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10kV小電阻接地系統(tǒng)斷線接地故障仿真計(jì)算

文檔作者：李建華文檔來(lái)源：華東電力試驗(yàn)研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年07月28日
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2006年第l期 上海電力
10 kV小電阻接地系統(tǒng)斷線接地故障仿真計(jì)算
李建華
(華東電力試驗(yàn)研究院，上海200437)
摘要：10 kV中性點(diǎn)小電阻接地配電系統(tǒng)中，目前配置的保護(hù)裝置大部分是針對(duì)單相接地故障開(kāi)發(fā)的。為
驗(yàn)證其能否在架空絕緣導(dǎo)線斷線接地時(shí)可靠報(bào)警或跳閘，利用PSS／E電力系統(tǒng)仿真軟件進(jìn)行了斷線與斷線
接地故障的仿真計(jì)算。介紹了1o kV配電網(wǎng)絡(luò)仿真計(jì)算模型，得出了線路不同地點(diǎn)發(fā)生斷線及斷線接地時(shí)
的母線電壓、流過(guò)線路的電流等各種故障電氣量，并分析了這些電氣量的變化特征。
關(guān)鍵詞：10 kV配電網(wǎng)f中性點(diǎn)f小電阻接地系統(tǒng)f故障檢測(cè)
中田分類號(hào)：TM773；TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
1 引言 的保護(hù)裝置能夠可靠動(dòng)作或報(bào)警’提供可靠選擇。
中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地[1 的配電系統(tǒng)，在城
市電網(wǎng)中已越來(lái)越廣泛地采用。在10 kV中性
點(diǎn)小電阻接地配電系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生絕緣導(dǎo)線斷線
或斷線接地時(shí)，如果保護(hù)裝置不能可靠動(dòng)作或報(bào)
警，可能對(duì)人身安全構(gòu)成威脅和造成設(shè)備的損壞，
而目前在配電網(wǎng)中配鼴的保護(hù)裝置大部分都是針
對(duì)單相接地故障開(kāi)發(fā)的[1 ]。
利用PSS／E仿真軟件搭建詳細(xì)的1O kV配
電系統(tǒng)模型，得出了在線路不同地點(diǎn)、不同的運(yùn)行
方式下發(fā)生斷線與斷線接地故障時(shí)的母線電壓、
流過(guò)線路的電流水平等各種電氣量，并分析這些
電氣量的變化特征。為利用故障時(shí)這些電氣量的
變化特征，實(shí)現(xiàn)架空絕緣導(dǎo)線斷線及斷線接地時(shí)
2 網(wǎng)絡(luò)模型
利用PSS／E電力系統(tǒng)仿真程序，結(jié)合上海電
網(wǎng)35 kV變電所l0 kV母線所聯(lián)電網(wǎng)的情況進(jìn)行
計(jì)算分析。該電網(wǎng)為電纜與架空線的混合網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)
接線如圖l所示 根據(jù)該網(wǎng)絡(luò)的等值電源、變壓
器、線路、負(fù)荷等元件參數(shù)建立了等值計(jì)算模型。這
里中性點(diǎn)接地電阻器阻值[4]的大小為5．7 Q。
3 計(jì)算條件
為了使計(jì)算結(jié)果更具有代表性，并考慮到網(wǎng)
絡(luò)運(yùn)行方式的變化和未來(lái)可能的發(fā)展情況，在計(jì)
算中考慮系統(tǒng)短路容量、負(fù)荷、過(guò)渡電阻和電網(wǎng)運(yùn)
行電壓的變化。
統(tǒng)的電纜架空比例要求；如果電容電流大于100
A，列出年度更改項(xiàng)目，將電網(wǎng)調(diào)整到滿足小電阻
接地系統(tǒng)的電纜架空比例要求。
(2)對(duì)于確定需要進(jìn)行小電阻接地改造的變
電站，應(yīng)先將裸導(dǎo)線改為絕緣導(dǎo)線。
(3)在進(jìn)行電網(wǎng)割接時(shí)，應(yīng)考慮到對(duì)周圍相關(guān)
變電站中性點(diǎn)接地方式可能產(chǎn)生影響和相應(yīng)調(diào)整。
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E83 上海市電力公司，上海電網(wǎng)若干技術(shù)原則的規(guī)定[s3，2004，2．
收稿日期：2005-11-30
作者簡(jiǎn)介：周小渡(1961一)，士，天津人，高級(jí)工程師?？偣?
