中性點經(jīng)消弧線圈及其并電阻接地系統(tǒng)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(jīng)消弧線圈和經(jīng)消弧線圈并電阻接地系統(tǒng)的仿真，得出并電阻接地系統(tǒng)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(yōu)勢。

【關(guān)鍵詞】中性點;消弧線圈;Simulink仿真;故障選線

1.中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)

1.1 中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)原理

一般來說，輸電線路對地都有產(chǎn)生容性電流的虛擬電容，當(dāng)電網(wǎng)正常運行時，由于對稱，電流和為零。當(dāng)發(fā)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(chǎn)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(tài)

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(dāng)與相等，電網(wǎng)全補償;當(dāng)小于時，電網(wǎng)過補償;當(dāng)大于時，電網(wǎng)欠補償。

消弧線圈在實際應(yīng)用中由電網(wǎng)運行狀態(tài)決定，但大都運行在過補償狀態(tài)。

1.3 對經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的單相接地故障進行仿真

各模塊參數(shù)設(shè)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(nèi)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(shù)不變。線路負(fù)荷Load1、Load2、Load3采用“Three-phase Series RLC Load”模塊，其有功負(fù)荷分別為1MW、0.2MW、2MW，其它參數(shù)相同。三相電壓電流檢測模塊“Three-phase V-I Measurement”設(shè)在三條線路的始端，Simulink信號就由電壓電流信號轉(zhuǎn)化來，類似于電壓電流互感器。在模型中故障發(fā)生在第三條出線的1KM處。

2.中性點經(jīng)消弧線圈并電阻接地系統(tǒng)

消弧線圈并電阻接地系統(tǒng)原理：

故障發(fā)生時，消弧線圈先投入使用并且產(chǎn)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(lián)電阻，利用電阻產(chǎn)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(tǒng)的仿真接線圖，各模塊參數(shù)不變。電阻設(shè)置為30歐姆。

3.兩種接地系統(tǒng)仿真結(jié)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(jīng)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(lián)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(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中，根據(jù)參數(shù)設(shè)置可以計算出系統(tǒng)在發(fā)生故障時各線路始端的零序電流有效值：

在無發(fā)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(tǒng)：

其中，為電感和電阻并聯(lián)之和。

并聯(lián)阻抗：

補償電流為：

所以：。

由計算可知，在消弧線圈兩端并聯(lián)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(jié)

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

參考文獻

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