小电流接地系统单相接地故障的仿真
基于Matlab的小电流接地系统单相故障仿真分析
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2024年小电流接地系统单相接地故障检测技术（2篇）
2024年小电流接地系统单相接地故障检测技术1引言电力系统的接地处理方式主要有直接接地，电抗接地，低阻接地，高阻接地，谐振接地(又称消弧线圈接地)和不接地。
前三种称为大电流接地系统，后三种称为小电流接地系统。
我国3～66kV电力系统大多数采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式，即为小电流接地系统，该系统最大的优点是发生单相接地故障时，并不破坏系统电压的对称性，且故障电流值较小，不影响对用户的连续供电，系统可运行1～2h。
但长期运行，由于非故障的两相对地电压升高1.732倍，可能引起绝缘的薄弱环节被击穿，发展成为相间短路，使事故扩大，影响用户的正常用电。
同时，弧光接地还会引起全系统过电压，进而损坏设备，破坏系统安全运行。
因此，当发生单相接地故障时，必须及时找到故障线路予以切除。
2目前的检测方法及存在的问题(1)绝缘监察装置利用接于公用母线的三相五柱式电压互感器，其一次线圈均接成星形，附加二次线圈接成开口三角形。
接成星形的二次线圈供给绝缘监察用的电压表、保护及测量仪表。
接成开口三角形的二次线圈供给绝缘监察继电器。
系统正常时，三相电压正常，三相电压之和为零，开口三角形的二次线圈电压为零，绝缘监察继电器不动作。
当发生单相接地故障时，开口三角形的二次端出现零序电压，电压继电器动作，发出系统接地故障的预告信号。
这是以前常规变电所使用最多、应用最广泛的绝缘监察装置，其优点是投资小，接线简单、操作及维护方便。
其缺点是只发出系统接地的无选择预告信号，不能准确判断发生接地的故障线路，运行人员需要通过推拉分割电网的试验方法才能进一步判定故障线路，影响了非故障线路的连续供电，不能满足日益发展的城乡经济对供电可靠性的要求。
基于上述原因，我国从50年代末就开始研制小电流接地自动选线装置，提出了多种选线方法，并开发出了相应的各种装置。
(2)各种选线原理分析：①稳态分量法。
稳态分量法又分为零序电流比幅法，零序电流相对相位法，以及群体比幅比相法。
小电流接地系统发生单相接地故障的处理
小电流接地系统发生单相接地故障的处理第1条单相接地故障的现象1.1 警铃响，“母线接地”告警；1.2 绝缘检查电压表三相电压指示不平衡，接地相电压降低或为零，其它两相电压升高或为线电压，此时为稳定接地；1.3 若绝缘监察电压表指针不停的摆动，则视为弧光间歇性接地故障。
第2条单相接地故障的分析判断小电流接地系统发生单相接地故障时，将会导致三相电压不平衡。
完全接地时，故障相电压为零，其它两相电压升高至线电压；不完全接地时，故障相电压下降, 其它两相电压升高。
当出现接地告警时，应认真检查三相电压情况以做出正确判断，严禁将以下情况误判断为接地故障，具体有：2.1 TV一次、二次保险熔断器或TV二次回路断线引起得三相电压指示不平衡。
2.2 空投母线时造成的电压不平衡误发接地告警。
第3条电网中允许带接地故障的运行时间3.1 电网经消弧线圈接地时，其允许带接地时间运行的时间为取决于制造厂家的技术规定；3.2 6－35kV配电网一点接地，允许其运行时间不超过2小时。
第4条单相接地故障的处理当发生单相接地故障时，应首先详细检查站内设备无异常，确认本站设备无异常，可向调度申请进行拉路检查，查找时两人进行，一人监视电压，一人进行拉路。
具体处理过程如下：1、记录接地时间，判明是否真接地及接地相别；2、将接地情况（接地时间、性质、相别、仪表指示、电压情况等）向值班调度员汇报。