程師，從事供用電管理工作，021—64853426；王衛(wèi)斌
(1975-)．男。碩士。湖北孝感人，工程師，從事電網(wǎng)遠(yuǎn)行和
施工管理工作。021—64980617f張俊敏(1977一)。男，上海松
江人。碩士，工程師，從事電網(wǎng)運(yùn)行管理工作，021—
57822208X2066。 ．
(責(zé)任編輯：杜建軍)
一6】一
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上海電力 2006年第1期
圖l 計(jì)算網(wǎng)絡(luò)接線圖
(1) 系統(tǒng)短
路容量：系統(tǒng)短
路容量在35 kV
側(cè)考慮1 GVA、
500 MVA 和250
M VA。
(2)負(fù)荷安
排：被計(jì)算線路
的額定負(fù)荷取
350 A，計(jì)算時(shí)考
慮85 、5O 、
25 9，6和0 9，5的負(fù)
荷量。當(dāng)被計(jì)算
線路安排在規(guī)定
的負(fù)荷時(shí)，其它
線路按照數(shù)值減的方法確定其總的等價(jià)負(fù)荷。
(3)過(guò)渡電阻：過(guò)渡電阻分別取0、20、50、
100、200、300、500、1 000、2 000 Q。
(4)電網(wǎng)電壓：1O kV母線電壓取1O、10．5和
11．5 kV。
4 仿真計(jì)算結(jié)果
選取圖1中的線路Ll作為被計(jì)算線路，如
圖2所示。線路L1的上桿電纜支接點(diǎn)、線路中
段和線路末端作為故障位置，考慮單相斷線，負(fù)荷
側(cè)單相斷線接地和電源側(cè)單相斷線接地3種故障
類型，表1給出了計(jì)算中考慮的運(yùn)行方式，經(jīng)過(guò)計(jì)
算取得了大量的數(shù)據(jù)，由于篇幅有限，僅給出計(jì)算
結(jié)論和部分?jǐn)?shù)據(jù)，如表2～5所示。表2～表5每
種故障類型給出上桿電纜支接點(diǎn)和干線末端兩種
情況。
10
I墨I(xiàn) 2 被計(jì)算線路L1
4．1 負(fù)序電流分布
仿真計(jì)算結(jié)果表明：故障產(chǎn)生的負(fù)序電流大
部分由故障點(diǎn)經(jīng)故障線路流向電源，非故障線路
的負(fù)序電流相對(duì)很小。負(fù)荷側(cè)斷線接地故障時(shí)負(fù)
序電流的大小與負(fù)荷量有很大的關(guān)系，負(fù)序電流
隨著負(fù)荷量的減少而減小，而與過(guò)渡電阻的大小
關(guān)系不大。故障點(diǎn)離電源越遠(yuǎn)，負(fù)序電流越小。
62 一
表1 計(jì)算方式衰
計(jì)算 系統(tǒng)容量 負(fù)荷安排 母線電壓 過(guò)渡電阻
方式 ／MVA ／ ／kV ／kn
方式1 1 000 85 10．0 0～2
方式2 1 000 50 10．0 0～2
方式3 1 000 25 10．0 O～2
方式4 1 000 10 10．0 O～2
方式5 1 000 O 10．0 0～2
方式6 500 25 10．0 0～2
方式7 250 25 10．0 0～2
方式8 1 000 25 10．5 0～2
方式9 1 000 25 1l_5 0～2
衰2 故障線路出線負(fù)序電流 A
過(guò)渡電阻 方式1
／n 負(fù)荷側(cè) 電源側(cè) 單相斷線
O 219．48 17．72 208．01 l48．95
20 223．13 17．9 l65．75 39．47
5O 222．28 18．07 l92．32 14．98
218．54 l7．52
lOO 221．O8 l8．2 204．41 9．78
200 22O．O5 18．22 21l_2 12．16
500 219．22 18．O2 215．55 15．13
過(guò)渡電阻 方式2
／n 負(fù)荷側(cè) 電源側(cè) 單相斷線
O l25．70 lO．56 240．67 170．40
20 128．18 10．62 78．27 49．73
5O 128．24 10．70 99．5O 20．61
125．33 10．54
1OO 127．58 10．78 11l_14 8．80
200 l26．78 10．86 117．91 5．84
500 126．O2 lO．86 122．29 7．99
4．2 零序電流分布
仿真計(jì)算結(jié)果表明：與負(fù)序電流相同，故障產(chǎn)
生的零序電流大部分由故障點(diǎn)經(jīng)故障線路流向電
源，非故障線路的零序電流相對(duì)很小。零序電流
的大小與故障位置、負(fù)荷量和過(guò)渡電阻有很大的
關(guān)系：故障點(diǎn)離電源越遠(yuǎn)，零序電流越?。涣阈螂?
