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[分享] 小电流接地系统的PSCAD仿真及选线

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发表于 2019-12-24 15:16:10 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本文主要是通过仿真的方式让理论更加形象,欢迎讨论。(因为全部展开内容太多,所以重点关注下理论与仿真结合的内容)
本文包括三个仿真,采用PSCAD软件中的PSCADFree版本(免费但有节点限制),仿真的参数计算机设置详见参考文献[1]。
关于PSCADFree版本见下帖
PSCADFree安装教程
例子可以自己建,如果不想自己建立,移步

模型方面:
整个系统中的设备主要有:电源、线路。其中接地方式可以通过开关进行切换。参数主要有电源为10.5kV,内阻抗采用RL串联形式R=5.29mΩ,L=0.14mH。三条出线长度分别为130km、175km、151km(1km+150km)。
模型结构及参数如下图所示:

截图202005211502468774..png


图1 小电流接地方式结构及参数图

其中线路长度设置超过100km是为了使得故障特征明显,线路可以设置的较少,同时对地电容电流较大。
故障特性[2]

截图201912241509009550..png


图2 单相接地时的零序等效网络及矢量图

(1)  在发生单相接地时,全系统都将出现相同的零序电压。
(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,电容性无功功率的实际方向为由母线流向线路。
(3)  在故障线路上,零序电流为除本线路外全系统非故障元件对地电容电流之和,数值一般较大,电容性无功功率的实际方向为由线路流向母线。
这些特点和区别将是构成保护方式的依据。

选线原理
本文下面将给出仿真模型及结果,仅通过简单的线路零序电容电流的变化特性进行分析。
案例分析
假设发生A相金属性接地则始端的零序电流大小为:
截图202005211628343767..png

1.       不接地系统
截图201912241510042550..png

图3 不接地系统仿真
先搭建不接地系统(图3)进行电流部分测量,整个系统中0.02s时在线路3发生单相接地故障,其结果图4、图5所示。发生单相接地故障后,电压提升为1.732倍,如图4所示:
截图201912241510245917..png
图4 母线电压

故障线路3的零序电流等于线路1、2零序电流之和为:
I3=I1+I2

如图5所示:
截图201912241511509290..png
图5 三条线路的零序电流
如果是不接地系统就很容易进行选线,如采用零序电流保护,则启动电流应大于本线路的电容电流:
截图201912241512427367..png
但中性点接地后零序电流得到补偿,不满足上面的关系,下面进行仿真验证。

2.  中性点经消弧线圈接地系统
截图201912241513236447..png

图6 中性点经消弧线圈接地系统
截图201912241513457402..png
图7 母线电压
截图201912241514075024..png
图8 零序电流

上图8表明故障线路的零序电流不能满足I3=I1+I2。选线较为困难,下面对一种选线方法简单仿真。

1.       消弧线圈并联电阻方式选线
这个方法是听一位群友说的,然后查了资料做了仿真,可以简单理解为中性点接地系统与经消弧线圈接地系统的一种结合。下图9为并联电阻的方式。
截图201912241515019042..png

图9 消弧线圈并联电阻
截图201912241515241415..png

图10 线路零序电流
图10中可以看出在0.15s前与经消弧线圈接地的系统保持一致,在0.15s后投入并联的电阻,阻值在500欧姆,可见并联电阻后故障线路的零序电容电流明显增大,而非故障线路零序电容电流却保持不变,这样可以通过零序电流保护或其他方式进行选线。
截图201912241515471227..png

图11 仿真结果对比图
图中三种不同的接地方式得到的零序电流如图所示,由于消弧线圈的作用故障线路零序减小与黑色线条显示的标准值有很多程度衰减,而消弧线圈处并联电阻后零序电流变大,通过不同的阻值可以实现不同的效果,本例中并联后的零序电流超过不接地系统的故障线路零序电流值。
本文仅对小电流接地系统进行简单仿真并对故障特性进行分析,最后介绍了一种选线方式,当然细节方面还需自行研究,重点是通过仿真让大家有个比较形象的认识,同时也希望后续能对其他的保护原理进行仿真研究并与实际工程结合,希望和大家共同学习保护知识。
由于小电流接地系统的仿真资料在论坛已经很多了,通过仿真可以从原理上对一些方法进行快速地在理论上进行验证,欢迎感兴趣的朋友学习仿真,共同讨论研究。

讨论:
选线过程中判据的整定大小、投切的时间、阻值大小等参数不同会产生什么影响呢?