3、当两段母线并列运行时，先断开母线分段开关，判明接地母线；4、检查站内设备无接地异常；5、按调度令进行拉路检查，拉路前制定好拉路顺序。
一般拉路顺序为；（1）先架空线路后电缆线路，空载线路后负载线路，先长线路后短线路；（2）先一般用户，后重要用户；（3）先无保安电用户，后有保安电用户；6、当拉完所有出线后接地故障仍查不到接地线路，则有可能是接地点在母线上或两条以上线路同名相接地。
（1）如接地点在母线上时，根据调度命令，将接地母线撤出运行，排除故障后恢复对外供电；（2）如接地为不同线路同相接地，可根据调度令先将母线停电，然后用试送电的方法判别接地线路。
小电流接地系统单相接地故障分析与仿真
小电流接地系统单相接地故障分析与仿真兰州石化公司许志军摘要：本文结合石化厂内部电网中性点接地方式的优化改造，对中性点不接地系统和经消弧线圈接地系统的单相接地故障进行了综述，并利用MATLAB软件对两种系统下的单相接地故障进行了仿真，得到了与理论分析相一致的结论，使的单相接地故障的分析更为直观。
关键词：小电流接地系统单相接地故障数值仿真消弧线圈接地中性点电力系统常用的接地方式有两种，即中性点有效接地系统和非有效接地系统，也称为大电流接地系统和小电流接地系统。
对于小电流接地系统，当发生单相接地故障时，只是非故障相对地电压升高√3倍，而线电压维持不变，故不影响三相设备的正常运行，当单相接地电容电流不大时，其所引起的热效应能为电网的各个元件的绝缘所承受，故规程允许电网带接地故障运行1～2小时。
但当接地电流较大时，产生的电弧不易熄灭，易损坏设备绝缘，造成相间短路，或发生间歇性弧光接地，造成弧光接地过电压，持续时间较长时，将对网络中的设备绝缘寿命产生不良影响。
兰州石化公司的6kV系统全部为小电流接地系统，建初因为电力系统较小，中性点全采用了不接地方式，其优点是单相接地电流小，系统带故障能继续运行，但随着公司生产规模的不断扩大，各电力网络也随着变大，单相接地电流增加，发生单相接地时极易引起弧光短路，造成整个电网电压波动，致使各套装置经常停车，设备损坏。
鉴于此，石化厂组织对本厂电力系统中性点运行方式进行了优化改造。
这里结合石化厂改造情况并利用MA TLAB 软件的电力系统仿真工具箱，对6kV电力系统中性点不接地和经消弧线圈接地两种方式作一简析。
1 中性点不接地系统运行方式及分析1.1中性点不接地系统原理中性点不接地系统属小电流接地系统，图1.1为最简单的中性点不接地系统正常运行时图1.1 中性点不接地系统原理图a：接线简图 b：电流电压相量图电容电流的分布，三相对地集中电容相当于一个对称的星形负荷，其中性点电位与电源中性点电位相等，对地电位为零，故各相对地电压分别为各相的相电压，三相电容中的电流是对称的电容电流I CA，I CB，I CC,分别超前相应的相电压90°,三相对地电容电流之和为零，各相对地电容电流值为I=jU XωC0如图1.2a示，当A相直接接地故障时，A相对地电容被短接，相当于容抗为无穷大，A相对地电容电流为零，A相对地电压也为零，而其它两相对地电压则升高√3倍，其相量关系如图1.2b所示，A相接地后，各相间电压仍然是对称的，各相电压为图1.2 中性点不接地系统单相接地示意图a：接线简图b：电流电压相量图U AD=0U BD=E B-E A=E A exp(-j150°)U CD=E C-E A=E A exp(j150°)非故障相中流向故障点的对地电容电流I CB'=jU BDωC0I CC'=jU CDωC0故障点电流I d=I CB'+I CC'其有效值I d=3U XωC0，为正常运行时相对地电容电流的3倍，相位超前故障点电压U d0 90°，即I d=j3U d0ωC0如图1.3所示，假设系统中有ｍ条线路，每条各相对地电容分别为C１,C２,…,Cｍ,第ｉ条线路发生A相经电阻R接地，其接地电流为整个系统非故障相电容电流之和，故障线路零序电流为非故障线路电容电流之和减去故障线路电容电流。
