中性點不接地系統(tǒng)單相經(jīng)過渡電阻接地故障特性分析

郎 泳 胡希同 趙 鑫 劉曉隆

1.山東理工大學 電氣與電子工程學院 山東 淄博 255049；

2.哈爾濱工程大學 黑龍江 哈爾濱 150001

0 引言

我國配電網(wǎng)多采用中性點非有效接地系統(tǒng)運行方式。在各種配電線路故障中，單相接地故障的發(fā)生概率最高，占總故障數(shù)的70%左右[1]。而單純的金屬性完全接地故障是很少的，更多的是經(jīng)過渡電阻接地的接地故障，過渡電阻是指當發(fā)生接地時，接地電流從導線流入大地的通路中所遇到的電阻，包括弧光電阻、桿塔電阻、接地裝置電阻等，這種接地故障稱為不完全接地故障?，F(xiàn)實中我們發(fā)現(xiàn)，發(fā)生單相經(jīng)過渡電阻接地故障時，故障相的電壓并不一定是最低的，僅僅根據(jù)各相電壓的高低來選相是不可靠的[2]。本文分析了在中性點不接地系統(tǒng)中，過渡電阻對各相電壓的影響，得出發(fā)生單相經(jīng)過渡電阻接地故障時，故障相的電壓并不一定是最低的，并用MATLAB仿真予以證明。

2 故障原理分析

在中性點非有效接地系統(tǒng)中，當發(fā)生經(jīng)過渡電阻接地的單相接地故障時，故障相經(jīng)過渡電阻Rg接地[3]。 如圖1所示，可得邊界條件（1）：

圖1 A相經(jīng)過渡電阻 接地

用對稱分量法分解可得（2）：

由（2）式可得：

假設(shè)：

即故障后正、負、零序是相互串聯(lián)的，只不過各序分量都多了一個過渡電阻Rg。在中性點不接地系統(tǒng)中，中性點處懸空，畫其序網(wǎng)圖如圖2。

圖2 A相發(fā)生單相接地故障后的序網(wǎng)圖

中性點非有效接地系統(tǒng)分為中性點不接地和經(jīng)消弧線圈接地兩種情況。當為第一種情況時，圖2中的中性點處懸空，第二種情況時中性點處接入消弧線圈。本文只討論中性點不接地時的情況。

A相經(jīng)過渡電阻Rg接地后，對A相電壓有：

其中Z∑為系統(tǒng)各序總阻抗之和。在中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，由序網(wǎng)圖可知，Z∑呈容性。

整理（7）式可得：

圖3 H隨Rg的變化曲線

可見，在Z∑呈容性時，H隨著Rg的增大而沿上半圓由原點移向1，即隨著Rg的增大而沿上半圓由原點移向｜。

因為Z2遠遠小于C2對應(yīng)的容抗，≈0；因為則

即故障后，各相電壓為本相故障起始時刻電壓和零序電壓之和[4]。

圖4 故障后各相電壓隨Rg的變化曲線

解方程組（10）得α=30°。若知道Z∑，則可計算出Rg，但可惜Z∑是未知數(shù)，無法求取Rg。

2 MATLAB仿真驗證

下面建立簡單的MATLAB仿真模型如圖5，線路分布參數(shù)為：正序阻抗R1=0.17Ω/km，正序電感L1=1.2 mH/km，正序?qū)Φ仉娙軨1=9.7nF/km，零序阻抗R0=0.23Ω/km，零序電感L0=5.48mH/km，零序?qū)Φ仉娙軨0=6nF/km，電源電壓100V，頻率50Hz，仿真時間0.1s，仿真步長1e-5s。

圖5 MATLAB仿真模型

當過渡電阻Rg=500Ω時，各相電壓波形如下圖6。各相電壓大小為：C＞B＞A，故障相A相電壓最小。

圖6 過渡電阻Rg=500Ω時，各相電壓波形

當過渡電阻Rg=5000Ω時，各相電壓波形如下圖7。 各相電壓大小為：C＞A＞B，故障相A相電壓不是最小的。

圖7 過渡電阻Rg=5000Ω時，各相電壓波形

可見，在中性點不接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相經(jīng)過渡電阻接地故障時，故障相的電壓并不一定是最低的，最低的也有可能是B相，但電壓最高相的下一項一定是故障相。

3 結(jié)論

本文分析了在中性點不接地系統(tǒng)中，過渡電阻對各相電壓的影響，得出發(fā)生單相經(jīng)過渡電阻接地故障時，故障相的電壓并不一定是最低的，這一點經(jīng)MATLAB仿真得到證明。

[1] 田瑞敏，韓晉鋒，王國俊.小電流系統(tǒng)單相接地故障分析[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2005，15（22）：174-175.

[2] 李如琪，黃歡，張振興.小接地電流系統(tǒng)單相不完全接地故障分析[J].廣西大學學報，2007，32（4）.

[3] 賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護原理[M].北京：中國電力出版社，2004：78-81.

[4] 曾祥君.配電網(wǎng)接地故障負序電流分布及接地選線原理的研究[J].中國電機工程學報，2001，10（6）.