电力系统输电线路短路故障仿真研究

论文总字数：14016字

摘 要

本文先对电力系统的短路故障做了简要介绍，分析了线路运行的基本原理及其运行特点，并对不同的短路故障过程进行了详细分析和解析。然后，在深入分析三相短路故障的稳态和暂态的基础上，总结了各种三相短路故障分析的实用性方案，并分别阐述了其基本原理和存在的局限性。以及运用对称分量法对其中的三相短路故障电流等做了详细的论述。并且利用MATLAB中的仿真软件包，建立了短路系统的统一模型，通过设定线路参数、仿真参数，给出了仿真结果及线路各主要参数的波形图。最后根据仿真结果，分析目前存在的主要问题及以后的发展方向。

关键词 ：MATLAB；短路电流故障；对称分量法

ABSTRATC

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. Then,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 symmetrical components method 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 main existing problems and the future direction of development.

Keywords：MATLAB ；Short-circuit failure ；symmetrical components method

目录

摘要 I

ABSTRATC II

第一章 引言 4

1.1 选题的背景及意义 5

1.2 选题的研究概况 6

1.3 选题的主要内容 6

第二章 横向不对称故障的分析 7

2.1 概述 7

2.2 横向不对称故障的分类 7

2.2.1 单相接地短路 7

2.2.2 两相接地短路 9

2.2.3 两相相间短路 11

第三章 输电线路短路故障模型 13

3.1 MATLAB简介 13

3.2仿真模型的建立 14

3.3 仿真参数设置 15

第四章 输电线路故障仿真波形分析 16

4.1单相接地短路故障仿真波形 16

4.2两相接地短路仿真波形 16

4.3两相相间短路仿真波形 17

4.4三相短路仿真波形 17

4.5仿真分析总结 18

第五章 结束语 19

第六章 致谢 20

参考文献 21

第一章 引言

1.1 选题的背景及意义

在电力系统中，电能中的生产、输送、分配、使用等环节是同时进行的，他和所用设备构成了一个统一整体。通常将生产、变换、输送、分配电能的设备，使用电能的设备以及测量、继电保护、控制装置及能量管理系统所组成的统一整体，成为电力系统。

电力系统中，各种电压等级的输配电力线路及升降变压器所组成的部分成为电力网络。输电线路在整个电力系统中起着重要的作用，因为，在现代的电力系统中，输电线路等级越来越大，输电距离也越来越远，而且，不同电网之间也都相互的联系在了一起，使得整个电网系统变得越来越复杂，一旦输电线路发生短路故障，可能造成局部电力系统发生故障，严重的可能会使得整条线路、整个电网系统发生长时间停电，特别是一次负荷发生停电事故。所以，怎样能够更好、更快的判断出故障类型、故障点，怎样能够更快的切除故障，在整个电力系统中将变得越来越重要。

1.2 选题的研究概况

随着电力系统现代化程度的不断提高和电源容量的不断增大,好的方面是电力网络提高了系统供电的可靠性和连续性,但是不好的方面是故障电流水平迅速提高,短路电流的危害也日益明显。

电力线路短路故障的分析主要内容包括短路故障的计算、短路容量的计算、故障后系统中各点电压的计算以及其他的一些分析和计算，如故障时线路电流与电压之间的相位关系等，如何能够更好地去分析去处理成为至关重要的问题。

在三相电力系统中，随着短路类型、发生地点和持续时间的不同，短路后可能只是破坏局部地区的正常供电，但也有可能威胁整个电力系统的安全运行。所以，需要对每种类型的故障分别建立所需的电路模型，设定不同的参数，以此来得出相应的结论。

虽然电能是一种商品，但是电能的生产、输送、分配和使用却有着极显明的特殊性，即：

1. 电能与国民经济各个部门、国防和日常生活之间的关系都很密切。由于电能与其他能量之间的转换十分方便，而且容易进行大量生产、远距离输送，所以广泛的使用电能。
2. 电能不能大量储存。能的生产、输送、分配和使用实际上是在同一时刻进行的。也就是说，发电设备在任何时刻所产生的总能量等于该时刻用电设备取用的电能和输、配电过程中电能总和。
3. 电力系统中的暂态过程十分迅速。在电力系统中，由于雷击或开关操作引起的过电压，其暂态过程非常短暂。为了使设备不致使暂态过程的发生而招致损坏，尤其是为了防止电力系统发生崩溃，必须在系统采用相应的快速保护和各种控制装置。
4. 对电能质量的要求比较严格。电能质量主要指频率、供电电压偏移和电压波形。我国电力系统的额定频率为50Hz。当额定频率与实际频率之间偏差较大时，对设备都会产生损坏，严重的可能导致
5. 电压崩溃。

电力系统运行的基本要求：

1. 保证系统运行的安全可靠性。电力系统的可靠性主要指保证对用户的持续供电，并保证系统本身的设备的安全。为了提高电力系统的稳定性，则系统必须有足够的电源容量和合理布局，同时在电网结构上也必须合情合理。
2. 保证良好的电能质量。在电力系统中，电压的容许，偏差以及谐波电压都不能超过规定值。
3. 保证系统运行的经济性。电能生产的规模很大，而且，一次能源在国民经济的消耗中占有很大的比重。所以，为了系统运行的经济性和节约资源，应在发电厂之间进行功率的经济调度。并且通过提高电厂本身的效率，减少厂用电降低电网的能量损失等。

电力系统总负荷是指系统中千万个用电设备消耗功率的总和。根据负荷对供电可靠性的要求，可以将用电负荷分为三级，即一级负荷、二级负荷、三级负荷。其中，一级负荷为重要负荷，三级负荷为一般负荷。

在电力输电系统中，电力线路分为架空线路路和电缆线路。而架空线路在整个电网中占有比重比较大，它是由导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具等组成。

1. 导线的作用是传输电能，有铜绞线、铝绞线等，
2. 避雷线是将雷电流引入大地以保护电力线路免受雷击。
3. 杆塔是用来支持导线和避雷线，按照杆塔材料分类有木杆、钢筋混凝土杆和铁塔三种。
4. 绝缘子是使导线和杆塔间保持绝缘。它是既起绝缘子作用又起横担作用。
5. 金具用于支持、持续、保护导线和避雷线，起到连接和保护绝缘子。

在电力系统中，电力线路的接线方式包括开式网络、环形网络和两端网络。其中，开式网络又包括无备用和有备用的放射式、干线式和链式网络。而在接线方式中，环形网络占主要地位。因为在现代大部分电网中，电网系统都是相互连接在一起的，相同电网之间、不同电网之间都与之相关的联系在了一起。从而导致电网系统变得越来越复杂，处理系统故障时也就变得越来越困难，为此需要在解决环形电网问题时通过一定的简单或简化的方法进行解决，最常用的是将全网电压都设为网络额定电压，通过计算各变压所的运算负荷和发电厂运算功率，并将它们接在相应的节点，化简成一个简单的等值网络（网络中不再包含各变压器的阻抗支路和母线上的并联导纳支路）。然后，利用节点电压法列出各个节点的阻抗或导纳方程组，利用方程组解出不同节点处的电压，将该电压再代入等值网路中再进行节点电压法的计算，在此期间并进行功率的相应计算，通过对电压和功率的计算，可以较快的对电网中不同的地点处的电压、功率的分布情况都有一个准确的掌握。当电力线路发生故障时，通过一定的计算可以迅速的判断出故障点，能够在最短时间内将事故排除，这也是当今电力系统中电力线路出现故障后怎样找出故障的难点和困难之处。

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