流隨著負(fù)荷量的減少而減??；過(guò)渡電阻越大，零序
電流越小。
負(fù)荷側(cè)斷線接地和斷線故障時(shí)，零序電流的
值比負(fù)序電流要小的多 而電源側(cè)斷線故障，零序
電流反而比負(fù)序電流大。
4．3 母線負(fù)序電壓和零序電壓分布
仿真計(jì)算結(jié)果表明：
(1)負(fù)荷側(cè)斷線接地時(shí)，負(fù)序電壓受過(guò)渡電
阻的影響很小，而零序電壓隨著過(guò)渡電阻的增大
而減小；
(2)電源側(cè)斷線接地時(shí)，隨著過(guò)渡電阻的增
大，負(fù)序電壓先減小后增大；
(3)零序電壓一直減小；
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2006年第1期 上海電力
(4)母線負(fù)序和零序電壓的大小，與故障位
置和負(fù)荷量也有很大的關(guān)系，故障點(diǎn)離電源越遠(yuǎn)，
負(fù)序和零序電壓越小；
(5)負(fù)序和零序電壓隨著負(fù)荷量的減少而減
小。
裹3 故障線路出線零序電流 A
過(guò)渡電阻 方式1
／n 負(fù)荷傭 電源側(cè) 單相斷線
O 27．99 3．46 337．32 197．38
2O 16．1 3．21 76．43 64．19
5O 1O．O3 2．88 35．61 31．56
1．47 0．11
1O0 6．47 2．44 l9．O3 l7．O8
200 4．19 l_84 10，07 8．91
5OO 2．62 1．06 4．54 3．68
過(guò)渡電阻 方式2
／n 負(fù)荷側(cè) 電源傭 單相斷線
O 18．O8 1．89 333．61 199．82
2O 12．68 1．82 75．48 65．14
5O 8．77 1．71 35．16 32．O3
1．42 0．11
1OO 6，02 1．55 1戩78 17．33
2OO 4．O4 1．3O 9．93 9．04
500 2．56 0．88 4．47 3．73
裹4 母線負(fù)序電壓和霉序電壓 kV
過(guò)渡電阻 負(fù)序電壓(方式1)
／n 負(fù)荷傭 電源傭 單相斷線
o o．114 o．009 o．1O8 o．077
2o O．1l6 o．009 o．086 o．02
5o O．115 o．009 o．1 o．008
0．113 o．059
1OO O．115 o．009 o．106 o．005
20O 0．114 0，009 o．11 o．006
500 o．114 o．009 o．112 o．008
過(guò)渡電阻 零序電壓(方式1)
／n 負(fù)荷傭 電源側(cè) 單相斷線
0 o．479 o．059 5．771 3．377
20 o．277 o．055 1．308 1．098
50 o．172 o．049 o．609 O．54
o．025 O．O12
1OO o．111 0．042 o．326 o．292
2oo o．072 O．O31 o．172 o．152
500 o．045 o．o18 o．078 O．O63
4．4 流過(guò)接地電阻的電流分布
仿真計(jì)算結(jié)果表明：與電源側(cè)斷線接地相比，
負(fù)荷側(cè)斷線接地時(shí)流過(guò)接地電阻的電流要小的
多，但兩者都受過(guò)渡電阻、負(fù)荷量和故障位置的影
響，過(guò)渡電阻越大，負(fù)荷量越小，故障點(diǎn)離電源越
遠(yuǎn)，引起的電流越小。
5 結(jié)論
在10 kV 中性點(diǎn)小電阻接地配電系統(tǒng)中，針
對(duì)目前大部分保護(hù)裝置都是以單相接地故障特征
為基礎(chǔ)的，利用PSS／E電力系統(tǒng)仿真軟件搭建了
1O kV配電網(wǎng)絡(luò)模型，得出了線路不同地點(diǎn)發(fā)生
斷線和斷線接地時(shí)的母線電壓、流過(guò)線路的電流
等各種故障電氣量，并分析了這些電氣量的變化
特征。
下一步工作是怎樣充分利用在斷線和斷線接
地時(shí)電氣量變化特征，實(shí)現(xiàn)在發(fā)生架空絕緣導(dǎo)線
斷線及斷線接地故障時(shí)，保護(hù)裝置能夠及時(shí)、可靠
地動(dòng)作或報(bào)警。
裹5 流過(guò)接地電阻的電流 A
過(guò)渡電阻 方式1
／n 負(fù)荷傭 電源側(cè)
O 83．967 1O．381 1o11．992 592．172
2o 48．524 9．636 229．307 192．593
5o 3O．O91 8．643 106．837 94．696
1oo 19．421 7．308 57．087 51．232
200 12．58 5．518 30．202 26．739
500 7．854 3．182 13．614 11．035
過(guò)渡電阻 方式2
／n 負(fù)荷傭 電源傭
O 54．228 5．671 1 ooo．871 599．473
2o 38．03 5．446 226．444 195．416
5O 26．321 5．13 105．472 96．097
lOO 18．062 4．66 56．345 51．989
2oo 12．1O5 3．912 29．797 27．133
500 7．67 2．629 13．407 11．195
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收稿日期：2OO6—02—06
作者簡(jiǎn)介：李建華(1979一)，男，江蘇江陰人，工程師，主要
研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)劃和仿真計(jì)算，021—65557000×
7329。

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