电力系统课程设计

电力体系分析课程设计申报

题 目 电力体系分析课程设计 系 (部 ) 信息科技与电气工程学院 专 业

班 级

指导教师

学生姓名 学 号

12月 2 日至 12月 13日 共 2 周

指导教师（签 字） 系 主 任（签 字）

2020年 12月 13 日

摘 要

本文先对电力体系的短路故障做了扼要介绍，分析了线路运行的基来源差不多理及其运行特点，并对短路故障的过程进行了理论分析。在深刻分析三相短路故障的稳态和暂态电气量的差不多上，总结阐述了当今三相短路的的各类风行筹划，分别阐述了其基来源差不多理和存在的局限性。并应用派克变换及d.q.o坐标体系的发电机全然方程和拉氏运算等对个中的三相短路故障电流等做了具体的阐述。同时应用Matlab中的simulink仿真软件包，建立了短路体系的同一模型，经由过程设置同一的线路参数、仿真参数。给出了仿真成果及线路各重要参数的波形图。最后依照仿真成果，分析今朝主动选线法存在的重要问题及今后的成长偏向。

关键词：短路故障；派克变换；拉氏运算；Matlab

ABSTRACT

This paper first on the three-phase short circuit of electric power system is briefly introduced,

analyzed the basic principle of operation of three-phase circuit and its operation characteristic, and the three-phase short circuit fault process undertook theoretical analysis. In depth analysis of three-phase short circuit fault of steady state and transient electrical quantities based on the summary, the three-phase short circuit of various popular programs, respectively, expounds its basic principles and limitations. And the use of Peck transform and d.q.o coordinate system of the generator basic equation and Laplace operator on the three-phase short-circuit current in detail. And the use of Matlab in the Simulink simulation software package, to establish a unified model of three-phase short-circuit system, by setting the unified circuit parameters, the simulation parameters. The simulation results are presented and the main parameters of the waveform of line. Finally, according to the simulation results, analysis of the current automatic line selection method the main existing problems and the future direction of development.

Keywords：Short-circuit failure ;Peck transform;The Laplace operator;Matlab

目 录

第一章 序言............................................................ 4 1.1 短路故障研究依照................................................. 4 1.2 国表里研究近况................................................... 4 1.2.1 国外研究近况................................................ 1 1.2.2 国内电力体系研究近况........................................ 2 第二章 电力体系对称短路分析.............................................. 5 2.1 电力体系中短路的全然概括......................................... 5 2.1.1 短路的分类.................................................. 5 2.1.2 短路产生的缘故.............................................. 6 2.1.3 短路产生的损害.............................................. 6 2.1.4 短路故障分析的内容和目标.................................... 7 2.2 简单无穷大年夜电源体系三相短路电流分析........................... 7 2.2.1 简单无穷大年夜电源供电体系的三相短路暂态电流................ 7 2.2.2 短路后的暂态过程分析........................................ 8 2.2.3 短路冲击电流.............................................. 10 2.2.4最大年夜有效值电流 ......................................... 11 第三章 电力体系短路电流的有用运算....................................... 12 3.1 交换电流初始值的运算............................................ 12 3.1.1运算的前提和近似 ........................................... 12 3.2 简单体系I''运算 ................................................. 14

第四章 短路体系的调试与仿真............................................. 17 4.1 仿真模型的设计与仿真............................................ 17 4.1.1 实例分析................................................... 17

4.1.2 仿真参数设置............................................... 17 4.2 仿真成果分析.................................................... 18 4.2.1 单相短路故障波形.......................................... 18 4.2.2 相间短路故障波形.......................................... 19

4.2.3 三相短路故障波形.......................................... 21

4.3 仿真分析小结.................................................... 22 第五章 结论与瞻望....................................................... 24 5.1 重要研究结论.................................................... 24 5.2 待解决的问题和瞻望.............................................. 24 参考文献................................................................ 26 申谢.................................................................... 27

第一章 序言

1.1 短路故障研究依照

电力体系的短路故障是严峻的，而又是产生几率最多的故障，一样说来，最严峻的短路是三相短路。当产生短路时,其短路电流可达数万安以至十几万安，它们所产生的热效应和电动力效应将使电气设备遭受严峻破环。为此，当产生短路时，继电爱护装配必须灵敏切除故障线路，以幸免故障部分连续遭受损害，并使非故障部分从不正常运行情形下摆脱出来,这要求电气设备必须有足够的机械强度和热稳固度，开关电气设备必须具备足够的开断才能，即必须经得起可能最大年夜短路的侵扰而不致破坏。是以,电力体系短路电流运确实是电力体系运行分析，设计运算的重要环节，专门多电业设计单位和小我倾泻极大年夜精力从事这一工作的研究。因为电力体系构造复杂，跟着临盆成长，技巧进步体系日趋扩大年夜和复杂化，短路电流运算工作量也随之增大年夜，采取运算机关心运算势在并行。

