基于PSCAD仿真的配电网小电流接地系统建模
摘要：本文主要介绍了利用PSCAD/EMTDC仿真软件提供的电力仿真模块构建
10kV馈线及负荷系统，对系统进行仿真试验，得到发生单相接地时线路的电流波形，并给出零序电压、电流、功率的仿真测量方法，为故障选线的研究作铺垫。
关键词：小电流接地系统；单相接地；建模；仿真
0 引言
在我国10kV配电网中，广泛采用的是非有效接地系统，当发生单相接地故障时由于不能构成低阻抗的短路回路,接地短路电流很小,故此种系统也称为小电流
接地系统[1]。由于其稳态故障电流幅值较小，因此故障无法轻易的检测与判定，
所以给故障选线增加了不少难度[2]。伴随国家经济的迅速增长以及电网规模不断
扩大，用户对供电可靠性的需求也越来越高，因此，对非有效接地系统接地故障
的研究显得尤为重要。本文利用PSCAD构建10kV馈线及负荷系统，建立单相接
地故障的仿真模型。
1 配电网小电流接地系统的建立
配电网仿真系统模型原理图如图1（a），一条110kV母线经一个110kV/10kV 的变电站到10kV母线，变电站低压侧有六条馈线，这些馈线当中两条是架空线，一条是电缆，另外三条是混连线路，Z型变压器中性点经彼得逊线圈串上一个等
效电阻再接地。图1（b）为利用PSCAD软件所建立10kV配电网模型。
(a)实际模型
(b)PSCAD仿真模型
图1 10kV配电网模型
2 系统参数介绍
2.1 线路参数
通过计算架空线路与电缆线路参数，可以获得系统零序电容总。
2.2 彼得逊线圈参数
通过系统零序等值电路可知，中性点经彼得逊线圈接地时，有三种补偿方式，实际工作中，通常为过补偿，补偿系数一般取到1.05。要精确地取到1.05，先
要计算出全补偿时彼得逊线圈的值。当处在全补偿状态，流经短路点的容性电流
与感性电流相等，即，从中可以得出式中：为电网工频50Hz，为彼得逊线圈零
序电感。
系统中性点的彼得逊线圈通过零序电流时，设彼得逊线圈的阻抗为上将通过
三倍的零序电流，并产生相应的电势差，由于实际线路和等效电路的中性点对地
的电势差相同，所以在等效电路中，彼得逊线圈阻抗取为，即实际的电感L应该
为零序等值电路中电感的，代入数据计算得到。过补偿度取1.05，算得彼得逊
线圈。在实际工作中的彼得逊线圈并不是一个纯电感，其还带有有功损耗，有功
损耗通常为感性无功损耗的2.5%-5%，因此在仿真图中我们可以用一个等效电阻
来替代彼得逊线圈的有功损耗，将其取为感性无功损耗的3%，通过计算得到彼
得逊线圈有功损耗等效电阻。
2.3 负荷、变压器等其他参数
每条馈线负荷为500-1000KVA不等，馈线的负荷侧变压器为三角形/星型接法，变压器变比为10kV/380V，母线侧变电站变压器变比为110kV/10kV。发电机出口
电压为110kV，为了之后电压测取方便，使0时刻A相电压相角为0度，在发电
机Phase Shift选项上设置成30°。发电机出口接0.005H电感，替代发电机的感性
无功损耗。
3 测量模块介绍
3.1 电压电流的测取
PSCAD软件本身带有电流表、电压表，可直接引用自带的元器件读取线路的
电流电压。
3.2 零序电压电流的测取
PSCAD本身不带有能测取零序分量的工具，所以需要根据零序的原理来构建
零序互感器。根据零序分量的原理，可以计算得到，式中：为零序分量，分别
为A、B、C三相分量。因此只需要测量线电流，再经过上式推算，就能够获取零
序电流，电压也利用同样的方法测取。母线的线路阻抗很小，每条馈线首端的电
压几乎相同，所以只需在母线装设一组电压互感器即可。
3.3 零序有功功率的测取
PSCAD本身只有三相功率表，不带有单相功率表，因此无法直接通过零序电
压电流来得到零序有功功率。根据公式，即可测取到零序功率，式中的夹角。PSCAD本身带有的测量单相数据相位差的模块只有XOR Phase
Difference,但是该模无法直接输出相位差的值，其是通过AB两个端口输入信号，两者相位正负相同输出1，相反输出0，所以需要加入一个取平均值的模块
对其在一个周期内去平均值，再乘上180度角就能作为二者的相位差。由于在模
块实现过程中对信号取平均值，所以该模块无法作为暂停信号的判定依据，只能
作为稳态信号的判定依据。
4 单相接地故障仿真
在系统运行到0.1s时刻，将T2线路的A相接地，故障相电流为负荷电流加
上接地电流，在小电流接地系统中，接地电流很小，故障相电流中大部分是负荷
电流，所以故障后电流稳态值与故障前的电流大小大致相同。A相电压变为零，B、C相电压大小变为如图2（b）的线电压。这是因为A相接地后，A相的相电压与
对地点电压相同，由于系统的线电压保持不变，所以非故障相B、C相的相电压
的对地电位变成对A相的电位，因此B、C相的相电压上升到线电压。
（a）故障线路A相电流波形
（b）母线电压波形
图2 故障线路电压电流波形
5 总结
本章主要讲述了10kV配电网仿真系统的构建，介绍了系统中负荷、阻抗、变压器等相关参数，以及如何测取电网中的零序分量。并且进行单相接地仿真实验，简要地分析和对比了馈线中的电压电流变化情况，可以作为今后选线方面研究的
依据。
参考文献
[1]毛鹏,孙雅明,张兆宁,等.小波包在配电网单相接地故障选线中的应用[J].电网
技术,2000,24(6):9-13.
[2]郭清滔,吴田.小电流接地系统故障选线方法综述[J].电力系统保护与控
制,2010,38(2):146-152.
