MATLAB对小电流接地系统单相故障的仿真
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
小电流接地系统单相故障是多年来 一直未能很好解决的一个难题。 零序电流 的出现会增加电流在传输过程中的损耗 和系统的不稳定性。 充分利用故障信息， 综合多种方法是解决这一问题的有效途 径。 MATLAB 是对电力系统设计、仿真和 分析的好工具，对于电力系统中的小电流 接地系统单相故障所需要的数据都可以 用波形形象地表示出来。 根据上文分析， 发生小 电 流 单 相 接 地 故 障 时 ，利 用 MAT－ LAB 仿 真 首 先 可 以 通 过 图 2 中 a、b、c 或 图 3 中 a、b、c 来 确 定 是 哪 一 出 线 发 生 故 障（幅值最大的出线发生故障）；然后再通 过图 2 中 d 或图 3 中 d 确定哪一相发生 故障（电流幅值最大或电压为 0 的是故障 相）； 方便了运行人员清楚直观地分析故 障的特点，确定故障来源，从而尽快采取 措施，解决问题。
一、项目背景
1. 供 电 部 门 电 费 收 缴 方 式 电费收缴工作一直是电力营销的重 要工作。 当前供电部门采用的主要缴费方 式有 4 种。 一是用电户到供电营业厅缴纳 电费。 随着城市规模的扩大、用电户的不 断增加，营业厅总体数量少，覆盖人群有 限成为制约电费收缴服务的瓶颈。 二是用 电户到银行营业厅缴纳电费。 供电部门通 过与银行开展合作， 实现银电联网模式， 用电户通过到银行营业厅缴纳电费。 但 是，由于银行柜台有限，又首先需要满足 自身业务， 电力用户缴费时间相对集中， 加大了银行柜台压力，造成用户长时间排 队。 三是银行代扣缴纳电费。 一些用户，特 别是离退休的用户或经济收入不高的用 户， 对银行自动划扣等方式存在顾虑，认
向人民法院起诉。 由此可见，当面临专利侵权纠纷时，企 提供高效服务。
业可选择的应对办法很多。企业要利用专利权保护自己，
（作者单位：中铁四局集团有限公司）
就必须学习、了解和熟悉专利制度。
责任编辑：潘勇
38 2009年第 7 期
科园
200km，L3=100km。 线 路 参 数 为 ： 正 序 电 阻 =0.01273Ω/km, 正 序 感 抗 =0.9337mH/ km， 正 序 容 抗 =0.01274μF/km； 负 序 电 阻 = 0.3864Ω/km， 负 序 感 抗=4.1264mH/km，负 序容抗=0.007751μF/km。 接地电容=1μF。
事人在第三人（管理专利行政部门、人民调解委员会、律 通知书和专利证书等。 同时，对工程（项目）设计文件、竣
师等双方信任的机关或者个人）的协助下调解；三是请求 工资料、竣工图、验收证书，以及专业期刊、出版物等，都
管理专利行政部门处理；四是向仲裁机构申请仲裁；五是 要注意收集、整理、归档，以便查找利用，为企业生产经营
Yuanyuan，Li Zewen.Grounding Fault Pro－ tection with Fault Resistance Measuring for Ineffectively Earthed Power Systems.Trans－ mission and Distribution Conference and Exhibition，2005. [4] Xiangjun Zeng，Li，K.K.， Chan，W.L.， Hongjiang Ma.Zero Sequence Parameters Measurement for Ineffectively Earthed Pow－ er Systems.Transmission and Distribution Conference and Exhibition，2005. [5] 郑 鹏 鹏.小 电 流 接 地 选 线 的 工 程 实 践 与 技 术探讨[J] .电力自动化设备，2003，23(6).
参考文献： [1] 贺 家 李 ，宋 从 矩.电 力 系 统 继 电 保 护 原 理.
