带隔离中性点网络中的故障¶
模型描述¶
本示例考虑的是带隔离中性点的网络故障。该模型代表一个 110/10 kV 降压变电站和一个 10 kV 配电网络，其中有三条馈线。0.2 秒时，第三条馈线电缆线 (CL) 4 末端的 A 相发生单相接地故障 (SPE)，0.5 秒时，第一条馈线电缆线 (CL) 2 末端的 B 相发生接地故障，从而在 A 相和 B 相之间形成故障电流环流。在相隔 100 毫秒的 1 秒钟时间内，第一和第三馈电线上的断路器跳闸，模拟继电保护动作并消除双重接地故障。该示例显示了使用命令控制从脚本开发环境中运行模型的过程以及仿真结果的可视化。模型测量了每条馈线起始端的电流和电压。模型外观：
电源由 * 电压源（三相）* 块建模。电缆线路由 Three-Phase PI Section Line 块建模。变压器由三相变压器（双绕组）.html) 块建模。故障由 Fault (Three-Phase) 模块建模，在该模块的设置中，可使用 Failure mode 下拉菜单选择故障类型。故障由 Circuit Breaker (Three-Phase) 模块跳闸，该模块模拟继电保护跳闸。 负载由 Wye-Connected Load 模块模拟。
系统参数 [1,2]：
| 元件 | 参数 | | 参数
| ----------- | ----------- |
| 系统 | 平衡节点
$U_{ном} = 121 кВ$|
tr 1 | tdn-16000/110/10 | tr 2 | tmn-16000/110/10 | tr 3 | tmn-16000/110/10
| TR 2 | TMG-2000/10/0.4
| TR 3 | TMG-2000/10/0.4
| TR 4 |TMG-1250/10/0.4
| TR 5 | TMG-400/10/0.4
| TR 6 | TMG-630/10/0.4
| CL 1 | 3xAPVV 1x240;$L = 1 км$| | CL 2 | 3xAPVV 1x240; |
| CL 2 | 3xAPVV 1x120;$L = 1 км$
| CL 3 | 3xAPVV 1x95；$L = 2 км$
| CL 4 3xAPVV 1x70;$L = 1 км$
| CL 5 | 3xAPVV 1x70;$L = 1.2 км$
| 负载 1 |$S_{нагр} = 1.5+j1.125 МВА$| 负载 2 |
| 负载 2 |$S_{нагр} = 1.5+j1.125 МВА$| 负载 3 |
| 负载 3 |$S_{нагр} = 1+j0.8 МВА$| 负载 4 |
| 负载 4 |$S_{нагр} = 0.35+j0.17 МВА$| 负载 5 |
| 载荷 5 |$S_{нагр} = 0.55+j0.34 МВА$|
运行模型¶
导入处理图形和 LaTex 字符串所需的模块：
using Plots
using LaTeXStrings
gr();
加载模型：
model_name = "isolated_neutral_network_fault"
model_name in [m.name for m in engee.get_all_models()] ? engee.open(model_name) : engee.load( "$(@__DIR__)/$(model_name).engee");
运行已加载模型
results = engee.run(model_name);
建模结果¶
要导入模拟结果，必须事先启用必要的信号记录并设置其名称。将变量 results 的电流和电压瞬时值转换为单独的矢量：
# вектор времени симуляции
sim_time = results["i_a_1"].time;
# вектора токов и напряжений в точке измерения 1
i_1 = hcat(results["i_a_1"].value,results["i_b_1"].value,results["i_c_1"].value,results["3I0_1"].value);
v_1 = hcat(results["v_a_1"].value,results["v_b_1"].value,results["v_c_1"].value);
# вектора токов и напряжений в точке измерения 3
i_3 = hcat(results["i_a_3"].value,results["i_b_3"].value,results["i_c_3"].value,results["3I0_3"].value);
v_3 = hcat(results["v_a_3"].value,results["v_b_3"].value,results["v_c_3"].value,results["3V0_3"].value);