经由过程应用MATLAB软件进行的仿真，明白得在输电线路上产生各类故障时的体系变更情形。有针对性的改良输电线路所装设的爱护装配，使其能够或许在线路显现故障时灵敏做出反响，包管线路安稳运行，同时运行人员也能够依照爱护装配动作情形专门快地确信出故障点所处地位，为线路检修争夺宝贵时刻并削减因故障而带来的庞大年夜损掉。

安排在输电线路上的爱护装配，当被爱护的元件产生故障时，能主动、灵敏、有选择的将故障从电力体系中切除，以包管其余部分复原正常运行，并使故障元件免于连续受损害。当被爱护元件产生专门运行状况时，经必定延时动作于旌旗灯号，以使值班人员采取方法。

1.2 国表里研究近况

1.2.1 国外研究近况

电力体系市场成长中的主动操纵技巧趋势于操纵策略的日益优化，显现出适应性强、调和操纵完美、智能优势明显、区域分布日益均衡的成长趋势。在设计层面电力主动化体系更重视对多机模型的问题处理，且广泛借助现代操纵理论及

对象实现综合高效的操纵。在实践操纵手段的应用中合理引入了大年夜量的运算机、电子器件及长途通信应用技巧。而在研究人员的组合构建中电力企业本着千锤百炼、综合有用的原则强调基于多功能人才的结合作战模式。在整体电力体系中，其工作方法由原有的开环监测合理向闭环操纵赓续成长，且实现了由高电压等级主体向低电压丰富扩大的安稳、合理性过度，例如从能量治理体系向配电治理体系合理改变等。再者电力体系主动化实现了由单个元件到部分甚至全体系区域的广泛成长，例如实现了全过程的监测操纵及综合数据采集成长、区域电力体系的稳固操纵成长等。响应的其单一功能也实现了向多元化、一体化综合功能的成长，例如综合变电站实现了主动化成长与晋升。

经由了数十年的研究成长，国外先辈的运算机治理技巧、通信及操纵技巧实现了跨过式晋升，而新时代电力体系则毋庸置疑的成为集运算机、通信、操纵与电力设备、电力电子为一体的综合主动化操纵体系，其应用内涵赓续扩充、成长外延连续扩大，令电力体系主动化市场中包含的信息处理量越来越宏大年夜、综合身分越来越复杂，可不雅、可测的在数据范畴越来越宽敞，能够或许合理实施闭环操纵、实现优胜后果的操纵对象则越来越丰富。

1.2.2国内电力体系研究近况

我国电力成长的全然方针是：进步能源效力，爱护生态情形，加强电网扶植，大年夜力开创水电，优化成长煤电，积极推动核电扶植，适度成长天然气发电，鼓舞新能源和可再生能源发电，带动设备工业成长，深化体系体例改革。在此方针的指导下，结合近期电力工业扶植重点及目标，我国电力成长将显现以下四个光鲜特点：

1.主动化程度慢慢进步、安稳性和靠得住性受到充分看重。先辈的继电爱护装配、变电站综合主动化体系、电网调剂主动化体系以及电网平安稳固操纵体系获得广泛应用。跟着电网扶植和网架构造的加强、电网主动化程度的进步，大年夜陆电网平安稳固变乱大年夜幅降低。电网供电靠得住性也有较大年夜进步，平均供电靠得住性为99.820%。

2.经济、高效和环保。跟着大年夜容量机组的应用、电网的成长以及先辈技巧的广泛采取，煤耗与网损逐年降低。新建火电厂将广泛采取大年夜容量、高效、节水机组，采取脱硫技巧和操纵NOX的排放。到2020年，在人口密集地区，将扶植60GW的天然气发电机组和40GW的核电机组。在电网扶植方面，将采取先辈

技巧进步单位走廊输电才能、降低网损，加强情形和景不雅爱护，都市电网将慢慢进步电缆化率、推广变电站紧凑化设计。

3.构造调剂力度将会连续加大年夜。将重点推动水电流域梯级综合开创，加快扶植大年夜型水电基地，随机应变开创中小型水电站和成长抽水蓄能电站，使水电开创率有较大年夜幅度进步。合理结构成长煤电,加快技巧进级，节约资本，爱护情形，节约用水，进步煤电技巧水平和经济性。实现百万千瓦级压水堆核电工程设计、设备制造本土化、批量化的目标，周全操纵新一代百万千瓦级压水堆核电站工程设计和设备制造技巧，积极推动高温气冷堆核电技巧研究和应用。在电力负荷中间、情形要求严格、电价遭受力强的地区，随机应变扶植恰当范畴的天然气电厂，进步天然气发电比重。在风力资本丰富的地区，开创较大年夜范畴的风力发电场；在大年夜电网覆盖不到的边远地区，成长太阳能光伏电池发电；随机应变成长地热发电、潮汐电站、生物质能(秸秆等)与沼气发电等；与垃圾处理相结合，在大年夜中都市筹划扶植垃圾发电项目。

