引言

我国的电力系统中，通过目前的三相接地系统中性点接地系统可具体分为:在110kV以上的主要采取的是大电流接地亦称为中性点有效接地，6kV到66kV的配电网主要采取的是小电流接地系统亦都称为中性点非有效接地，具体的措施（中性点不直接接地系统(NUS)，中性点经过消弧线圈(即为中性点经过谐振)接地(NES),中性点经过阻抗(一般为高阻抗，几千欧姆的接地电阻)接地(NRS)。当发生单相接地故障时,相电压会变为0的即为发生故障的那一相，其他正常相对地相电压骤然升高为√3倍对其余两相的电压绝缘装置造成威胁，并且如果输配电系统长时间运行在故障状态单相接地故障极有可能扩大为三相接地故障甚至会发生两相的短路，最终造成少则长时间大面积停电多则电力设备烧毁等等，对日常生活造成很大损失和影响。本文基于MATLAB/Simulink软件平台验证对在中性点不接地系统发生单相接地故障时，利用零序无功功率的变化这种选线方式。

理论分析

当系统发生单相接地故障的时候， 中性点不接地系统电容电流分布如图(2-1)所示：网络中有发电机F和多条线路存在，在正常运行情况下（忽略不平衡参数的影响），发电机和每条线路各相均有电容存在，分别以c0f ，c01， c0π，集中参数表示，在相电压的作用下，每相都有一超前相电压 的电容电流流入地中，而三相电流之和等于零。当线路Ⅱ在 A 相发生了单相金属性接地，则 A 相对地电压变为零，对地电容被短接，而其他两相的对地电压升高√3倍，对地电容电流也相应地增大 倍，矢量关系如图 2.2 所示。

图2-1中性点不接地系统单相接地后电容电流分布图

图2-2正常和故障情况下三相电压与电容电流矢量图

由图 2-1 可见，在非故障线路Ⅰ上， A 相电流为零， B 相和 C 相中流有自身的电容电流，因此，在线路始端所反应的零序电流为：

参考图 2.2 所示关系，其有效值为：

即零序电流为线路Ⅰ自身的电容电流，电容性无功功率的方向为由母线流向线路。当电网中的线路很多时，上述结论适用于每一条非故障线路。

在发电机 F 上，首先有它本身的 B 相和C 相的对地电容电流Ibf ,Icf ,但是由于它

还是产生其它电容电流的电源，因此，从 A 相中要流回从故障点流入的全部电容电流，而在 B 相和C 相又要分别流出各线路上同名相的对地电容电流，此时从发电机出线端所反应的零序电流仍应为三相电流之和，由图可见，各线路的电容电流由于从 A 相流入后又分别从 B 相和C 相流出了，因此，相加后相互抵消，而只剩下发电机本身的电容电流，

故：

有效值为：

即零序电流为发电机本身的电容电流，其电容性无功功率的方向为母线流向发电机，这个特点与非故障线路是一样的。

在故障线路Ⅱ上，在 B 相和 C 相上流有它们本身的电容电流 IbⅡ，IcⅡ ，与非故障线路不同的是在接地点要流回全系统 B 相和C 相对地电容电流之和，其值为：

 有效值为

式中 为全系统每相对地电容的总和。此电流要从 A 相流回去，因此，从 A 相流出的电流可表示为 ，这样在线路Ⅱ始端所流过的零序电流则为：

其有效值为：

由以上分析可以得出如下结论：

1)在发生单相接地后，整个系统将出现零序电压。

2)在非故障线上有零序电流，其数值等于其自身的对地电容电流，方向为母线流向线路。

3)在故障线路上，零序电流是全系统非故障线路对地电容电流之和，数值较非故障线路较大，方向为线路流向母线。

零序功率法即是应用故障线路与非故障线路零序电流的赋值和相位差再乘上零序电压放大差距进行选线。

仿真实践

利用MATLAB/Simulink软件建立一个电压等级为10kV的配电系统。

 图3-1 仿真电路图

本仿真模型利用三条架空线路模拟，长度分别为：130km、150km、151km（其中小电流接地系统一般运用在输电长度在二十千米以下的系统当中，但是本文使仿真模型得出的波形更加的明显易懂因此认为加长输电线长度，且不会影响仿真的准确性。）且在每一条线路由零序电流零序电压采集测量装置，使得结论更加明了。

系统参数设置如下：

图3-2 电源

图3-3 电路线缆

图3-4 负载

图3-5 三相故障

设定此三相输配电系统在0.5s的时候发生单相接地故障，且故障发生点位于第三条线路的1公里远处。系统的三相电压波形如下：

图3-6 系统发生故障时的三相电压

故障线路与非故障线路的零序电压：

 图3-7 非故障线路的零序电压

图3-8 故障线路的零序电压

零序电压再故障发生后出现且大小为原来相电压的三倍。

对于线路一

同理线路二的零序电流为：

线路三（故障线路）的零序电流为：

仿真结果如下：

图3-9线路一的零序电流

图3-10 线路三的零序电流

两条线路的峰值，线路一为8A，线路三为17A，有效值则为5.7A和12A与前期计算结果基本一致，但是零序电流的方向则恰好完全相反。

系统产生的零序无功功率如下图：

图3-11  正常线路的零序无功功率

图3-12 故障线路的零序无功功率

结论

 中性点不接地系统在发生单相接地故障的时候，正常线路所产生的零序无功功率幅值与大小的差距作为判据，两者可以很直观的选出故障线路。此方法对比于零序电流法因引入零序电压之后使判断条件更加直观。