中性点不接地系统单相经过渡电阻接地故障特性分析

2012-07-19胡希同刘晓隆

山东电力高等专科学校学报 2012年1期

郎泳胡希同赵鑫刘晓隆

1.山东理工大学电气与电子工程学院山东淄博 255049；

2.哈尔滨工程大学黑龙江哈尔滨 150001

0 引言

我国配电网多采用中性点非有效接地系统运行方式。在各种配电线路故障中，单相接地故障的发生概率最高，占总故障数的70%左右[1]。而单纯的金属性完全接地故障是很少的，更多的是经过渡电阻接地的接地故障，过渡电阻是指当发生接地时，接地电流从导线流入大地的通路中所遇到的电阻，包括弧光电阻、杆塔电阻、接地装置电阻等，这种接地故障称为不完全接地故障。现实中我们发现，发生单相经过渡电阻接地故障时，故障相的电压并不一定是最低的，仅仅根据各相电压的高低来选相是不可靠的[2]。本文分析了在中性点不接地系统中，过渡电阻对各相电压的影响，得出发生单相经过渡电阻接地故障时，故障相的电压并不一定是最低的，并用MATLAB仿真予以证明。

2 故障原理分析

在中性点非有效接地系统中，当发生经过渡电阻接地的单相接地故障时，故障相经过渡电阻Rg接地[3]。如图1所示，可得边界条件（1）：

图1 A相经过渡电阻接地

用对称分量法分解可得（2）：

由（2）式可得：

假设：

即故障后正、负、零序是相互串联的，只不过各序分量都多了一个过渡电阻Rg。在中性点不接地系统中，中性点处悬空，画其序网图如图2。

图2 A相发生单相接地故障后的序网图

中性点非有效接地系统分为中性点不接地和经消弧线圈接地两种情况。当为第一种情况时，图2中的中性点处悬空，第二种情况时中性点处接入消弧线圈。本文只讨论中性点不接地时的情况。

A相经过渡电阻Rg接地后，对A相电压有：

其中Z∑为系统各序总阻抗之和。在中性点不接地系统发生单相接地故障时，由序网图可知，Z∑呈容性。

整理（7）式可得：

图3 H随Rg的变化曲线

可见，在Z∑呈容性时，H随着Rg的增大而沿上半圆由原点移向1，即随着Rg的增大而沿上半圆由原点移向｜。

因为Z2远远小于C2对应的容抗，≈0；因为则

即故障后，各相电压为本相故障起始时刻电压和零序电压之和[4]。

图4 故障后各相电压随Rg的变化曲线

解方程组（10）得α=30°。若知道Z∑，则可计算出Rg，但可惜Z∑是未知数，无法求取Rg。

2 MATLAB仿真验证

下面建立简单的MATLAB仿真模型如图5，线路分布参数为：正序阻抗R1=0.17Ω/km，正序电感L1=1.2 mH/km，正序对地电容C1=9.7nF/km，零序阻抗R0=0.23Ω/km，零序电感L0=5.48mH/km，零序对地电容C0=6nF/km，电源电压100V，频率50Hz，仿真时间0.1s，仿真步长1e-5s。