中 国 电 力 出 版 社 ，2003. [2] 吴 天 明 ，谢 小 竹 ，彭 彬.MATLAB电 力 系 统
设 计 与 分 析 .国 防 工 业 出 版 社 ，2004. [3] Ma Hongjiang，Zeng Xiangjun，Wang
路短路故障发生器闭合时有初始输入量 和初始状态量，因而 B 相 C 相的电压波形 下移。 在 0.05s～0.25s 线路发生故障时，把
图 放 大 到 某 一 点 时 ，会 发 现 U = 姨 B0.05～0.25 3 U 。 B0～0.05
图 3 中 b、c 是线路Ⅱ、 Ⅲ的零序电压 的波形，比较图 3 中 a 可以看出，线路Ⅱ、 Ⅲ的零序电压幅值比线路Ⅰ的零序电压
a.线 路 Ⅰ的 零 序 电 流
b.线 路 Ⅱ的 零 序 电 流
c.线 路 Ⅲ的 零 序 电 流
d.母线 A 相 B 相 C 相的电流
图 2 系统电流图
a.线 路 Ⅰ的 零 序 电 压
b.线 路 Ⅱ的 零 序 电 压
c.线 路 Ⅲ的 零 序 电 压
d.母线 A 相 B 相 C 相的电压
图 3 系统电压图
企业在申请专利并得到授权后， 要及时做好专利档
种形式，开展技术创新、信息安全、商业秘密、成果申报、 案资料的收集、整理、归档和保管工作。 项目完成单位要
专利申报、科技论文撰写等方面的系统培训。
在取得专利证书后一个月内将申请文件报送主管业务部
6.应对侵权纠纷
门，移交档案室归档。 需归档的申请文件分两类：一类是
（作者单位：合肥市妇幼保健院，安徽 省化工设计院）
责任编辑：李丹丹
电力移动缴费
解决方案
杨新初 刘红松 杨 驰
电力是国民经济的一个重要支柱产 业,随着电力事业的高速发展、电力市场化 改革的深入、优质服务理念的提出以及优 质服务的开展，供电部门在电力营销方面 取得了巨大的成绩。 当前，电力优质服务 已经成为电力部门追求的目标，电费收取 过程的优质服务也成为电力优质服务中 的主要环节和窗口。 长期以来，电费回收 难一直是困扰供电企业的瓶颈问题，而解 决电费回收难的关键在于解决用户缴费 难的问题。 本文以宿州农电电费回收为 例，提出了电力移动缴费系统方案。
企业不仅要学会应用法律武器来保护自己的知识产 技术文件，包括请求书、权利要求书、说明书、说明书附
权，而且也要学会如何处理专利侵权纠纷。当事人可以通 图、说明书摘要和摘要附图等；另一类是程序文件，包括
过以下途径进行解决：一是双方当事人协商；二是双方当 受理通知书、补正书、审查意见通知书、授权通知书、交费
的过渡电阻的阻值来模拟接地电阻；通过 调 节 3-phase Fault 的 选 项 来 仿 真 不 同 的 相的接地；同时还可以通过调整线路模型 参数来模拟不同的距离、阻抗等接地。
2. 仿 真 参 数 三 相 电 源 电 压 是 10kv，频 率 是 60Hz。 取 每 条 线 路 长 度 不 等 ，L1 =300km，L2 =
三、仿真及其分析
对于小电流系统单相接地，最重要就 是得到零序电流和零序电压的数据，而对 于 MATLAB 来说 ，就是得到零序电流和零 序电压的波形，对波形进行分析，从而得 到哪相发生故障。 首先应该知道零序电流 3I0＝IA+IB+IC，零序电压 3U0＝UA+UB+UC。
