基于PSCAD的小电流接地故障仿真分析平台研究

摘要

小电流接地选线是配电网继电保护领域长期关注的热点和难点。随着电网规模的不断扩大和电压等级的逐步提高，配电网的电容电流进一步增大，对非故障相的绝缘提出了更高的要求。因此及时准确的选出故障线路对于配电网的安全运行具有重要意义。建立方便实用的小电流接地选线平台，有利于提高研究效率，便于检验设计结果，为研究小电流接地选线提供了一个更加规范的仿真分析平台。因此，本文以电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC和控制电路为基础，开发了一套可靠性高、灵活性强、操作方便的小电流接地故障选线仿真分析平台，并分析了选线的准确性。本文主要做了如下工作：
　　1.分析小电流接地系统单相接地故障特性。首先对小电流接地系统发生单相接地故障后的暂态过程和稳态过程进行详细分析，总结小电流系统单相接地故障特性，为小电流接地系统故障选线奠定理论基础；其次，理论分析故障电流信号大小、不平衡电流的干扰、间歇性电弧对小电流接地选线准确性的影响。最后根据以上分析确定配电网故障选线平台的基本理论方法。
　　2.基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC搭建小电流接地故障仿真分析平台。本仿真平台以110/10kV系统为例，采用单母分段的接线方式，变压器为Y-Δ接线，可实现3条架空线和3条电缆线路分裂运行。分别对变压器模块、架空线模块、电缆模块、接地变模块、断路器模块、故障模块进行参数设置。由于变压器三角形侧无法引出中性点，在此通过接地变实现中性点经消弧线圈的接地方式。本平台具有更改电压等级、系统接线方式、系统参数、中性点接地方式以及自定义功能。根据新的选线方法可以新建自定义元件，方便日后平台的扩建。
　　3.本仿真平台采用了零序电流比幅值法、零序基波比幅比相法和极性比较选线方法，分别从幅值、相位、极性三个方面设计控制电路的判据，并对各个控制模块进行封装建模。其中幅值模块和相位模块各含有两个控制电路，极性模块含有一个控制电路。每个控制电路模块分别进行选线实验，实现自动判断幅值大小、相位方向和极性正负的功能，故障线路自动输出高电平，非故障线路输出低电平。
　　4.对每个运算电路模块选线结果分别在中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统中进行仿真分析；针对电缆和架空线两种线路类型分别从故障距离母线位置、故障初始角和过渡电阻三个方面进行仿真分析；对幅值选线和相位选线进行稳态方面的仿真分析，对极性选线进行稳态和暂态方面的仿真分析，从多个角度验证平台选线正确性。
　　本平台的建立更加侧重于对小电流接地选线的研究，为科研人员提供了一个选线仿真应用的工具，对不同故障情况下的仿真结果研究提供了仿真数据。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 小电流接地选线国内外现状及发展趋势

1.3 仿真技术的发展现状及发展趋势

1.4 本文的主要工作及创新之处

第二章 小电流接地故障分析

2.1 小电流接地故障稳态分析

2.2 小电流接地故障暂态分析

2.3 影响小电流接地选线的主要因素

2.4 小电流接地故障选线仿真分析平台的选线方法

2.5 本章小结

第三章 小电流接地故障选线仿真分析平台搭建

3.1 平台的基本构成

3.2 电气元件模型

3.3 控制电路模型

3.4 自定义模块

3.5 本章小结

第四章 小电流接地故障选线仿真分析平台应用

4.1 参数设置

4.2 中性点不接地系统架空线故障选线仿真

4.3 中性点不接地系统电缆故障选线仿真

4.4 中性点经消弧线圈接地系统电缆故障选线仿真

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

在读期间公开发表论文及专利情况

致谢