4.技巧进步和家当进级方法将会加快。电力工业要着眼于走出一条科技含量高、经济效益好、资本消费低、情形污染小的新型工业化门路，促进电力设备的本土化。须要重点成长以下几方面工作：

推广单机容量60万千瓦及以上大年夜容量超(超)临界机组。加大年夜大年夜型水电站扶植关键技巧的研究，加快大年夜容量水电机组设备制造本地化。积极成长洁净煤发电技巧；操纵空冷体系设计制造技巧和机组节水改革技巧；操纵大年夜容量机组烟气脱硫的设计制造技巧。加快100万千瓦级大年夜型核电站设备制造本地化过程。实现600千瓦至兆瓦级风电设备本地化。引进第三代核电技巧。

扶植功能完美、信息通顺、互相调和的电力调剂主动化体系，建立适应电力市场竞争须要的技巧支撑体系，电力行业的信息化达到国际先辈程度。

加快电网扶植，优化资本设备。加快推动西电东送三大年夜通道的输电线路扶植，合理筹划构造，积极采取先辈有用技巧进步线路输送容量，节约输电通道资本。扶植倔强、清晰、合理、靠得住的区域电网。推动大年夜区电网互联，恰当操纵交换同步电网范畴。

连续推动城乡电网扶植与改革，形成安稳靠得住的配电收集。完美城乡配电

网构造，加强供电才能。加快运算机技巧、主动化技巧和信息技巧的推广应用，进步城网主动化水平和供电靠得住性，知足城乡居平易近用电的需求。完美县城电网的功能、加强小城镇电网的供电才能，扩大年夜电网覆盖面。

成长轮回经济，创建节约型社会。加强发电、输变电、用电等环节的科学治理，进步能源应用效力。在加快电力扶植，保证电力供给的同时，将节约资本和进步能效晋升到与电力供给一致重要的地位。经由过程深化电力需求侧治理，加强全国联网，调剂家当构造，慢慢降低单位产值能耗等节能、节电的综合方法；经由过程节能、节电，加强全国联网，调剂家当构造，慢慢降低单位产值能耗等综合方法。

第二章 电力体系对称短路分析

2.1 电力体系中短路的全然概括

2.1.1短路的分类

在电力体系的运行过程中,经常会产生故障,如短路故障、断线故障等。个中大年夜多半是短路故障(简称短路)。

所谓短路,是指电力体系正常运行情形以外的相与相之间或相与地(或中性线)之间的连接。在正常运行时，除中性点外，相与相或相与地之间是绝缘的。表2-1示出三相体系中短路的全然类型。电力体系的运行体会注解，单相短路接地占大年夜多半。三相短路时三相回路仍旧是对称的，故称为对称短路；其它几种短路均使三相回路纰谬称，故称为纰谬称短路。

表 2-1 常见短路差不多分类

短路种类 短路类型 示意图 符号 产生几率 对称短路 三相短路 单相接地短路 f (3)5% f (1)10% 纰谬称短路 两相短路 两相接地短路 f (2)65% f(1,1) 20%

产生短路的重要缘故是电气设备载流部分的相间绝缘或相对地绝缘被破坏。例如架空输电线的绝缘子可能因为受到过电压（例如由雷击引起）而产生闪络或因为空气的污染使绝缘子别处在正常工作电压下放电。再如其它电气设备，发电机、变压器、电缆等的载流部分的绝缘材料在运行中破坏。鸟兽跨接在裸露的导线载流部分以及大年夜风或导线覆冰引起架空线路杆塔倾圯所造成的短路也是习认为常的。此外，运行人员在线路检修后未拆除地线就加电压等误操作也会引起短路故障。电力体系的短路故障大年夜多半产生在架空线路部分。总之，产生短路的缘故有客不雅的，也有主不雅的，只要运行人员加强义务心，严格按规章轨制干事，就能够把短路故障的产生操纵在一个专门低的限度内。

2.1.2 短路产生的缘故

电力体系产生短路的缘故专门多，其根来源差不多因是电气设备的各相载流部分的绝缘遭到破坏，导致相与相之间或者相与地之间产生击穿放电现象。产生短路的缘故专门多，重要有如下几个方面：