小电流接地系统单相接地故障检测技术范文
小电流接地系统单相接地故障检测技术范文小电流接地系统是一种常用的电气设备接地保护系统，它可以有效地检测电气设备接地故障，并及时采取措施排除故障，保障电气设备的安全运行。
本文将介绍小电流接地系统单相接地故障检测技术。
一、小电流接地系统的作用和原理小电流接地系统是通过对电气设备的接地电流进行检测，来判断电气设备是否存在接地故障。
当电气设备发生接地故障时，接地电流会流向地面，这时通过在设备接地电路上安装小电流接地系统，可以实时地监测设备接地电流的变化，当接地电流超过设定的阈值时，系统将发出警报信号，提醒工作人员存在接地故障。
小电流接地系统的原理是通过将电气设备的接地电流与系统上的参考电流进行比较，以确定设备是否存在接地故障。
系统上的参考电流可以通过在系统中加入一个标准电阻来实现，此时设备的接地电流会产生一个较小的电压降，通过检测这个电压降的大小，可以判断设备是否存在接地故障。
二、单相接地故障的检测技术单相接地故障是指电气设备中的一个相线发生接地故障，此时接地电流只在一个相线上流动。
单相接地故障的检测需要通过对接地电流进行监测和分析来实现。
1. 接地电流检测方法对于单相接地故障的检测，可以采用两种接地电流检测方法：直流接地电流检测和交流接地电流检测。
直流接地电流检测是通过在设备接地电路上安装一个直流电流传感器来实时监测接地电流的大小。
直流电流传感器具有灵敏度高、响应速度快、准确度好等优点，能够实时监测接地电流的变化，并与系统设定的阈值进行比较，从而判断设备是否存在接地故障。
交流接地电流检测是通过在设备接地电路上安装一个电流互感器来实时监测接地电流的大小。
电流互感器具有宽频带、线性度高、低损耗等特点，能够将接地电流转化为与其成正比的电流信号，并通过放大器等设备进行放大和处理，从而实现接地电流的检测。
2. 接地电流数据分析接地电流数据的分析是进行单相接地故障检测的关键步骤。
通过对接地电流进行数据分析，可以判断设备是否存在接地故障，并确定故障的类型和位置。
小电流接地系统发生单相接地故障的特征及选线原理
For personal use only in study and research; not for commercialuseFor personal use only in study and research; not for commercialuse小电流接地系统发生单相接地故障的特征及选线原理小电流接地系统是指中性点不接地、经消弧线圈接地或经高阻接地方式的电力系统，我国大部分66kV及以下电网都采用这种接地方式。
小电流接地系统发生单相接地故障后的故障特征表现在以下几个方面：（1）发生接地故障后，系统三个线电压UAB,UBC，UCA幅值和相位仍维持不变，即对称性不变，由于配电变压器通常为Y/Y0接线或者△/Y0接线，因此0.4 低压配电网上的用电设备能够正常运行。
（2）发生单相接地故障后，由于零序回路阻抗值很大，因此单相接地电流很小，往往小于负荷电流，更远小于相间（包括三相）短路故障，因此继电保护装置不会动作切除故障。
（3）系统三个相电压UA,UB、UC出现不对称运行状态。
如果发生单相金属性接地（接地电阻为零），则故障相的电压降到零，非故障相的电压升高到线电压。
此时电压互感器开口三角处测量出100V电压。
如果发生单相非金属性接地（接地电阻大于零），则故障相的电压降低但不为零，非故障相的电压升高，但达不到线电压。
电压互感器开口三角处电压在0~100V之间。
如果非故障相长时间过电压运行，将有可能导致第二点击穿，从而导致故障扩大。
因此我国规定，系统可以带故单相接地故障运行1~2H，超过这个时间必须停电。