1.零 序 电 流 图 2 中 a 是故障线路Ⅰ的零序电流的 波 形 ，可 以 清 楚 看 到 0s～0.05s 线 路 是 完 好 的，因此零序电流为 0，0.05s～0.25s 线路发 生 故 障 ，线 路 出 现 零 序 电 流 ，0.25s～0.3s 故 障解除，零序电流趋于 0。 图 2 中 d 是母线 A 相 B 相 C 相的电流波形，幅值大的是 A 相 ，0s～0.05s 线 路 是 完 好 的 ， 波 形 正 常 ； 0.05s ～0.25s 线 路 发 生 故 障 ， 波 形 突 变 ； 0.25s～0.3s 故 障 解 除 ， 波 形 恢 复 正 常 。 在 0.05s～0.25s 线 路 发 生 故 障 时 ，把 某 一 时 间 点沿 y 轴放大，会发现 A 相电流的大小是 其它两相电流之和， 但是方向相反，即 IA＝－(IB+IC)，由 图 2 中 d 可 以 清 楚 看 到 此 关 系。 图 2 中 b、c 是线路Ⅱ、 Ⅲ的零序电流 的波形，比较图 2 中 a 可以看出，线路Ⅱ、 Ⅲ的零序电流幅值比线路Ⅰ的零序电流 幅值小，线路Ⅱ、Ⅲ的 A 相的电流在故障 期间趋于 0。 总结以上分析， 可得出如下结论：在 发生单相接地时，全系统都出现了非常明 显的零序电流； 比较零序电流的幅值，幅 值最大的即是故障线路；如果系统中某一 相发生故障，如 A 相，那么系统中各元件 A 相对地的电容电流趋于 0； 在非故障的 元件上有零序电流，其数值等于本身的对 地电容电流，电容性无功功率的实际方向 为由母线流向线路； 在故障的线路上，零 序电流为全系统非故障元件对地电容电 流的总和，电容性无功功率的实际方向为 由线路流向母线。 2.零 序 电 压 图 3 中 a 是故障线路Ⅰ的零序电压的
关键词：小电流接地 仿真 零序电流 零序电压
一、引言
我国配电网接方式通常采用中性点 非 有 效 接 地 （NUGS）， 它 包 括 中 性 点 不 接 地 系 统 （NUS），经 消 弧 线 圈 接 地 系 统(NES) 和 经 电 阻 接 地 系 统 （NRS），因 为 这 样 的 接 线方式在发生单相接地故障时接地电流 比较小，所以称其为小电流接地系统。 由 于故障点电流很小，而且三相之间的线电 压仍然保持对称， 对负荷的供电没有影 响，因此，在一般情况下都允许再继续运 行 1～2 小 时 ， 而 不 必 立 即 跳 闸 ， 这 也 是 采 用中性点非有效接地运行的主要优点。 但 是，为了防止故障扩大，就应及时发出信 号，以便运行人员采取措施予以消除。
二、 中性点不接地系统单相接 地故障
a. 示 意 图
b. 仿 真 图
图 1 中性点不接地系统单相故障
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
的管理能力。 针对企业领导层 、管理层、技术研发层、操作
7.专利档案保管
层等不同层次的人员，以培训班、研讨会、专题讲座等多
Βιβλιοθήκη Baidu
可度不高。 四是用电户通过抄表工代收电 费。 该模式不仅工作量大，同时农村用电 户的利益也不能得到很好的保障。 但是由 于没有其他更好的模式，该方式在广大农 村仍然普遍使用。
1. 故 障 的 示 意 图 和 仿 真 图 在采取措施前，必须弄清到底哪一相 发生了故障， 图 1 中 a 是简单的中性点不 接地系统单相故障的示意图，设 A 相接地 短路。 图 1 中 b 是 MATLAB 仿真模块，设 0.05s 故障发生，0.25s 故障排除，总 的 模 拟 时 间 是 0s～0.3s。 通 过 调 节 3-phase Fault
2009年第 7 期 39
科园
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
幅值小。 总结以上分析， 可得出如下结论：发
生单相接地时，全系统出现了非常明显的 零序电压；比较零序电压的幅值，幅值最 大的即是故障线路。
四、结束语