（1）雷击等各类情势的过电压以及绝缘材料的天然老化，或遭受机械毁伤，致使载流导体的绝缘被破坏；

（2）弗成估量的天然破坏，例如架空线路因大年夜风或导线履冰引起电杆倾圯等，或因鸟兽跨接裸露导体等；

（3）天然的污秽加重降低绝缘才能；

（4）运行人员违抗安稳操作规程而误操作，例如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压引起短路等。

2.1.3 短路产生的损害

电力体系产生短路故障后，平日会产生专门大年夜的短路电流，对电力体系的正常运行带来专门大年夜的损害：

（1）短路产生时往往会伴有电弧产生，它不仅能烧坏故障元件本身，也可能烧坏四周设备和损害四周的人员；

（2）产生从电源到短路故障点庞大年夜的短路电流，可达正常负荷电流的几倍到几十倍；短路电流畅过电气设备，一方面会使导体大年夜量发烧，导致设备因过热而破坏；另一方面容大年夜的短路电流还将产生专门大年夜的电动力感化于导体，使导体变形、扭曲或破坏；

（3）短路也同时引起体系电压大年夜幅度降低，专门是接近短路点处的电压降低得更多，从而可能导致部分用户或全部用户的供电遭到破坏。收集电压的降低，使供电设备的正常工作受到破坏，也可能导致工厂的产品报废或设备破坏，如电念头过热受损等；

（4）电力体系中显现短路故障时，体系功率分布的突然变更，可能破坏各发电厂并联运行的稳固性，导致全部体系解列甚至崩溃和崩溃。

（5）产生纰谬称短路时，三相不均衡电流会在相邻的通信线路感应出电动势，产生的不均衡交变磁场对四周的通信收集、旌旗灯号体系、晶闸管触发体系及主动操纵体系产生干扰。

2.1.4 短路故障分析的内容和目标

电力体系的安稳运行，起首是电力设备的安稳运行，当电力设备产生短路故障时，起重要求快速精确的切除故障，这就要求在电力体系的设计和运行中，须要合理的选择电气设备、电气接线，精确的设备和设计继电爱护以及限制短路电流的方法。例如，选择断路器，必须包管断路器的开断容量大年夜于体系产生短路时流过本歧路的最大年夜短路电流，同时还要进行短路后的热稳固和动稳固校验。再比如，继电爱护的整定，也须要对体系进行短路运算和分析。

短路故障的分析和运算，主假如短路电流的运算和分析。当体系突然产生短路时，短路电流将从故障前的正常运行电流过渡到故障后的稳态电流，短路电流

是从短路后跟着时刻的变更而变更的，是以有须要对电力体系三相短路后的故障暂态过程进行分析。别的，同步发电机转子中的暂态电流将导致在定子中感应出衰减的工频重量、衰减的倍频重量和衰减的直流重量。下面将分别对无穷大年夜电源体系和同步发电机机端产生三相短路后，短路电流的过度过程进行分析和运算。

2 .2 简单无穷大年夜电源体系三相短路电流分析

2.2.1 简单无穷大年夜电源供电体系的三相短路暂态电流

如图2-1所示的简单对称三相体系，电源为无穷大年夜功率电源，即恒定电势源，A相的电源eA(t)Emcos(0t)，B相和C相的电源依次与A相相差120度。假设在t=0时刻，突然在F点产生三相短路时，分析其暂态过程。

图2-1 无穷大年夜电源三相体系

2.2.2 短路后的暂态过程分析

关于图2-1所示的三相电路，短路产生前，电路处于稳态，其a相的电流表达式为：

iaIm0sin(t0) (2-1)

式中Im0Um(RR)22(LL)2 (2-2)

0arctg(LL)(RR) (2-3)

当突然产生三相短路时，那个电路即被分成两个自力的回路。左边的回路仍

与电源连接，而右边的回路则变为没有电源的回路。在右边回路中，电流将从短

路产生刹时的值赓续地衰减，一向衰减到磁场中储存的能量全部变为电阻中所消费的热能，电流即衰减为零。在与电源相连的左边回路中，每相阻抗由本来的

RRjLL减小为RjL，其稳态电流值必将增大年夜。短路暂态过

程的分析与运算确实是针对这一回路的。

短路的全电流为：

iaImsin(t)[Im0sin(0)Imsin()]etTa (2-4)

因为三相电路对称，只要用(120)和(120)代替式（2-4）中的就可分别获得b相和c相电流表达式。现将三相短路电流表达式综合如下：

iaImsin(t)[Im0sin(0)Imsin()]etibImsin(t120)[Im0sin(1200)Imsin(120)]eTa

ticImsin(t120)[Im0sin(1200)Imsin(120)]eTatTa(2-5)

