仿真模型

（2）、设置故障，完成仿真计算

21.510.50-0.5-1-1.5-25004003002001000-100-200-300-400-50000.020.040.060.080.10.124x 10

图2 未经消弧线圈接地故障三相电压电流

针对此中性点经消弧线圈接地系统而言，当系统未发生单相接地短路时，系统母线A所测得的线路电压、电流如图2，从图中可看出，在系统未经消弧线圈接地单相短路时故障相相电压变为0，非故障相电压变为线电压，故障消除后三相电压仍对称。故障发生前后，三相电流几乎不变。

1.510.50-0.5-1-1.5-23002001000-100-200-30000.050.10.150.20.2x 10

图3 加入消弧线圈接地故障三相电压电流

从图3加入消弧线圈发生A相接地故障时的电压、电流中可以看出，电流在故障前后几乎不变，故障相即A相电压，在故障切除后逐渐恢复为原来相电压，三相电压对称。

3

Ib: RL10.50-0.5-10x 1010-100.020.040.06Ib: Three-Phase Fault/Fault A40200-20-4000.020.040.060.080.10.120.080.10.120.020.040.06Ub: Three-Phase Fault/Fault A0.080.10.12

图4 未经消弧线圈接地电流、电压

从图4可知，在t0.02s故障发生，未经消弧线圈接地的故障点电流幅值大致为40A，故障点电压为0V，在t0.08s时故障切除，故障点接地电流为逐渐减为0A。

Ib: RL500-5000.050.10.150.20.250.30.35Ub: Three-Phase Fault/Fault A50000-500000.050.10.150.20.250.30.35Ib: Three-Phase Fault/Fault A500-5000.050.10.150.20.250.30.35图5 经消弧线圈接地电流电压

从图5可知，在t0.02s故障发生，经消弧线圈接地的故障点电流幅值下降，在t0.08s故障消除后电流逐渐减为0；电感电流从无到有，故障切除后逐渐变为0；故障点电压为0V。在t0.08s时故障切除后，故障点接地电流为逐渐减为0，电压逐渐恢复为原A相相电压。

4

00

图6 系统零序电流

00

图7 系统零序电压

从图6和7中可知，系统在t0.02s时产生零序电压、电流，故障切除后，二者逐渐减为0。 五、结果分析

通过对比分析以上仿真结果可得：

在系统加入消弧线圈以后，在接地点就会有一个电感分量的电流通过，此电感电流和原系统中的电容电流相抵消，可以减少流经故障点的电流，更利于熄灭电弧。

在系统加入消弧线圈，切除故障后，系统能够恢复为原三相对称电压，使得用电设备能够正常运行。

经消弧线圈接地的电路，消除短路后恢复故障更为温和稳定，在维持电网的安全和正常运行方面具有优势。

参考文献

[1] 张保会，尹项根.电力系统继电保护-2版.北京：中国电力出版社，2009.12 [2] 孟祥萍，高嬿.电力系统分析-2版.北京:高等教育出版社，2010.12 [3] 黄家裕，孙德昌.电力系统数字仿真[M].北京：中国电力出版社，2003.

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[4] 李光琦.电力系统暂态分析[M].2版.北京：中国电力出版社，2003.

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