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基于SIMULINK的不接地系统中电磁式电压互感器铁磁谐振过电压故障及消谐措施仿真研究
摘要
中性点不接地系统中电磁式电压互感器（PT）的铁磁谐振过电压是电力系统中常见的故障，其产生的主要原因是在电压互感器的内部发生铁芯饱和，其根本原因就是PT铁芯的非线性励磁特性。
本文从基本的铁磁谐振电路、PT饱和引起中性工频位移过电压、谐波谐振过电压和谐振参数范围等方面剖析铁磁谐振过电压的原理。研究单相接地故障消除等引起铁磁谐振过电压的方式，讨论不同防止铁磁谐振产生的方法，叙述不同铁磁谐振的特点和危害。
本文运用MATLAB/SIMULINK建立铁磁谐振仿真模型，研究包括系统运行方式、初相位对铁磁谐振的影响、系统对的电容和单相接地电阻等影响铁磁谐振的参数。仿真结果表示单相接地故障消除激发的铁磁谐振与故障消除时初始相位有关，同时电压水平还受系统对地电容和PT一次侧直流电阻和接地电阻等参数制约。
根据系统仿真模型，通过仿真分析比较了励磁特性好的PT、增大系统接地电容、系统中性点经电阻接地、系统中性点经消弧线圈接地、PT一次侧中性点经电阻接地和PT开三角形接地电阻等常用消谐措施的抑制效果。仿真显示，这些消谐措施能在一定程度上抑制铁磁谐振过电压，但各有缺陷和适用范围。
针对常用消谐措施的不足，提出了一种采用阻抗可调变压器作为消弧线圈的消谐新措施，并通过仿真验证了消谐新措施的有效性。
关键词：不接地中性系统；电磁电压互感器；铁磁谐振过电压；谐波消除措施
目录TOC\o1-3\h\z\u
第1章引言 1
1.1课题提出 1
1.2国内外研究现状 1
1.3本文主要研究内容 2
第二章铁磁谐振过电压的机理分析 3
2.1基本的铁磁谐振电路 3·
2.2PT非线性励磁特性 5
2.3PT饱和引起的铁磁谐振过电压 6
2.3.1工频位移过电压 7
2.3.2铁磁谐振参数范围 8
2.4铁磁谐振的激发方式 9
2.4.1单相接地故障 9
2.5PT铁磁谐振的特点与危害 10
2.5.1铁磁谐振的特点 10
2.5.2铁磁谐振的危害[8] 10
第三章铁磁谐振过电压仿真研究 11
3.1某工厂的中性点不接地系统 11
3.2不同激发方式引起的铁磁谐振过电压 13
3.2.1单相接地故障消除 13
3.3影响铁磁谐振过电压的参数 13
3.3.1初相位对铁磁谐振的影响 13
3.3.2系统对地电容 17
3.3.3单相接地电阻 20
3.4本章小结 24
第四章铁磁谐振过电压消谐措施仿真研究 25
4.1改变系统参数 25
4.1.1运用良好励磁特性的电压互感器 25
4.2阻尼谐振能量 30
4.2.1PT一次侧中性点经电阻接地 30
4.2.2PT开口三角接电阻 34
4.3本章小结 34
第五章结论 36
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第1章引言
1.1课题提出
中性点不接地系统中，铁磁谐振过电压历来都是毁坏电力系统运转的隐患之一，很容易造成人身安全和设备破坏，由铁磁谐振短路故障或者是某些不当操作引发的事故比比皆是，这是影响电力安全的重要原因，这是因为电力系统具有运参的随机性和系统的内部比较复杂，所以一直以来都是各大高校的重点研究项目和国家关心的事情，越来越引起有关部门的重视，所以本文对PT系统展开研究，更大程度上理解有关过电压铁磁谐振的意义。
1.2国内外研究现状
电力系统发展的初级阶段，容量较小，普遍认为发生绝缘故障是因为工频电压的增大。由于对过电流的一系列危害作用估计不足，同时对电力设备耐受频繁过电流冲击的能力估计过高，所以，电力设备的中性点最初都采用直接接地方式运行。REF_Re\r\h[2]
从上世纪五、六十年代至今，各个领域发展迅速，电力系统也是如此，包括单相接地故障、弧光接地故障等各种越来越多，造成频繁的停电事故。于是，便将上述的直接接地方式改为不接地方式运行REF_Re\r\h[2]。
这些年，使电力系统的传输的距离和系统中的容量的都得到了良好的改善。在这种情况下发生单相接地故障时，接地电容电流在故障点形成的电弧不能自行熄火，同时，间歇电弧产生的过电压往往又使事故扩大，显著地降低了电力系统的运行可靠性REF_Re\r\h[2]。
世界各国的学者对防止铁磁谐振的发生进行过各种各样的研究和探索。德国电气专业的学者针对避免对通信线路的干扰和保障铁路信号的正确动作，运用了中性点经消弧线圈