波 形 ，可 以 清 楚 看 到 0s～0.05s 线 路 是 完 好 的，因此零序电压为 0；0.05s～0.25s 线路发 生 故 障 ，线 路 出 现 零 序 电 压 ；0.25s～0.3s 故 障解除，零序电压趋于 0。 图 3 中 d 是母线 A 相 B 相 C 相 的 电 压 波 形 ，0s～0.05s 线 路 是 完 好 的 ， 波 形 正 常 ，0.05s～0.25s 线 路 发 生故障，波形突变，可以发现 A 相的电压 为 0。 0.25s～0.3s 故障解除，但由于三相电
科园
MATLAB对小电流接地系统单相故障的仿真
尹 润 张庆生
摘 要：在小电流接地系统中发生单相接地时，虽然故障点电流很小对负荷的供电没有太多影响，但是其他两相的 接地电压升高了，为了防止故障进一步扩大成两点或多点接地短路，应 及 时 采 取 措 施 予 以 消 除 。 MATLAB 是对系统进行仿真，通过零序电流和零序电压的波形对系统进行分析，从而推断出哪相发生故障。
一、项目背景
1. 供 电 部 门 电 费 收 缴 方 式 电费收缴工作一直是电力营销的重 要工作。 当前供电部门采用的主要缴费方 式有 4 种。 一是用电户到供电营业厅缴纳 电费。 随着城市规模的扩大、用电户的不 断增加，营业厅总体数量少，覆盖人群有 限成为制约电费收缴服务的瓶颈。 二是用 电户到银行营业厅缴纳电费。 供电部门通 过与银行开展合作， 实现银电联网模式， 用电户通过到银行营业厅缴纳电费。 但 是，由于银行柜台有限，又首先需要满足 自身业务， 电力用户缴费时间相对集中， 加大了银行柜台压力，造成用户长时间排 队。 三是银行代扣缴纳电费。 一些用户，特 别是离退休的用户或经济收入不高的用 户， 对银行自动划扣等方式存在顾虑，认
向人民法院起诉。 由此可见，当面临专利侵权纠纷时，企 提供高效服务。
业可选择的应对办法很多。企业要利用专利权保护自己，
（作者单位：中铁四局集团有限公司）
就必须学习、了解和熟悉专利制度。
责任编辑：潘勇
38 2009年第 7 期
科园
200km，L3=100km。 线 路 参 数 为 ： 正 序 电 阻 =0.01273Ω/km, 正 序 感 抗 =0.9337mH/ km， 正 序 容 抗 =0.01274μF/km； 负 序 电 阻 = 0.3864Ω/km， 负 序 感 抗=4.1264mH/km，负 序容抗=0.007751μF/km。 接地电容=1μF。
事人在第三人（管理专利行政部门、人民调解委员会、律 通知书和专利证书等。 同时，对工程（项目）设计文件、竣
师等双方信任的机关或者个人）的协助下调解；三是请求 工资料、竣工图、验收证书，以及专业期刊、出版物等，都
管理专利行政部门处理；四是向仲裁机构申请仲裁；五是 要注意收集、整理、归档，以便查找利用，为企业生产经营
Yuanyuan，Li Zewen.Grounding Fault Pro－ tection with Fault Resistance Measuring for Ineffectively Earthed Power Systems.Trans－ mission and Distribution Conference and Exhibition，2005. [4] Xiangjun Zeng，Li，K.K.， Chan，W.L.， Hongjiang Ma.Zero Sequence Parameters Measurement for Ineffectively Earthed Pow－ er Systems.Transmission and Distribution Conference and Exhibition，2005. [5] 郑 鹏 鹏.小 电 流 接 地 选 线 的 工 程 实 践 与 技 术探讨[J] .电力自动化设备，2003，23(6).
参考文献： [1] 贺 家 李 ，宋 从 矩.电 力 系 统 继 电 保 护 原 理.
