变压器中性点接地¶
型号说明¶
本案例研究探讨了变压器中性点（TR）接地以及在 TR 中性点中加入电抗器对单相对地短路（SC）电流大小的影响。该模型代表了一个 110 千伏 CHPP 开关柜（SC），其中有六台各 50 兆瓦的发电机，通过两条 50 千米长的双回路架空线路（架空线路）向电力系统输送电力。在 0.5 秒时刻，开关柜的 110 千伏母线上发生了持续时间为 0.5 秒的单相接地故障。
限制单相故障电流的主要目的是使其符合允许值，并提高设备运行的可靠性。在比较单相故障电流限制的主要方法时，考虑了以下几种情况 [1-3]：
所有 TR 的中性点均接地；
只有两个 TR 的中性点接地，其余四个不接地；
TR 的所有中性点都包括电抗器。
此外，还显示了使用命令控制从脚本开发环境启动和设置模型的过程、仿真结果的处理、仿真结果的可视化以及建议的模型独立工作脚本。对电流和电压值进行记录，并显示其时间图。通过改变与 TR 中性点输出相连的 "接地 "子系统开关的位置，可对每种情况下的模型进行调整。模型外观：
电力系统和发电机由 * 电压源（三相）* 块建模，通过指定有效线电压和相移来设置稳态。电力系统的正向阻抗和零序阻抗由 * 耦合线路（三相）* 块建模。短路由故障（三相）模块建模，在该模块的设置中，可使用故障模式下拉菜单选择短路类型。变压器使用 Two-Winding Transformer (Three-Phase).html) 建模。架空线路由 Double-Circuit Transmission Line 块建模，该块是一个 U 型替代图，考虑了电路之间的互感。系统参数为
| 元素 | 参数
| ----------- | ----------- |
| 电力系统 | 等效电磁场$E = 115\angle-44.9° кВ$| 发电机 1-6 | 等效电磁场 1-6
| 发电机 1-6 | 等效电磁场$E = 10.5\angle0° кВ$| 高架线 1,2
| 高架线路 1,2 |$L = 50км$
交流 240/32
| tr 1-6 | td-63000/110
TR 所有中性点接地时的经验¶
导入处理 LaTeX 图形和线条所需的模块：
using Plots
gr()
加载模型
model_name = "grounded_neutral_network_effect";
model_name in [m.name for m in engee.get_all_models()] ? engee.open(model_name) : engee.load( "$(@__DIR__)/$(model_name).engee");
通过改变与开关相连的常数块的值，在 TR 的所有中性点接地的情况下，为第一次实验设置模型。如果常数为零，则断路器处于闭合状态，否则断路器处于断开状态。因此，为了使 TP 中性点接地，有必要设置以下常数值：
# Замыкание всех нейтралей на землю
for i in 1:6
engee.set_param!(model_name*"/Заземление-"*string(i)*"/Constant "*string(i), "Value" => 0);
engee.set_param!(model_name*"/Заземление-"*string(i)*"/Constant_ react-"*string(i), "Value" => 1);
end
运行加载模型：
results = engee.run(model_name);
为导入仿真结果，已提前启用所需信号的日志记录并设置了名称。将变量 results 的电流和电压瞬时值转换为独立矢量：
# вектор времени симуляции
sim_time = results["i_a_kz"].time;
# ток в месте КЗ
i_fault = hcat(results["i_a_kz"].value,results["i_b_kz"].value,results["i_c_kz"].value);
# напряжение нейтрали ТР 6
Un = results["Un"].value;
# напряжение фазы B в месте КЗ
v_b_kz = results["v_b_kz"].value;
测量点故障位置的短路电流图表 2：
plot(sim_time, i_fault./1e3, label = [L"I_a" L"I_b" L"I_c"], title = "Токи КЗ",
linecolor = [:orange :green :red], ylabel = "I, кА", xlabel="Время, c", size = (700,440))
println("Ударный ток = "*string(round(maximum(i_fault)))*" А")
print("Действующее значение периодической составляющей = "*string(round(maximum(i_fault[8000:10000,:])/sqrt(2)))*" А")
当所有变压器中性点均接地时，单相短路电流值会相当高。建议采取措施降低这些数值，以尽量减少断路器的磨损和设备的过载。为此，可以将变压器中性点部分接地，这样可以增加零序电网的总电阻，降低单相短路电流。将所有中性点接地的优点是 TR 中性点和未受损相位上不会出现过电压。
四个 TR 中性点接地的经验：¶
通过改变连接到断路器的常数块的值，可以建立 TR 的四个中性点接地模型。TR 中性点接地必须设置以下常数值：
# разземление части нейтралей
for (i,j) in zip(1:6,[0 0 1 1 1 1])
engee.set_param!(model_name*"/Заземление-"*string(i)*"/Constant "*string(i), "Value" => j);
engee.set_param!(model_name*"/Заземление-"*string(i)*"/Constant_ react-"*string(i), "Value" => 1);
end
运行加载的模型并导入结果：
results = engee.run(model_name);
# вектор времени симуляции
sim_time = results["i_a_kz"].time;
# ток в месте КЗ
i_fault = hcat(results["i_a_kz"].value,results["i_b_kz"].value,results["i_c_kz"].value);
# напряжение нейтрали ТР 6
Un = results["Un"].value;
# напряжение фазы B в месте КЗ
v_b_kz = results["v_b_kz"].value;