（4）各条线路都会出现零序电流，如果某条线路越长、线路上电缆越多，则该线路的零序电流越大，故障线路的零序电流不一定最大。
因此灵虚电流保护定值很难确定。
针对以上故障特征，目前小电流接地选线装置应用原理分为五种，按照利用信号的稳态分量或者暂态分量进行故障选线，可分为稳态选线和暂态选线两大类。
注入信号法、残流增量法、中电阻法属于稳态选线，而暂态电量法、行波法属于暂态选线。
小电流接地系统单相接地故障的判断与处理
人 员来说十分重要。
１ 、 接地 故 障的 特征 １ ． １ 不完全接地特征
１ ． ２ 完全接地特征 ４ 处理 单 相接 地 故障 的要 求 如果 发生Ａ 相 完全接地 ， 则故障相 的电压 降到零 ， 非故障 相的电压 ４ ． １ 安 全方面要求 升高到线 电压 此时电压互感 器开口三角处出现Ｉ Ｏ Ｏ Ｖ 电压 ， 电压继 电器 ４ ． １ ． １ 寻 找和 处理 单相 接地故 障时 ， 应作好 安全措 施 ， 保证 人身安 动作 ， 发出接地信号。 全。 小 电流 接地 系统 发生单相接 地时， 凡是对 地有 电容的线路都 将有零 １ ． ３ 电压互感器 熔断特征 序 电流 流过 。 当设备发生接地 时， 室内不得接 近故障 点４ ｍ以内， 室外不 电压 互感 器高压侧 出现一相（ Ａ Ｓ Ｕ ） 断 线或熔断件 熔断 ， 此 时故障 相 得接近 故障点８ ｍ以内， 进入 上述范 围的 工作人 员必须穿绝缘 靴 ， 戴绝 缘 的指 示不为 零， 这是 由于此相电压表在二次 回路 中经互 感器线圈和其他 手套 ， 使用专用工具。
小电流接地系统中的单相接地仿真
实验三小电流接地系统中的单相接地仿真一、实验目的1.学习使用simulink进行小电流接地系统中发生单相接地的仿真方法2.了解小电流接地系统运行的主要特点二、实验原理系统发生单相接地故障后，产生零序电压。
通过故障线路与非故障线路的零序电流波形对比图分析可知，线路发生故障后均发生了暂态过程，暂态电容电流幅值比稳态电容电流幅值大，持续--一个半周期后进入稳态。
当故障系统进入稳态状态后，故障线路约为非故障线路零序电流幅值3倍，即近似全系统非故障线路零序电流之和。
无论暂态过程还是稳态过程，故障线路的相位始终与非故障线路相反。
综上所述此印证的模型的仿真结果的有效性。
三、仿真模型搭建小电流接地系统仿真模型的构建步骤如下:(1)启动MATLAB.(2)启动电力系统元件库。
通常有多种方法可以启动电力系统元件库，常用的方法有利用指令窗口(Command Window) 启动和利用开始( Start)导航区启动。
.(3)从电力系统元件库中，选择电力系统分析工具，复制后粘贴在电路图中。
(4)选择接地元件、节点等，进行合理放置。
(5)对该电路图进行接线，完成电路图的绘制。
注意在接线时，接线端点的提示，如果接线错误，提示颜色为红色。
(6)仿真参数设置。
需要设置的参数主要有:元件参数、仿真步长、仿真算法以及仿真误差等。
在仿真模型中电源采用三相电压源，输出电压为10. 5kV,内部接线方式为Y形连结。
其它参数设置如图3-12所示。
模型中有4条10kV输电线路Line1~Line4,均采用"Three-phase PI Section Line”模型;线路的长度分别为130km、175km、1km、150km; 他参数相同，Line1 参数设置如图3-13所示。
中性点不接地系统仿真模型图为：四、仿真过程及说明在仿真开始前，选择离散算法，仿真的结束时间取0. 2s,利用Powergui模块设置采样时间为0. 00001s.系统在0. 04s时发生A相金属性单相接地。
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设计题目：小电流接地系统单相故障matlab仿真