图 2-2三相电流短路波形图

图2-2示出三相电流变更的情形（在某一初始相角为时）。由图可见，短路前三相电流和短路后三相的交换重量均为幅值相等、相角相差120的三个正弦电流，直流重量电流使t=0时短路电流值与短路前刹时的电流值相等。因为有了直流重量，短路电流曲线的对称轴不再是时刻轴，而直流重量曲线本身确实是短路电流曲线的对称轴。是以，当已知一短路电流曲线时，能够应用那个性质把直流重量从短路电流曲线平分别出来，立即短路电流曲线的两根包络线间的垂直线等分，如图2-2中ic所示，获得的等分线确实是直流重量曲线。

由图2-2还能够看出，直流重量肇端值越大年夜，短路电流瞬时价越大年夜。在电源电压幅值和短路回路阻抗恒定的情形下，由式（2-4）和（2-5）可知，直流重量的肇端值与电源电压的初始相角（响应于时刻产生短路）、短路前回路中的电流值Im0有关。由式（2-4）可见，因为短路后的电流幅值Im比短路前的电流幅值Im0大年夜专门多，直流重量肇端值ia0的最大年夜值（绝对值）涌现在|ia0| 的值最小、|ipa0|的值最大年夜时，即||90，Im00时。在

0高压电网中，感抗值要比电阻值大年夜得多，即LR，故90，现在，或180。

三相中直流电流肇端值弗成能同时最大年夜或同时为零。在随便率性一个初相角下，总有一相的直流电流肇端值较大年夜，而有一相较小。因为短路瞬时是随便率性的，是以必须推敲有一相的直流重量肇端值为最大年夜值。

依照前面的分析能够得出如许的结论：当短路产生在电感电路中、短路前为空载的情形下直流重量电流最大年夜，若初始相角知足||90，则一相（a相）短路电流的直流重量肇端值的绝对值达到最大年夜值，即等于稳态短路电流的幅值。

2.2.3 短路冲击电流

短路电流在前述最恶劣短路情形下的最大年夜瞬时价，称为短路冲击电流。 依照以上分析，当短路产生在电感电路中，且短路前空载、个中一相电源电压过零点时，该相处于最严峻的情形。以a相为例，将Im00、0、90代入式（2-5）得a相全电流的算式如下：

iaImcostIme

tTa （2-6）

图2-3 直流重量最大年夜时短路电流波形

ia电流波形示于图2-3。从图中可见，短路电流的最大年夜瞬时价，即短路冲击

电流，将在短路产生经由约半个周期后显现。当f为50Hz时，现在光约为0.01s。由此可得冲击电流值为：

iMImIme0.01Ta0.011eTaImKMIm （2-7） 式中KM称为冲击系数，即冲击电流值关于交换电流幅值的倍数。专门明显，KM值为1～2。在应用运算中，KM一样取为1.8～1.9。

冲击电流重要用于考查电气设备和载流导体的动稳固度。 2.2.4最大年夜有效值电流

在短路暂态过程中，任一时刻t的短路电流有效值It，是以时刻t为中间的一个周期内瞬时电流的均方根值，即

1122Itidt(iptiat)2dt(Im/2)2iat （2-8） TtT/2TtT/2tT/2tT/2式中假设在t前后一周内iat不变。

由图2-4可知，最大年夜有效值电流也是产生在短路后半个周期时

2IM(Im/2)2ia(Im/2)2(iMIm)2't0.01s2(Im/2)2Im(KM1)2Im212(KM1)2 （2-9）

KM1.9时，IM1.62(ImI)；KM1.8时，IM1.52(m)。 22

第三章 电力体系短路电流的有用运算

上一章评论辩论了无穷电源供大年夜电的体系三相短路电流的变更情形，认为短路后电源电压和频率均保持不变，忽视了电源内部的暂态变更过程，然则当短路点距电源较近时，必须计及电源内部的暂态变更过程，那个衰减变更过程重要分为三个时期即：次暂态时期、暂态时期和稳态时期，每一时期发电机都显现不合的电抗和不合的衰减时刻常数，此过程的分析较复杂。关于包含有专门多台发电机的实际电力体系，在进行短路电流的工程有用运算时，没有须要作复杂的

分析。实际上，电力体系短路电流的工程运算在大年夜多半情形下，只要求运算短路电流基频交换重量的初始值，也称为次暂态电流I。这是因为应用快速爱护和高速断路器后，断路器开断时刻小于0.1s，此外，若已厚交换重量的初始值，即能够近似决定直流重量以至冲击电流。交换重量初始值的运算道理比较简单，能够手算，但关于大年夜型电力体系则一样应用运算机来运算。工程上还用一种运算曲线，是按不合类型发电机，给出暂态过程中不应时刻短路电流交换重量有效值对发电机与短路点间电抗的关系曲线，它可用来近似运算短路后随便率性时刻的交换电流。