测量点故障位置的短路电流图 2：
plot(sim_time, i_fault./1e3, label = [L"I_a" L"I_b" L"I_c"], linecolor = [:orange :green :red],
title = "Токи КЗ", ylabel = "I, кА", xlabel="Время, c", size = (700,440))
println("Ударный ток = "*string(round(maximum(i_fault)))*" А")
print("Действующая пероидическая составляющая = "*string(round(maximum(i_fault[8000:10000,:])/sqrt(2)))*" А")
将四个 TR 的中性点接地后，短路电流降低了约 1.5 倍。
TR 6 接地和中性点之间的电压图：
plot(sim_time, Un./1e3, label = L"U_n", title = "Напряжение нейтрали", ylabel = "U, кВ", xlabel="Время, c", size = (700,440))
println("Действующее напряжение на нейтрали = "*string(round(maximum(Un)/sqrt(2)))*" В")
println("Коэффициент замыкания на землю = "*string(round(maximum(v_b_kz)/(110e3*sqrt(2/3)),digits=3)))
TP 中性线部分接地的反面是在未接地的中性线上出现电压。在选择限制单相短路电流的措施时，有必要考虑到这一事实，并避免 TR 中性线上的工频电压超过长期允许水平。通过电抗器接地可降低 TR 中性线上的电压值。另一个问题是未损坏相（本例中为 B 相和 C 相）的电压升高。接地故障系数的值大于 1.4，这在阀式避雷器和避雷器的运行条件下是不可接受的。
所有 TR 通过电抗器接地的经验¶
电抗器的感抗为 10 欧姆。通过改变与开关相连的常数块的值，可以调整模型，以获得 TR 中性点通过电抗器接地的经验。为了连接电抗器，必须设置以下常数值：
# подключение реакторов
for i in 1:6
engee.set_param!(model_name*"/Заземление-"*string(i)*"/Constant "*string(i), "Value" => 1);
engee.set_param!(model_name*"/Заземление-"*string(i)*"/Constant_ react-"*string(i), "Value" => 0);
end
运行加载的模型并导入结果：
results = engee.run(model_name);
# вектор времени симуляции
sim_time = results["i_a_kz"].time;
# ток в месте КЗ
i_fault = hcat(results["i_a_kz"].value,results["i_b_kz"].value,results["i_c_kz"].value);
# напряжение нейтрали ТР 6
Un = results["Un"].value;
# напряжение фазы B в месте КЗ
v_b_kz = results["v_b_kz"].value;
测量点短路点的短路电流图 2：
plot(sim_time, i_fault./1e3, label = [L"I_a" L"I_b" L"I_c"], title = "Токи КЗ",
linecolor = [:orange :green :red], ylabel = "I, кА", xlabel="Время, c", size = (700,440))
接地和中性线 TR 之间的电压图 6：
plot(sim_time, Un./1e3, label = L"U_n", title = "Напряжение нейтрали", ylabel = "U, кВ", xlabel="Время, c", size = (700,440))
println("Действующее напряжение на нейтрали = "*string(round(maximum(Un)/sqrt(2)))*" В")
println("Коэффициент замыкания на землю = "*string(round(maximum(v_b_kz)/(110e3*sqrt(2/3)),digits=3)))
在 TR 中性线上连接电抗器会导致相对于故障位置的零序总电阻增加，从而降低单相故障电流值。与 TR 中性点部分接地相比，这种方法可显著降低中性点和未损坏相的过电压，而短路电流的增加却不明显。
附录¶
尝试自行更改以下模型参数，并研究其对模拟结果的影响：
- 将架空线路长度减少和增加 25 km；
- TR 的接地中性点数量；
- 将电抗器的电阻增加一倍。
结论¶
在本示例中，使用了 Engee 模型的指令控制工具和仿真结果上传工具，并展示了 Plots 模块的工作。测量的电流和电压从 result 变量导入工作区，然后绘制成时间图和文本图。显示并分析了 TR 中性点接地和在其中加入电抗器对单相短路电流的影响。
从降低单相短路电流以及限制中性点和未受损相的过电压的角度来看，在 TR 中性点中使用电抗器最为有效。不过，这种措施需要额外的资本和运营成本，因此在选择限制单相短路电流的方法时，应根据电网方案的所有特点、设备特性和规范性文件的要求，对每种情况进行单独考虑。
参考文献¶
1.RD 34.20.176.电力系统 110-220 千伏电网单相短路电流限制准则》（苏联能源部于 1984 年 12 月 10 日批准），网址：https://meganorm.ru/Data2/1/4294817/4294817287.htm（访问日期：2024 年 12 月 2 日）。 2.Sto 34.01-21.1-001-2017.电压为 0.4-110 千伏的配电网。技术设计要求。URL: https://www.rosseti.ru/upload/iblock/c59/3yblo2sg3d5w1jd1qzun11h05ypjx66f/СТО%2034.01-21.1-001-2017v2022.pdf (дата обращения 09.12.2024) 3.俄罗斯联邦能源部 2024 年 1 月 15 日第 6 号令 "关于批准最高电压为 35-750 千伏的交流变电站技术设计方法指南》。URL: http://publication.pravo.gov.ru/document/0001202407020008 （发布日期：2024 年 12 月 9 日）