群体比幅比相选线方法研究

刘洋洋

摘要：本文运用中性点不接地系统的基本原理，对发生单相接地故障后的故障特征进行分析，在MATLAB/Simulink仿真系统中搭建了中性点不接地系统的仿真模型，对基于群体比幅比相法的故障选线效果进行仿真验证。

关键词：中性点不接地；单相接地故障；MATLAB/Simulin仿真；群体比幅比相法

引言

小电流接地系统中中性点不接地系统较为常见，且其发生单相接地故障几率占总故障的80%以上。当其发生单相接地时，故障相对地电压下降为零，非故障相对地电压将会升高至线电压，长时间运行会破坏系统的绝缘，对接入系统中的线路、配电、变电设备等造成损害。另外，中性点没有电荷的释放回路，会引起电弧接地过电压，容易扩大为相间短路。所以，应当尽可能在短时间内找出短路线路，以便采取相应对策解除故障，恢复系统正常运行。故障电流微弱、故障电弧不稳定原因，也造成了中性点不接地系统的单相接地故障检测比较困难。由此可见选线在电力系统中的重要性。

1中性点不接地系统单相接地故障特征

中性点不接地系统发生单相接地后零序分量分布具有如下特点[1-5]：

在发生单相接地时，相当于在故障点产生了一个其值与故障前相电压大小相等、方向相反的零序电压，从而全系统都出现零序电压。

在非故障元件中流过的零序电流，其数值等于元件本身的对地电容电流；电容性无功功率的实际方向为母线流向线路。

在故障元件中流过的零序电流，其数值为全系统非故障元件对地电容电流之和；电容性无功功率的实际方向为线路流向母线。

对于群体比幅比相选线法，它先从所有出线选取零序电流幅值最大的三条线路，再对这三条线路进行相位比较，若其中一条线路与其他两条不同，则此条为故障线路；如果所有出线的零序电流在相位上没有多大的差别，则可以判断为母线的故障。

2仿真模型的建立

本文以一个具有四条出线的简单系统为算例，研究的是配电网的群体比幅比相选线方法，因此相对输电网在线路长度上还是相对比较短的，模型中四条线路的长度分别为12km、14km、16km、9km；线路单相接地故障发生在第四条线路处，如图1所示：

图1中性点不接地系统示意图

中性点不接地系统电源经过降压变压器与母线相连，降压变压器使用中性点接地方式或者经消弧线圈接地方式，线路在负载侧经过降压变压器与用户相连，仿真模型中有电源、变压器、线路、负载、故障等基本元件模块，通过改变这些元件模块的参数来得到不同的仿真结果，该系统在MATLAB/Simulink下搭建的仿真模型如图2所示：

图2基于MATLAB/Simulink的中性点不接地系统仿真图

3仿真验证

线路L4总长度为9km，在距离母线7km处，t=0.02s时发生单相接地故障，接地电阻R=30欧，仿真波形如图3所示：

由仿真波形可知，线路L4在距离母线7km处，t=0.02s时发生单相接地故障后，全系统出现零序电压和零序电流，线路L4的零序电流幅值最大，且其零

（a）线路L1的零序电流（b）线路L2的零序电流

（c）线路L3的零序电流（d）线路L4的零序电流

（e）系统的零序电压（f）非故障线路零序电流之和与故障线路零序电流

图3仿真波形图

序电流幅值等于其他线路零序电流之和，相位与其他线路相反；故由群体比幅比相法选出故障线路为L4。

4结论

本设计以MATLAB为仿真平台，由于MATLAB强大的建模和绘图等功能够很好的反应出中性点不接地电网在发生单相接地故障时零序电流、零序电压及故障点各相电压幅值的变化。MATLAB的绘图功能使我们可以很直观的看出系统发生故障后，零序电压、零序电流幅值和相位的变化，以及故障线路零序电流和非故障零序电流在幅值和相位上的不同，从而验证了群体比幅比相选线法的有效性。由于MATLAB在许多方面都比较理想，不能够很好的反应实际中存在的问题，由于实际的电网存在各种各样的问题，比较复杂。因此我们应该大力发展电力系统的选线，不论是在方法上，还是在设备上，都应该有所提高。

参考文献：

[1]何仰赞，温增银.电力系统分析（第三版）[M].华中科技大学出版社，2002.

[2]吴天明，赵新力，刘建存.MATLAB电力系统设计与分析（第三版）[M].国防工业出版社，2010.

[3]付周兴，王清亮，董张卓.电力系统自动化[M].中国电力出版社，2006.

[4]刘卫国.MATLAB程序设计教程[M].北京：中国水利水电出版社，2005.

[5]战祥新.基于Matlab的小电流接地系统自动选线仿真研究[D].青岛：青岛大学，2006.

作者简介：

刘洋洋（1992~）女，陕西渭南人，助理工程师，2014年毕业于西安科技大学，主要从事矿井电气设计工作。通讯地址：710075，陕西省西安市高新三路财富中心D座2616室。