中性點經消弧線圈及其并電阻接地系統的MATLAB仿真

徐佳文 趙鵬瑋 賀猛 趙楊 李忠政 朱琪

【摘 ?要】本文通過MATLAB/Simulink對中性點經消弧線圈和經消弧線圈并電阻接地系統的仿真，得出并電阻接地系統對線路的保護及對故障線路的選線、切除都有非常明顯的優勢。

【關鍵詞】中性點;消弧線圈;Simulink仿真;故障選線

1.中性點經消弧線圈接地系統

1.1 中性點經消弧線圈接地系統原理

一般來說，輸電線路對地都有產生容性電流的虛擬電容，當電網正常運行時，由于對稱，電流和為零。當發生單相接地時，故障線路容性電流的平衡被打破，此時電感 線圈產生的感性電流與故障電流相互抵消，對電弧的熄滅有利。

1.2 消弧線圈接地的工作狀態

故障電流與電感電流呈反方向變化。此時，脫諧度v也就越小：

由于：

當與相等，電網全補償;當小于時，電網過補償;當大于時，電網欠補償。

消弧線圈在實際應用中由電網運行狀態決定，但大都運行在過補償狀態。

1.3 對經消弧線圈接地系統的單相接地故障進行仿真

各模塊參數設置如圖1：電源采用輸出電壓為10.5KV，頻率為50Hz的“Three-phase source”模型，內部為YN方式連接。10KV輸電線路四條，Line1--Line4，用“Three-phase PI Section Line”模型，線路長分別為130KM、175KM、1KM、150KM，其他參數不變。線路負荷Load1、Load2、Load3采用“Three-phase Series RLC Load”模塊，其有功負荷分別為1MW、0.2MW、2MW，其它參數相同。三相電壓電流檢測模塊“Three-phase V-I Measurement”設在三條線路的始端，Simulink信號就由電壓電流信號轉化來，類似于電壓電流互感器。在模型中故障發生在第三條出線的1KM處。

2.中性點經消弧線圈并電阻接地系統

消弧線圈并電阻接地系統原理：

故障發生時，消弧線圈先投入使用并且產生的感性電流與故障電流相互抵消。一段時間后，如果依然存在零序電流，那么接入并聯電阻，利用電阻產生的有功零序電流能夠做到快速選線，并作用于繼電保護裝置。將圖1中電阻并接到消弧線圈兩端，即得到并電阻接地系統的仿真接線圖，各模塊參數不變。電阻設置為30歐姆。

3.兩種接地系統仿真結果的比較

3.1 故障電流的仿真比較

圖2是故障線路零序電流的波形，a圖是經消弧線圈接地零序故障電流波形，b圖為消弧線圈并電阻接地零序故障電流波形。

由圖2中的（a）和（b）可知，在消弧線圈兩端并聯電阻會使線路的故障零序電流明顯增大。

3.2 故障電流理論計算值的比較

在中性點經消弧線圈接地的系統中，根據參數設置可以計算出系統在發生故障時各線路始端的零序電流有效值：

在無發電機時，對正常線路Ⅰ、Ⅱ：

同理：

對故障線路Ⅲ：

接地點電流：

其中，表示線路本身的零序容性電流，其值為：

流過消弧線圈的零序電流值：

所以：

對于并電阻接地系統：

其中，為電感和電阻并聯之和。

并聯阻抗：

補償電流為：

所以：。

由計算可知，在消弧線圈兩端并聯電阻后故障線路中的零序電流有所增加，并且增加的部分是有功零序電流。

4.總結

根據前文理論計算和仿真分析可知，消弧線圈并電阻接地系統更有利于對線路的保護，根據有功分量的分布，可以快速找到發生故障線路，將其切除，達到保護人員人身安全和電氣設備地目的。

參考文獻

[1]蘇繼峰.配電網中性點接地方式研究[J].電力系統保護與控制，2013，41（8）.

[2]于群，曹娜.MATLAB/Simulink電 系統建模與仿真[M].北京：機械工業出版社，2011.

[3]沈家新.消弧線圈及小電阻一體化接地方式在變電站的運用研究[J].能源電力，2014（1）.

作者簡介：徐佳文（1987—），男，山東臨沂人，山東科技大學電氣與自動化工程學院研究生在讀。