3.1交换电流初始值的运算

在短路后瞬时发电机可用次暂态电动势和次暂态电抗等值，因此短路交换重量初始值的运算本质上是一个稳态交换电路的运算问题，只是电力体系有些专门问题须要留意。

3.1.1运算的前提和近似

作为其等值电抗，（1） 各台发电机均用次暂态电抗xd即假设d轴和q轴等

。发电机的等值电势则为次暂态电势： 值电抗均为xdE''0U0jI''0x''d （3－1）

E因此不具有Eq和Ed那种在突然短路前后不变的特点，但从运算角度推敲近似认为E不突变是可取的。

调相机因此没有驱动的原念头，但在短路后刹时因为惯性，转子速度保持不变，在励磁感化下同发电机一样向短路点送短路电流。在运算I''时它和发电机

和E为其等值参数。一样以xd调相机在短路前若为欠激运行，即接收体系无功，0将小于端电压U0，因此只有在短路后端电压小于E时，依照式（3－1），其E00调相机才送出短路电流。

假如在运算中忽视负荷，则短路前为空载状况，所有电源的次暂态电动势均取为额定电压，其标幺值为1，同时同相位。

当短路点远离电源时，可将发电机端电压母线看作是恒定电压源，电压值取为额定电压。

（2）在电网方面，作为短路电流运算时能够比潮流运算简单。一样能够忽视线路对地电容和变压器的励磁回路，因为短路时电网电压较低，这些对“地”歧路的电流较正常运行时更小，而短路电流专门大年夜。别的，在运算高压电网时还能够忽视电阻。关于必须计及电阻的低压电网或电缆线路，为了幸免复数运算能够近似用阻抗模值Zr2x2进行运算。在标幺值运算中采取近似方法，即不推敲变压器的实际变比，而认为变压器的变比均为平均额定电压之比。

（3）负荷对短路电流的阻碍是专门难精确估量的。最简单和粗略的估量方法是不计负荷（均断开），即短路前按空载情形决定次暂态电动势，短路后电网上仍旧不接负荷。如许近似的可行性是基于负荷电流较短路电流小的多的原故，但关于运算远距离短路点的歧路电流可能会有较大年夜的误差。

短路前计及负荷只须要应用潮流运算所得的发电机端电压Ui0和发电机注入功率Si0，由下式求得各发电机的次暂态电动势：

.Pi0jQi0E''i0Ui0jx''d i1,2,ˆUi0G （3—2）

G为发电机的台数。

短路后电网中的负荷能够近似用恒定阻抗表示，阻抗值由短路前的潮流运算成果中的负荷端电压UDi0和SDi0求得：

2UDi i1,ZDiPDi0jQDi0.,L (3—3)

L为负荷总数。

这种近似的方法没有计及短路后瞬时电念头倒送短路电流的现象。短路同时电念头和调相机一样可能送出短路电流。异步电念头也能够用一个与转子绕组交链的磁链成正比的电动势，称为次暂态电动势E以及响应的次暂态电抗x（d、q轴雷同）作为定子交换重量的等值电动势和电抗。次暂态电动势在短路前后刹

和x''运算短路初始电流I''。当短路刹时异步电念头时不变，是以同样能够用E0端电压低于E''0时，异步电念头就变成了一个临时电源向外供给短路电流。

E''0由正常运行方法运算而得，设正常时电念头端电压为U0，接收的电流为I|0|，则：

（3－4） E''|0|U|0|jI|0|x''d 其模值为：

（3—5） E''0(U|0|I|0|x''sin|0|)2(I|0|x''cos|0|)2U|0|I|0|x''sin|0| 式中为功率因数角。若短路前为额定运行方法，x''取0.2，E''|0|0.9，

|0|电念头端点短路的交换电流初始值约为电念头额定电流的4.5倍。

异步电念头没有励磁电源，故短路后的交换最终衰减至零，同时因为电念头转子电阻相关于电抗较大年夜，该交换电流衰减较快，与直流重量的衰减时刻常数差不多，数值约为百分之几秒。推敲到此现象，在运算短路冲击电流时虽仍应用公式iMKMI''m，但一样将冲击系数KM取得较小，如容量为1000KW以上的异步电念头取KM=1.7～1.8。

实际上，负荷是综合性的，专门难精确计及电念头对短路电流的阻碍，同时一样电念头距短路点较远，供给的短路电流不大年夜，是以在有用运算中关于短路点邻近，明显供给短路电流的大年夜容量电念头，才按上述方法以E''|0|、x''作为电念头的等值参数运算I''。

.3.2简单体系I''运算

图3－1 简单体系等值电路

（a）体系图；（b）等值电路；（c）简化等值电路；（d）应用叠加道理的等值电路

图3－1（a）所示为两台发电机向负荷供电的简单体系。母线1、2、3上均接有综合性负荷，现分析母线3产生三相短路时，短路电流交换重量的初始值。图3－1（b）是体系的等值电路。在采取了E''|0|1和忽视负荷的近似后，运算用等值电路如图3－1（c）所示。关于如许的发电机直截了当与短路点相连的简单电路，短路电流可直截了当表示为：

