本仿真使用2012版PSCAD/EMTDC X4电力系统电磁暂态仿真软件实现,文末附仿真模型文件,仅供交流学习,未经允许禁止用于商业用途。
某系统馈供线系统接线如下图所示:
其中,S为系统,L为线路,T为变压器,M、N为线路两侧母线,1QF、2QF为断路器。
PSCAD仿真模型搭建及两相故障接地如下图所示:
其中,BRK_M、BRK_N分别代表M、N侧断路器,Fault1设置为BC相接地短路故障,故障发生于0.2s时刻,故障时序如下。
断路器BRK_M、BRK_N于故障发生后约60ms跳开,0代表断路器闭合,1代表跳开,动作时序如下:
当发生线路非出口处BC相接地短路故障,线路M、N两侧保护安装处电压、电流录波如下图所示,线路两侧断路器均三相跳闸。
0~0.2s,M侧母线电压三相对称,无零序电流,无零序电压,三相电流为0。约0.2s时刻,B、C两相电压开始下降,且B、C相残压幅值相等(B相残压有效值约为53.44kV、C相残压有效值约为53.52kV),A相电压较故障前基本保持不变,出现与非故障相A相同相的零序电压(零序电压有效值约为53.18kV)。
同时,B、C相出现故障电流(B相最大峰值约为9.24kA,有效值约为5.33kA,C相最大峰值约为9.26kA,有效值约为5.35kA),出现零序电流(最大峰值约为9.25kA,有效值约为5.34kA)。
截取故障发生期间0.22s时间断面作N侧电压、电流向量图如下。M侧非故障相电流IMA滞后非故障相电压UMA约80°,说明线路发生的是金属性短路故障。
0~0.2s,N侧母线电压三相对称(有效值约为132.5kV),约0.2s时刻,B、C两相电压降为0,A相电压较故障前基本保持不变,零序电压与UNA幅值相等且同相,也可说明线路发生的是金属性短路故障。同时,B、C相出现故障电流、零序电流。
大电流接地系统中的馈供线路发生接地故障时,线路负载端出现三个大小相等、方向相同的故障分量电流,是负载端有变压器中性点接地运行的一个特征。两相接地短路时,非故障相电压也会出现波动,非故障相也会出现故障分量电流,会给正确判断故障类型带来困难。下图所列为负载端变压器中性点接地与否N侧电流波形细节图:
电源端M侧录波图显示故障期间B、C相电压下降,幅值相等。A相电压较故障前保持不变,零序电压UM0与非故障相电压UMA同相,说明线路发生B、C两相金属性接地短路故障。
M侧UMB、UMC残压不为0,说明故障点不在M母线出口处。
负载端N侧录波图显示,故障期间B、C相电压降为0,A相电压较故障前基本保持不变,零序电压与UNA幅值相等且同相。B、C相出现故障电流、零序电流。
结合系统接线图及理论分析,可基本判断为线路发生B、C接地短路故障。故障从0.2s时刻开始,共持续约60ms。