参考文献:
[1].   于群,曹娜编著.电力系统继电保护原理及仿真[M].北京:机械工业出版社,2015.08.
[2].   贺家李,李永丽,董新洲,李斌,和敬涵著.电力系统继电保护原理第5版[M].北京:中国电力出版社,2018.04.
[3].   要焕年,曹梅月编著.电力系统谐振接地第2版[M].北京:中国电力出版社,2009.05.

时间匆忙加之水平有限,如有不当或错误之处,恳请大家批评指正。



















一个兴趣广泛的灵魂
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发表于 2020-3-13 11:14:40 | 显示全部楼层
大神,你的例子没上传吗?
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 楼主| 发表于 2020-3-13 11:27:57 | 显示全部楼层
dcfzlee 发表于 2020-3-13 11:14
大神,你的例子没上传吗?

[分享] 小电流接地系统PSCAD版
https://www.mmc-hvdc.com/t-854.html
搜搜论坛里面的例子哦,原理摆在这里,自己改动就可以了
一个兴趣广泛的灵魂
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    发表于 2020-5-7 22:20:18 来自手机 | 显示全部楼层
    大神,我在微信各种号也看到过这篇。那个详细一些有幅值选线,想知道零序电流的幅值怎么提取啊,小白不太会
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     楼主| 发表于 2020-5-7 22:32:58 来自手机 | 显示全部楼层
    Eureka 发表于 2020-05-07 22:20
    大神,我在微信各种号也看到过这篇。那个详细一些有幅值选线,想知道零序电流的幅值怎么提取啊,小白不太会

    哦,论坛的发的早些,有些内容懒得改了,关于这个模型论坛里有很多贴,搜下小电流就行了
    一个兴趣广泛的灵魂
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    发表于 2020-5-21 14:52:24 | 显示全部楼层
    本帖最后由 laser 于 2020-5-21 14:53 编辑

    请教零序电流的计算公式里,C01的值怎么得到的?
    截图201912241509389821..png
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    发表于 2020-5-21 14:56:54 | 显示全部楼层
    某一60kV电力线路长为100km,每相导线对地电容为0.005μF/km,当电力线路末端发生单相接地故障时,试求接地电容电流值(60kV系统中性点经消弧线圈接地)。(解答Id=16.324 A) 请问Id是怎么计算的?
    中性点不接地系统的单相电容电流的计算公式如下,推导过程不复杂,
    Ic=3×ω×C×Uο(A)     
    式中:
    ω是角频率,ω=2πf ;
    C是相对地电容;
    Uο是相电压
    则: ω=2×3.14×50=314 C=100km×0.005μF/km=0.5μF=0.0000005F Uο=60kv/1.732=34.641KV=34641V
    故: Ic=3×314×0.0000005F×34641V=16.315911

    是这样的计算过程吗?还是有点对不起来
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     楼主| 发表于 2020-5-21 15:04:08 | 显示全部楼层
    laser 发表于 2020-5-21 14:52
    请教零序电流的计算公式里,C01的值怎么得到的?

    不说都没发现,有个参数错误已经更改,看第一张图
    一个兴趣广泛的灵魂
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     楼主| 发表于 2020-5-21 15:19:16 | 显示全部楼层
    展开
    laser 发表于 2020-5-21 14:56
    某一60kV电力线路长为100km,每相导线对地电容为0.005μF/km,当电力线路末端发生单相接地故障时,试求接地 ...

    暂时不知,有其他条件嘛
    一个兴趣广泛的灵魂
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    发表于 2020-5-21 16:01:14 | 显示全部楼层
    花月mmc 发表于 2020-5-21 15:04
    不说都没发现,有个参数错误已经更改,看第一张图

    哦,看到了,式子里是不是还应该再乘以130km才能得到5.75A?
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