基于PSCAD仿真的配電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)建模摘要：本文主要介紹了利用PSCAD/EMTDC仿真軟件提供的電力仿真模塊構(gòu)建10kV饋線及負(fù)荷系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真試驗(yàn)，得到發(fā)生單相接地時(shí)線路的電流波形，并給出零序電壓、電流、功率的仿真測(cè)量方法，為故障選線的研究作鋪墊。

關(guān)鍵詞：小電流接地系統(tǒng)；單相接地；建模；仿真

0引言

在我國(guó)10kV配電網(wǎng)中，廣泛采用的是非有效接地系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)由于不能構(gòu)成低阻抗的短路回路,接地短路電流很小,故此種系統(tǒng)也稱為小電流接地系統(tǒng)[1]。由于其穩(wěn)態(tài)故障電流幅值較小，因此故障無(wú)法輕易的檢測(cè)與判定，所以給故障選線增加了不少難度[2]。伴隨國(guó)家經(jīng)濟(jì)的迅速增長(zhǎng)以及電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，用戶對(duì)供電可靠性的需求也越來越高，因此，對(duì)非有效接地系統(tǒng)接地故障的研究顯得尤為重要。本文利用PSCAD構(gòu)建10kV饋線及負(fù)荷系統(tǒng)，建立單相接地故障的仿真模型。

1配電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)的建立

配電網(wǎng)仿真系統(tǒng)模型原理圖如圖1（a），一條110kV母線經(jīng)一個(gè)110kV/10kV的變電站到10kV母線，變電站低壓側(cè)有六條饋線，這些饋線當(dāng)中兩條是架空線，一條是電纜，另外三條是混連線路，Z型變壓器中性點(diǎn)經(jīng)彼得遜線圈串上一個(gè)等效電阻再接地。圖1（b）為利用PSCAD軟件所建立10kV配電網(wǎng)模型。

(a)實(shí)際模型

(b)PSCAD仿真模型

圖110kV配電網(wǎng)模型

2系統(tǒng)參數(shù)介紹

2.1線路參數(shù)

通過計(jì)算架空線路與電纜線路參數(shù)，可以獲得系統(tǒng)零序電容總。

2.2彼得遜線圈參數(shù)

通過系統(tǒng)零序等值電路可知，中性點(diǎn)經(jīng)彼得遜線圈接地時(shí)，有三種補(bǔ)償方式，實(shí)際工作中，通常為過補(bǔ)償，補(bǔ)償系數(shù)一般取到1.05。要精確地取到1.05，先要計(jì)算出全補(bǔ)償時(shí)彼得遜線圈的值。當(dāng)處在全補(bǔ)償狀態(tài)，流經(jīng)短路點(diǎn)的容性電流與感性電流相等，即，從中可以得出式中：為電網(wǎng)工頻50Hz，為彼得遜線圈零序電感。

系統(tǒng)中性點(diǎn)的彼得遜線圈通過零序電流時(shí)，設(shè)彼得遜線圈的阻抗為

上將通過三倍的零序電流，并產(chǎn)生相應(yīng)的電勢(shì)差，由于實(shí)際線路和等效電路的中性點(diǎn)對(duì)地的電勢(shì)差相同，所以在等效電路中，彼得遜線圈阻抗取為，即實(shí)際的電感L應(yīng)該為零序等值電路中電感的，代入數(shù)據(jù)計(jì)算得到。過補(bǔ)償度取1.05，算得彼得遜線圈。在實(shí)際工作中的彼得遜線圈并不是一個(gè)純電感，其還帶有有功損耗，有功損耗通常為感性無(wú)功損耗的2.5%-5%，因此在仿真圖中我們可以用一個(gè)等效電阻來替代彼得遜線圈的有功損耗，將其取為感性無(wú)功損耗的3%，通過計(jì)算得到彼得遜線圈有功損耗等效電阻。

2.3負(fù)荷、變壓器等其他參數(shù)

每條饋線負(fù)荷為500-1000KVA不等，饋線的負(fù)荷側(cè)變壓器為三角形/星型接法，變壓器變比為10kV/380V，母線側(cè)變電站變壓器變比為110kV/10kV。發(fā)電機(jī)出口電壓為110kV，為了之后電壓測(cè)取方便，使0時(shí)刻A相電壓相角為0度，在發(fā)電機(jī)PhaseShift選項(xiàng)上設(shè)置成30°。發(fā)電機(jī)出口接0.005H電感，替代發(fā)電機(jī)的感性無(wú)功損耗。

3測(cè)量模塊介紹

3.1電壓電流的測(cè)取

PSCAD軟件本身帶有電流表、電壓表，可直接引用自帶的元器件讀取線路的電流電壓。

3.2零序電壓電流的測(cè)取

PSCAD本身不帶有能測(cè)取零序分量的工具，所以需要根據(jù)零序的原理來構(gòu)建零序互感器。根據(jù)零序分量的原理，可以計(jì)算得到，式中：為零序分量，分別為A、B、C三相分量。因此只需要測(cè)量線電流，再經(jīng)過上式推算，就能夠獲取零序電流，電壓也利用同樣的方法測(cè)取。母線的線路阻抗很小，每條饋線首端的電壓幾乎相同，所以只需在母線裝設(shè)一組電壓互感器即可。

3.3零序有功功率的測(cè)取

PSCAD本身只有三相功率表，不帶有單相功率表，因此無(wú)法直接通過零序電壓電流來得到零序有功功率。根據(jù)公式，即可測(cè)取到零序功率，式中

的夾角。PSCAD本身帶有的測(cè)量單相數(shù)據(jù)相位差的模塊只有XORPhase

Difference,但是該模無(wú)法直接輸出相位差的值，其是通過AB兩個(gè)端口輸入信號(hào)，兩者相位正負(fù)相同輸出1，相反輸出0，所以需要加入一個(gè)取平均值的模塊對(duì)其在一個(gè)周期內(nèi)去平均值，再乘上180度角就能作為二者的相位差。由于在模塊實(shí)現(xiàn)過程中對(duì)信號(hào)取平均值，所以該模塊無(wú)法作為暫停信號(hào)的判定依據(jù)，只能作為穩(wěn)態(tài)信號(hào)的判定依據(jù)。

4單相接地故障仿真

在系統(tǒng)運(yùn)行到0.1s時(shí)刻，將T2線路的A相接地，故障相電流為負(fù)荷電流加上接地電流，在小電流接地系統(tǒng)中，接地電流很小，故障相電流中大部分是負(fù)荷電流，所以故障后電流穩(wěn)態(tài)值與故障前的電流大小大致相同。A相電壓變?yōu)榱?，B、C相電壓大小變?yōu)槿鐖D2（b）的線電壓。這是因?yàn)锳相接地后，A相的相電壓與對(duì)地點(diǎn)電壓相同，由于系統(tǒng)的線電壓保持不變，所以非故障相B、C相的相電壓的對(duì)地電位變成對(duì)A相的電位，因此B、C相的相電壓上升到線電壓。

（a）故障線路A相電流波形

（b）母線電壓波形

圖2故障線路電壓電流波形

5總結(jié)

本章主要講述了10kV配電網(wǎng)仿真系統(tǒng)的構(gòu)建，介紹了系統(tǒng)中負(fù)荷、阻抗、變壓器等相關(guān)參數(shù)，以及如何測(cè)取電網(wǎng)中的零序分量。并且進(jìn)行單相接地仿真實(shí)驗(yàn)，簡(jiǎn)要地分析和對(duì)比了饋線中的電壓電流變化情況，可以作為今后選線方面研究的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)