I\"fE1\"|0|x1\"E2|0|x211 （3-6） x1x2 另一种方法是应用叠加道理，其等值电路图如7－6（d）所示，因正常情形下短路点的电流为零，则短路电流可直截了当由故障重量求得，即短路点短路前的开路电压（不计负荷时该电压的标幺值为1）除以电网对该点的等值阻抗。即：

IfUf|0|Uf|0| (3-7)

jxjx•\"••用标幺值表示则为：

I\"f1x1111x1x211 （3-8） x1x2式中x为电网对短路点的等值阻抗。这种方法因此具有一样的意义，即电网中任一点的短路电流交换重量初始值等于该点短路前的开路电压除以电网对该点的等值阻抗（该点向电网看到里面去的等值阻抗，也能够用戴维南定理求得），

。 这时发电机电抗为xd 假如是经由阻抗Zf后产生短路，则短路点电流为：

If•\"Uf|0| （3－9）

jxZf•

第四章 短路体系的调试与仿真

4.1仿真模型的设计与实现

4.1.1 实例分析

恒定电压源电路模型如图4-1所示。应用幻想三相电压源作为电路的供电电源；应用分布参数输电线路作为输电线路，输电线line1的长度为10km，输电线路line2的长度为10km；应用三相电路短路故障产生器进行不合类型的短路。电压源为Y接类型，输电线路line2端为中性点接地。拟定仿确实电力体系如图所示,应用幻想三相电压源作为电路的电源,电压源为Y型连接,中性点不接地;应用分布参数输电线作为输电线路,两条输电线路的参数设置雷同,Line1 末尾为中性点接地; 应用三相短路故障产生器使电路产生短路故障。

图4-1 仿真模型的设计与实现

4.1.2 仿真参数设置

当电路图设计完成后，对其进行仿真，达到不雅察短路接地电路中暂态变更情形。 （1） 在设置的三相电路短路故障产生器，将接地短路时刻设置为0.02。依照

接地短路产生时刻设置仿真参数。

（2） 在电路图的菜单选项中，选择仿真菜单，激活仿真参数敕令，弹出参数对

话框。

依照对暂态过程时刻估算，对仿真参数进行如下设置：

三相电源：电压初始相位为0，频率为默认50Hz不变，Y型接法 输电线路：线路长度10Km，其余参数保持为默认值不变。 三相短路故障产生器：A相接地短路，0.02s产生短路

仿真参数的设置：肇端时刻为0.02s，变步长，MATLAB 针对刚性体系供给了ode15 s，ode23 s，ode23 t 与ode23 tb 等算法。本文采取ode23算法。

4.2 仿真成果分析

4.2.1 单相短路故障波形(A相为绿线、B为红、C为蓝，A相产生短路故障)

图4-2 短路时体系各相电压 图4-3 短路时体系各相电流

图4-4 短路时故障点A相电压 图4-5 短路时故障点A相电流

图4-6 短路时故障点各相电压比较 图4-7 短路时故障点各相电流比较

关于中性点不接地体系当产生单相接地短路时，体系A相电压变为零，其他相电压变为本来对地电压的1.732倍，体系三相电流全然不产生变更；故障点A相对地电压变为零（完全接地），非故障相相对地电压升高1.732倍（线电压），故障点A相电流刹时增大年夜，然后慢慢变小最终消掉，其他非故障相电流不变。 4.2.2 相间短路故障波形(A相为绿线、B为红、C为蓝，A、B相产生短路故障)

图4-8 短路时体系各相电压 图4-9 短路时体系各相电流

图4-10 短路时故障点A相电压

图4-12 短路时故障点B相电压

图4-11 短路时故障点A相电流

图4-13 短路时故障点B相电流

图4-14 短路时故障点各相电压比较 图4-15 短路时故障点各相电流比较

当产生两相相间短路故障时，体系A和B相电压相对减小，C相电压变大年夜，A和B相电流增大年夜，C相电流不变；故障点处A和B相电压都变为零，非故障C相电压变为本来对地电压的1.732倍，故障点A和B相处的电流因为短路都增大年夜（且对称），非故障相的C相电流全然保持不变。

4.2.3 三相短路故障波形(A相为绿线、B为红、C为蓝，A、B、C相产生短路故障)