中 国 电 力 出 版 社 ，2003. [2] 吴 天 明 ，谢 小 竹 ，彭 彬.MATLAB电 力 系 统
设 计 与 分 析 .国 防 工 业 出 版 社 ，2004. [3] Ma Hongjiang，Zeng Xiangjun，Wang
路短路故障发生器闭合时有初始输入量 和初始状态量，因而 B 相 C 相的电压波形 下移。 在 0.05s～0.25s 线路发生故障时，把
图 放 大 到 某 一 点 时 ，会 发 现 U = 姨 B0.05～0.25 3 U 。 B0～0.05
图 3 中 b、c 是线路Ⅱ、 Ⅲ的零序电压 的波形，比较图 3 中 a 可以看出，线路Ⅱ、 Ⅲ的零序电压幅值比线路Ⅰ的零序电压
a.线 路 Ⅰ的 零 序 电 流
b.线 路 Ⅱ的 零 序 电 流
c.线 路 Ⅲ的 零 序 电 流
d.母线 A 相 B 相 C 相的电流
图 2 系统电流图
a.线 路 Ⅰ的 零 序 电 压
b.线 路 Ⅱ的 零 序 电 压
c.线 路 Ⅲ的 零 序 电 压
d.母线 A 相 B 相 C 相的电压
图 3 系统电压图
企业在申请专利并得到授权后， 要及时做好专利档
种形式，开展技术创新、信息安全、商业秘密、成果申报、 案资料的收集、整理、归档和保管工作。 项目完成单位要
专利申报、科技论文撰写等方面的系统培训。
在取得专利证书后一个月内将申请文件报送主管业务部
6.应对侵权纠纷
门，移交档案室归档。 需归档的申请文件分两类：一类是
（作者单位：合肥市妇幼保健院，安徽 省化工设计院）
责任编辑：李丹丹
电力移动缴费
解决方案
杨新初 刘红松 杨 驰
电力是国民经济的一个重要支柱产 业,随着电力事业的高速发展、电力市场化 改革的深入、优质服务理念的提出以及优 质服务的开展，供电部门在电力营销方面 取得了巨大的成绩。 当前，电力优质服务 已经成为电力部门追求的目标，电费收取 过程的优质服务也成为电力优质服务中 的主要环节和窗口。 长期以来，电费回收 难一直是困扰供电企业的瓶颈问题，而解 决电费回收难的关键在于解决用户缴费 难的问题。 本文以宿州农电电费回收为 例，提出了电力移动缴费系统方案。
企业不仅要学会应用法律武器来保护自己的知识产 技术文件，包括请求书、权利要求书、说明书、说明书附
权，而且也要学会如何处理专利侵权纠纷。当事人可以通 图、说明书摘要和摘要附图等；另一类是程序文件，包括
过以下途径进行解决：一是双方当事人协商；二是双方当 受理通知书、补正书、审查意见通知书、授权通知书、交费
的过渡电阻的阻值来模拟接地电阻；通过 调 节 3-phase Fault 的 选 项 来 仿 真 不 同 的 相的接地；同时还可以通过调整线路模型 参数来模拟不同的距离、阻抗等接地。
2. 仿 真 参 数 三 相 电 源 电 压 是 10kv，频 率 是 60Hz。 取 每 条 线 路 长 度 不 等 ，L1 =300km，L2 =
三、仿真及其分析
对于小电流系统单相接地，最重要就 是得到零序电流和零序电压的数据，而对 于 MATLAB 来说 ，就是得到零序电流和零 序电压的波形，对波形进行分析，从而得 到哪相发生故障。 首先应该知道零序电流 3I0＝IA+IB+IC，零序电压 3U0＝UA+UB+UC。
1.零 序 电 流 图 2 中 a 是故障线路Ⅰ的零序电流的 波 形 ，可 以 清 楚 看 到 0s～0.05s 线 路 是 完 好 的，因此零序电流为 0，0.05s～0.25s 线路发 生 故 障 ，线 路 出 现 零 序 电 流 ，0.25s～0.3s 故 障解除，零序电流趋于 0。 图 2 中 d 是母线 A 相 B 相 C 相的电流波形，幅值大的是 A 相 ，0s～0.05s 线 路 是 完 好 的 ， 波 形 正 常 ； 0.05s ～0.25s 线 路 发 生 故 障 ， 波 形 突 变 ； 0.25s～0.3s 故 障 解 除 ， 波 形 恢 复 正 常 。 在 0.05s～0.25s 线 路 发 生 故 障 时 ，把 某 一 时 间 点沿 y 轴放大，会发现 A 相电流的大小是 其它两相电流之和， 但是方向相反，即 IA＝－(IB+IC)，由 图 2 中 d 可 以 清 楚 看 到 此 关 系。 