中性点经消弧线圈及其并电阻接地系统的MATLAB仿真

徐佳文 赵鹏玮 贺猛 赵杨 李忠政 朱琪

【摘  要】本文通过MATLAB/Simulink对中性点经消弧线圈和经消弧线圈并电阻接地系统的仿真，得出并电阻接地系统对线路的保护及对故障线路的选线、切除都有非常明显的优势。

【关键词】中性点;消弧线圈;Simulink仿真;故障选线

1.中性点经消弧线圈接地系统

1.1 中性点经消弧线圈接地系统原理

一般来说，输电线路对地都有产生容性电流的虚拟电容，当电网正常运行时，由于对称，电流和为零。当发生单相接地时，故障线路容性电流的平衡被打破，此时电感 线圈产生的感性电流与故障电流相互抵消，对电弧的熄灭有利。

1.2 消弧线圈接地的工作状态

故障电流与电感电流呈反方向变化。此时，脱谐度v也就越小：

由于：

当与相等，电网全补偿;当小于时，电网过补偿;当大于时，电网欠补偿。

消弧线圈在实际应用中由电网运行状态决定，但大都运行在过补偿状态。

1.3 对经消弧线圈接地系统的单相接地故障进行仿真

各模块参数设置如图1：电源采用输出电压为10.5KV，频率为50Hz的“Three-phase source”模型，内部为YN方式连接。10KV输电线路四条，Line1--Line4，用“Three-phase PI Section Line”模型，线路长分别为130KM、175KM、1KM、150KM，其他参数不变。线路负荷Load1、Load2、Load3采用“Three-phase Series RLC Load”模块，其有功负荷分别为1MW、0.2MW、2MW，其它参数相同。三相电压电流检测模块“Three-phase V-I Measurement”设在三条线路的始端，Simulink信号就由电压电流信号转化来，类似于电压电流互感器。在模型中故障发生在第三条出线的1KM处。

2.中性点经消弧线圈并电阻接地系统

消弧线圈并电阻接地系统原理：

故障发生时，消弧线圈先投入使用并且产生的感性电流与故障电流相互抵消。一段时间后，如果依然存在零序电流，那么接入并联电阻，利用电阻产生的有功零序电流能够做到快速选线，并作用于继电保护装置。将图1中电阻并接到消弧线圈两端，即得到并电阻接地系统的仿真接线图，各模块参数不变。电阻设置为30欧姆。

3.两种接地系统仿真结果的比较

3.1 故障电流的仿真比较

图2是故障线路零序电流的波形，a图是经消弧线圈接地零序故障电流波形，b图为消弧线圈并电阻接地零序故障电流波形。

由图2中的（a）和（b）可知，在消弧线圈两端并联电阻会使线路的故障零序电流明显增大。

3.2 故障电流理论计算值的比较

在中性点经消弧线圈接地的系统中，根据参数设置可以计算出系统在发生故障时各线路始端的零序电流有效值：

在无发电机时，对正常线路Ⅰ、Ⅱ：

同理：

对故障线路Ⅲ：

接地点电流：

其中，表示线路本身的零序容性电流，其值为：

流过消弧线圈的零序电流值：

所以：

对于并电阻接地系统：

其中，为电感和电阻并联之和。

并联阻抗：

补偿电流为：

所以：。

由计算可知，在消弧线圈两端并联电阻后故障线路中的零序电流有所增加，并且增加的部分是有功零序电流。

4.总结

根据前文理论计算和仿真分析可知，消弧线圈并电阻接地系统更有利于对线路的保护，根据有功分量的分布，可以快速找到发生故障线路，将其切除，达到保护人员人身安全和电气设备地目的。

参考文献

[1]苏继峰.配电网中性点接地方式研究[J].电力系统保护与控制，2013，41（8）.

[2]于群，曹娜.MATLAB/Simulink电 系统建模与仿真[M].北京：机械工业出版社，2011.

[3]沈家新.消弧线圈及小电阻一体化接地方式在变电站的运用研究[J].能源电力，2014（1）.

作者简介：徐佳文（1987—），男，山东临沂人，山东科技大学电气与自动化工程学院研究生在读。