图4-16 短路时体系各相电压 图4-17 短路时体系各相电流

图4-18 短路时故障点A相电压 图4-19 短路时故障点A相电流

图4-20 短路时故障点各相电压比较 图4-21 短路时故障点各相电流比较

当产生三相短路故障时，三相短路故障为对称情势，只分析A相的电压电流情形就能够了。A相电压因为短路故障电压变为零，其电流受短路阻碍而刹时增大年夜如图4-18、4-19所示。

4.3 仿真分析小结

关于中性点不直截了当接地的电力体系，当产生单相接地故障时，因为回路

不直截了当构成短路回路，短路点电流不大年夜约为正常对地电容电流的3倍，不必直截了当切除接地相，电压变为0，但现在非接地相的对地电压却升为相电压的1.7倍（此电路中的接地短路对体系的电压电流阻碍不大年夜，全然保持不变），单相接地短路为产生几率较大年夜的短路故障且损害性较小；当产生相间短路故障时，故障点电压变为零，电流刹时增大年夜约为正常电流的420倍，电压变为0（现在体系中对应的故障相电压相对减小，非故障相电压变大年夜，故障相电流刹时增大年夜，非故障相电流全然保持不变），相间接地短路次之，但损害性比单相接地短路大年夜得多；三相短路故障是最为严峻的一种短路故障，其产生几率专门小，然则其损害性最大年夜，它将会使故障点处电流刹时激增，烧毁用电设备破坏全部电力供电体系。

第五章 结论与瞻望

上学期我进行了《电力体系分析》、《MATLAB在电气工程中的应用》等专业课程的进修，对应用MATLAB对电力体系故障分析部分的内容有了必定的明白得。经由过程此次课程设计，让我对单相短路故障的分析方面的常识操纵，又进一步获得巩固。其次，在此次课程设计中，本小构成员充分发挥了团队合作的精力，一路完成了全部课程设计的过程，大年夜家在设计的过程中一路评论辩论，分析，各施其责。也学到了专门多课内学不到的器械，比如自力思虑解决问题，显现缺点的因时制宜，和与人合作合营进步，都受益非浅，往后的制造应当更轻松，本身也都能扛的起并高质量的完成项目。

5.1 重要研究结论

l、单相接地故障的复杂性：配电网的构造是复杂多样、瞬息多变的，专门是产生单相接地故障时伴跟着电气稳态量和暂态量的变更，不管是稳态量照样暂态量，都有丰富的特点；稳态量幅值较小，如零序电流有时刻仅仅几个安培，经常被干扰旌旗灯号吞没；暂态量尽管幅值大年夜，但变更猛烈，连续时刻短，不易测量。

2、基于Matlab的三相短路故障仿真，较好的再现了故障产生时体系的零序电流和零序电压等物理量的变更。线路构造、参数的变更，过渡电阻的变更对故障体系物理量的阻碍，经由过程Matlab离线仿真完全的反应出来。三相短路电流的专门大年夜，破坏力强，短路点的电弧有可能烧坏电气设备。

3、幸免短路的方法有专门多，例如：1，选择发电厂和电网的接线方法、2，采取决裂绕组变压器和分段电抗器、3，采取线路电抗器。 每一种方法都有本身的有用范畴，我们应当依照实际情形，应用科学的理论解决问题。

5.2 待解决的问题和瞻望

l、本文在Matlab仿真平台下只建立了一个三相短路的简单仿真模型，关于更多复杂回路更多电气设备的复杂收集未涉及到仿真时采取了同一的架空线路、电缆线路参数，关于一些专门情形下的线路参数变更未涉及到。这些都对仿真成果有必定的阻碍。

2、有些三相短路故障是间歇性电弧故障。在故障电流第一次过零或几个周波后主动消掉，称为瞬时性故障，有些电弧故障则在故障消掉后义重燃，称为间歇性电弧故障，假如电弧只在故障电流过零时熄灭，过零后又重燃则称为稳固性电弧。电弧接地是一个稳固的熄、拉弧过程，可能引起体系运行方法的瞬时改变，导致电弧能的强烈振荡和积聚，故障电流中稳态旌旗灯号的含量专门柔弱，使得针对稳态信息的检测方法掉去了理论差不多。间歇性电弧故障因为故障过渡电阻的连续变更，使故障体系的零序电流、零序电压赓续变更，增长了故障信息检测分析的复杂性。

第六章 重要参考材料

[1]李光琦等.《电力体系暂态分析》 [2] 刘万顺.《电力体系故障分析》

[3] 牟道槐.《发电厂变电站电气部分》.重庆大年夜学出版社，1996年4月 [4] 卢文鹏, 吴佩雄 .《发电厂变电所电气设备》. 中国电力出版社,2005.1 [5] 熊信银, 范锡普《发电厂电气部分》.中国电力出版社,2004年9月（十五筹划教材）

[6]张志涌.《精晓MATLAB 6.5版》北京：北京航空航天大年夜学出版社，2003