图 2 中 b、c 是线路Ⅱ、 Ⅲ的零序电流 的波形，比较图 2 中 a 可以看出，线路Ⅱ、 Ⅲ的零序电流幅值比线路Ⅰ的零序电流 幅值小，线路Ⅱ、Ⅲ的 A 相的电流在故障 期间趋于 0。 总结以上分析， 可得出如下结论：在 发生单相接地时，全系统都出现了非常明 显的零序电流； 比较零序电流的幅值，幅 值最大的即是故障线路；如果系统中某一 相发生故障，如 A 相，那么系统中各元件 A 相对地的电容电流趋于 0； 在非故障的 元件上有零序电流，其数值等于本身的对 地电容电流，电容性无功功率的实际方向 为由母线流向线路； 在故障的线路上，零 序电流为全系统非故障元件对地电容电 流的总和，电容性无功功率的实际方向为 由线路流向母线。 2.零 序 电 压 图 3 中 a 是故障线路Ⅰ的零序电压的
关键词：小电流接地 仿真 零序电流 零序电压
一、引言
我国配电网接方式通常采用中性点 非 有 效 接 地 （NUGS）， 它 包 括 中 性 点 不 接 地 系 统 （NUS），经 消 弧 线 圈 接 地 系 统(NES) 和 经 电 阻 接 地 系 统 （NRS），因 为 这 样 的 接 线方式在发生单相接地故障时接地电流 比较小，所以称其为小电流接地系统。 由 于故障点电流很小，而且三相之间的线电 压仍然保持对称， 对负荷的供电没有影 响，因此，在一般情况下都允许再继续运 行 1～2 小 时 ， 而 不 必 立 即 跳 闸 ， 这 也 是 采 用中性点非有效接地运行的主要优点。 但 是，为了防止故障扩大，就应及时发出信 号，以便运行人员采取措施予以消除。
二、 中性点不接地系统单相接 地故障
a. 示 意 图
b. 仿 真 图
图 1 中性点不接地系统单相故障
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
的管理能力。 针对企业领导层 、管理层、技术研发层、操作
7.专利档案保管
层等不同层次的人员，以培训班、研讨会、专题讲座等多
Βιβλιοθήκη Baidu
可度不高。 四是用电户通过抄表工代收电 费。 该模式不仅工作量大，同时农村用电 户的利益也不能得到很好的保障。 但是由 于没有其他更好的模式，该方式在广大农 村仍然普遍使用。
1. 故 障 的 示 意 图 和 仿 真 图 在采取措施前，必须弄清到底哪一相 发生了故障， 图 1 中 a 是简单的中性点不 接地系统单相故障的示意图，设 A 相接地 短路。 图 1 中 b 是 MATLAB 仿真模块，设 0.05s 故障发生，0.25s 故障排除，总 的 模 拟 时 间 是 0s～0.3s。 通 过 调 节 3-phase Fault
2009年第 7 期 39
科园
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
幅值小。 总结以上分析， 可得出如下结论：发
生单相接地时，全系统出现了非常明显的 零序电压；比较零序电压的幅值，幅值最 大的即是故障线路。
四、结束语
波 形 ，可 以 清 楚 看 到 0s～0.05s 线 路 是 完 好 的，因此零序电压为 0；0.05s～0.25s 线路发 生 故 障 ，线 路 出 现 零 序 电 压 ；0.25s～0.3s 故 障解除，零序电压趋于 0。 图 3 中 d 是母线 A 相 B 相 C 相 的 电 压 波 形 ，0s～0.05s 线 路 是 完 好 的 ， 波 形 正 常 ，0.05s～0.25s 线 路 发 生故障，波形突变，可以发现 A 相的电压 为 0。 0.25s～0.3s 故障解除，但由于三相电
科园
MATLAB对小电流接地系统单相故障的仿真
尹 润 张庆生
摘 要：在小电流接地系统中发生单相接地时，虽然故障点电流很小对负荷的供电没有太多影响，但是其他两相的 接地电压升高了，为了防止故障进一步扩大成两点或多点接地短路，应 及 时 采 取 措 施 予 以 消 除 。 MATLAB 是对系统进行仿真，通过零序电流和零序电压的波形对系统进行分析，从而推断出哪相发生故障。