变电站低压母线上的 3 号馈线电流和电压图：
p1 = plot(sim_time, v_3[:,1:3]./1e3, label = [L"U_a" L"U_b" L"U_c"],
title = "Напряжения", linecolor = [:orange :green :red], ylabel = "U, кВ", xlabel="Время, c");
p2 = plot(sim_time, i_3[:,1:3], label = [L"I_a" L"I_b" L"I_c"],
title = "Токи", linecolor = [:orange :green :red], ylabel = "I, А", xlabel="Время, c");
plot(p1, p2, layout=(2,1),legend = true, size = (750,440))
当 A 相与大地短路时，该相相对于大地的电压为零，因此未受损相的电压等于线路电压。这是绝缘中性线网络的缺点之一。0.5 秒后，如果第一条馈线 CL 2 端 B 相发生接地故障，单相故障将转变为双相故障。由于故障电流成倍增加，故障相电压显著降低。
变电站低压母线上的无功电压图：
plot(sim_time, v_3[:,4]./1e3, label = L"3U_0", title = L"3U_0", linecolor = :orange, ylabel = "U, кВ", xlabel="Время, c")
NC 电压振荡图与短路故障相对应。变电站母线上的 NC 电压用于判断网络中是否存在短路故障。
第三条馈线在 0 至 0.4 秒时间间隔内的零序电流 (NSC) 图：
plot(sim_time[1:Int(indexin(0.4, sim_time)[1])],
i_3[1:Int(indexin(0.4, sim_time)[1]),4], title = L"3I_0",
linecolor = :orange, ylabel = "I, А", xlabel="Время, c", legend = false)
零序电流是由未损坏相与大地之间的电容电流引起的。如果其值很小（如本例），则无需立即跳闸。由于短路电流值较小，线路电压的幅值保持不变，相位偏移 120°。在这种情况下，供电可以一直保持到检测到故障为止。由于电网 10 千伏侧所有变压器的绕组均为三角连接，因此绕组与地面隔离，不会有故障电流流过变压器。
0.4 至 1.5 秒时间间隔内 1 号和 3 号馈线的 NP 电流图：
p1 = plot(sim_time[Int(indexin(0.4, sim_time)[1]):end], i_1[Int(indexin(0.4, sim_time)[1]):end,4],
title = L"3I_0(фидер\,1)", ylabel = "I, А", xlabel="Время, c")
p2 = plot(sim_time[Int(indexin(0.4, sim_time)[1]):end], i_3[Int(indexin(0.4, sim_time)[1]):end,4],
title = L"3I_0(фидер\,3)", ylabel = "I, А", xlabel="Время, c")
plot(p1, p2, layout = (2,1), legend=false, size = (750,440))
当 B 相发生第二次接地故障时，B 相出现故障电流回路，故障电流通过 A 相和 B 相之间的接地流。故障电流值大的原因是由 CL1、CL2、CL4 和 TR1 电阻组成的电流回路电阻较小。
附录¶
尝试自行更改以下模型参数，并研究这对短路故障时的电流和电压有何影响：
- 将电缆线路的长度增加一倍；
- 将 B 相的短路区块移至母线 TR1。
输出¶
该示例显示了从单相接地故障到双相接地故障的过程。使用 Engee 模型命令工具从脚本开发环境中加载并运行模型。测量到的电流和电压从 result 变量导入工作区，并绘制成时间图。
参考文献¶
1.电网设计参考书 / D.L. Faibisovich 编. edited by D.L. Faibisovich.- 4th edition, revision and addendum - M. : ENAS, 2012.- 376 с.: ill. 1.设计师手册。电压为 6-35 kV 的交联聚乙烯绝缘电缆。卡姆斯基电缆有限公司。URL: https://www.kamkabel.ru/netcat_files/userfiles/6-35-www.pdf?ysclid=m2j0odmzen889432059 (accessed 21.10.2024).