中文摘要：使用matlab和 simulink模拟小电流接地系统单相接地故障。
关键字：matlab， simulink，小电流系统，单相接地故障。
小电流接地系统单相故障
电网中性点接地系统的分类方法有很多种，其中最常用的是按照接地短路时接地电流的大小分为大电流接地系统和小电流接地系统。
电网中性点采用哪种接地方式主要取决于供电可靠性（是否允许带一相接地时继续运行）和限制过电压两个因素。
我国规定110kv以上电压等级的系统采用中性点直接接地方式，35kv及以下的配电系统采用小电流接地方式（中性点不接地或经消弧线圈接地）。
在小电流接地系统中发生单相接地时，由于故障点的电流很小，而且三相之间的线电压任然保持对称，对负荷的供电没有影响，因此，在一般情况下都允许系统在继续运行1~2小时，而不必立即跳闸，这也是采用小电流接地系统运行的主要优点。
但是在单相接地以后，其他两相的对地电压要升高根号三倍，为了防止故障进一步扩大成两点或多点接地短路，就应及时发出信号，以便运行人员采取措施予以消除。
小电流接地系统单相故障特点简介
对于如图1-1所示的中性点不接地系统，单相接地故障发生后，由于中性点N不接地，所以没有形成短路电流通路，故障相都将流过正常
负荷电流，线电压任然保持对称，因此可以短时不
予以切除。
这段时间可以用于查明故障原因并排除
故障，或者进行倒负荷操作，因此该方式对于用户
的供电可靠性高，但是接地相电压将降低，非接地
相电压将升高至线电压，对电气设备绝缘造成威胁。
单相接地故障发生后系统不能长期运行。
事实上，对于中性点不接地系统，由于线路分布电容（电容数值不大，而容抗很大）的存在，接地故障点和导线对地电容还是能够形成电流通路的，从而有数值不大的电容性电流在导线和大地之间流通。
一般情况下，这个容性电流在接地故障点将以电弧形式存在，电弧产生的高温会损毁设备，甚至引起附近建筑物燃烧起火，不稳定的电弧燃烧还会引起弧光过电压，造成非接地相绝缘击穿进而发展成为相间故障，导致断路器动作跳闸，中断对用户的供电。
中性点不接地系统发生单相接地时的故障特点如下
1）在发生单相接地时，全系统都将出现零序电压。
2）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，电容电流的实际方向为由母线流向线路。
3）在故障线路上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之总和，数值一般较大，电容电流的实际方向为由线路流向母线。
小电流接地系统的仿真模型构建
1.中性点不接地系统的仿真模型及计算
利用simulink建立一个10kv中性点不接地系统的仿真模型，如图1-3所示。
在仿真模型中，电源采用”Three-phase source”模型，输出电压为10.5kv，内部接线方式为Y形联结，其他参数与图1-4设置相同。
在模型中共有4条10kv输电线路line1~line4,均采用“Three-phase Pl Section Line”模型，线路的长度分别为130km、175km、1km、150km，其他参数相同。
Line1参数设置如图1-5所示。
需要说明的是，在实际的10kv配电系统中，单回架空线路的输送容量一般在0.2~2MV.A，输送距离的适宜范围为6~20km.本文的仿真模型将输电线路的长度人为加长，这样可以使仿真时的故障特征更为明显，而且不用很多输电线的出线路数，不影响仿真结果的正确性，
线路负荷load1、load2、load3均采用“three-phase series rlc load”模型。
其有功负荷分别为1MW、0.2MW、2MW，其他参数相同，load1参数设置如图1-6所示。
