基于MATLAB电力系统中性点不接地时单相接地的仿真研究

满丽 吕赟 张建猛 庞亚亚 孔凡超

【摘要】小电流接地方式在我国电网系统中被广泛采用，中性点的接线方式选择至关重要，选择正确的接线方式，利于电网的可靠安全运行。本文利用MATLAB/simulink软件搭建了中性点不接地小电流系统，仿真实验中，对三相对地电压的变化进行了分析，并分别计算了各相零序电流的大小，以及接地点电流大小，并对其结果进行分析。

【关键词】小电流接地系统;三相电压;零序电流;接地点的电流;MATLAB

1.仿真原理（见图1）

参数设置：电源模块：输出电压10.5kv，采用Y连接。

本次仿真输电线路模块：四条线路线长均为100km，=50Hz， 。

中将线路加长到100km，可以使仿真的故障特征更加明显，不影响结果的正确性。

三相电压电流测量模块：将系统中的电压电流信号变为Simulink信号，类似于电压电流互感器的作用。

当系统不发生故障时，系统中是没有零序电流的，零序电流只有在不对称故障时才会产生。故障前，中性点处没有电压。其中三相对地电容是相等的，在各相电压作用下，各相的电容电流相等并超前于相应的电压90°，系统中不存在零序电流和接地电流。如图1所示，当一相发生接地故障时，中性点中产生电压，使得其电位发生偏移，导致其他两相的对地电压升高。此时，故障相由于接地，相对地电压变为零，非故障相的电压上升到故障前的线电压。系统中有了零序电流，零序电流的大小等于其自身对地电容电流大小。全系统非故障元件上零序电流之和就等于故障元件零序电流，故障元件零序电流数值相对要大一些，而且故障线路和非故障线路的零序电流是相反的。

非故障线路Ⅰ、Ⅱ所反应的零序电流有效值分别为：

（Ⅰ）

（Ⅱ）

故障线路III 的零序电流有效值：

接地点电流的有效值为（故障线路III始端的零序电流加线路本身零序电容电流）：

2.仿真分析（见图2）

从图2中可见，系统在发生单相接地后，故障相变成电位为零的直线，非故障相相对地电压升高，其值为故障前的线电压。但是从图2可以看到，系统三相线电压仍然保持对称，所以系统仍然可以可靠工作，使系统正常运行。非故障线路零序电流的最大值为6.32A，故障线路零序电流的最大值为12.64A。要注意的是图中显示波形的最大值，计算得到的是有效值，要进行转换。

对仿真结果验证计算，非故障线路I、II始端的零序电流有效值分别为：

故障线路III始端零序电流有效值：

接地点电流有效值：

3.总结

仿真和计算结果虽然存在误差，但误差小于3%，说明仿真达到了预计的效果。经上述仿真和计算知，小电流中性点不接地系统接线方式相对其他接线方式较为简单，运行方便，线路造价低，经济性强。本次仿真接线方式的接地点电流为13.29A，数值较大，线路上易产生电弧，造成两相或者三相短路，十分危险。但是线电压仍然保持对称，可以继续对负荷供电小于2小时，工作人员可以在有限时间内排除故障，以免产生更大的危害，提高了对供电的可靠性。

参考文献

[1]于群，曹娜.Matlab /Sinmulink电力系统建模与仿真[M].北京：机械工业出版社，2011（5）.

[2]熊信银，张步涵.电气工程基础[M].武汉：华中科技大学出版社，2009.

[3]贺家礼，宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社，1994.

[4]张树文，李文毅等.小电流接地系统单相接地保护原理和技术综述[J].电力情报，1994.

作者简介：满丽（1989—），女，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。