每一线路的始端都设三相电压电流测量模块“three-phase v-I measurement”将测量到的电压、电流信号转变成simulink信号，相当于电压、电流互感器的作用，其参数设置如图1-7所示。
图1-3
图1-4电源设置图1-5线路设置
图1-6负载设置
图1-7三相电压电流测量模块
在仿真模型中，选择在第三条出线的1km处发生A相金属性单相接地，故障模块的参数设置如图1-8所示。
这里选择A相发生单相接地短路
图1-8故障模块
系统的零序电压3uo及每条线路始端的零序电流3i0采用如图1-9所示方式得到。
故障点的接地电流Id则可以用如图1-10与1-11所示的万用表测量方式得到
图1-9零序电压与零序电流测量图
图1-10万用表外部链接图
图1-11万用表内部设定
根据以上设置的参数，可以通过计算得到系统在第3条出线的1km处发生A相金属性单相接地时各线路始端的零序电流有效值为
3I0Ⅰ=3Uφ*ψ*C0I
=3*（10.5/√3）*103*10-9*314*7.751*130A
=5.75A
同理可得3I0Ⅱ=7.75A
3I0Ⅲ=3I0Ⅰ+3I0Ⅱ=13.5A
故障电流为I D=20.18A
仿真结果及分析
在仿真开始前，选择离散算法，仿真的结束时间取0.2s，利用powergui模块设置采样时间为1x10-5s,系统在0.04s时发生A相金属性单相接地。
图1-12为powergui模块设置
图1-12
1. 中性点不接地系统的仿真结果及分析
设置好参数，运行如图1-13，1-14,1-15,1-16,1-17,1-8所示的10kv中性点不接地系统仿真模型，得到系统的零序电压3uo及每条线路始端的零序电流3Io，故障点的接地电流Id波形如图1-19所示
图1-13Line 1的零序电压U0图1-14 Line 2的零序电压U0 图1-15 Line 3的零序电压U0
可以看见3个线路的零序电压相等，符合电路实际情况。
图1-16 Line 1的零序电流I0
进入稳态之后的零序电流有峰值为8，则其有效值为5.7符合计算值。
图1-17 Line 2的零序电流I0
进入稳态之后的零序电流有峰值为11，则其有效值为7.8符合计算值。
综上SIMULINK模拟的3条线路的零序电压都相等，而三个零序电流满足：3I0Ⅲ=3I0Ⅰ+3I0Ⅱ
图1-18 Line 3的零序电流I0
进入稳态之后的零序电流有峰值为18.6，则其有效值为13.15符合计算值。
故障点的接地电流Id峰值为28，有效值为19.8与理论值误差为3%满足要求。
结论
与理论计算值相比，仿真结果略大，但误差不大于3%。
从图1-13中可以看出，在中性点不接地方式下，非故障线路的零序电流超前零序电压90°（即电容电流的实际方向为由母线流向线路）；故障线路的零序电流为全系统故障元件对电容电流之和，零序电流滞后零序电压90°（电容电流的实际方向为由线路流向母线）；故障线路的零序电流和非故障的零序电流相位差为180°
三总结和体会
在这次的小电流接地系统的matlab仿真实验中我学会了很多。
不仅仅单单是自己独立完成了作业，主要是在这次仿真实验中，我学会了能够独自查阅资料，独自定课题，独自完成，在过程中有疲惫，有迷惑，错了很多次，怎么都出不了图像，仿真没有结果，然后又仔细的阅读文章，阅读书上的讲解，细心的对照每一个环节。
每一个可能会出错的地方，知道是往往每一个细节就可以导致结果出不来。
一一的对照参数的设置，元件的选择是否有错，然后然后，在找着找着的过程中逐渐发现设计的乐趣，发现编写教材的艰难。
每一个看似简单的成功其实都不简单，往往都有设计者的艰辛与汗水，我们在享受别人的成果时要珍惜，要珍惜前辈们的来自不易。
小组成员蒋骏杰，钱俊杰，曹魏。
其中蒋骏杰负责编程，钱俊杰负责理论数据计算，曹魏负责写报告。