两相短路故障的计算

范文一：两相短路故障的计算

编号0714141

题目: 两相短路故障的计算系(部)院: 机电工程系专业: 电气工程及其自动化作者姓名: 学号: 指导教师: 职称: 讲师完成日期: 年月日

二?一? 年十二月

目录 ............................................... 0

摘要 ................................................ 2

ABSTRACT .............................................. 3

1 引言............................................. 4

1.1 短路故障的原因............................................................................................................ 4 1.2短路故障发生的原因 ................................................................................................... 4

1.3短路类型.......................................................................................................................... 4 1.4短路的危害 ..................................................................................................................... 4 2 电力系统自动化的一般概念 ............................. 5

3 本课程设计的主要任务 ................................ 6

4 课程设计的目的 ...................................... 6

5 课程设计任务书 ....................................... 6

6课程设计内容及过程 .................................... 8

6.1 数学模型 ....................................................................................................................... 8

6.1.1架空输电线的等值电路和参数 ......................................................................... 8

6.1.2变压器等值电路和参数 ....................................................................................... 9

6.2 对称分量法................................................................................................................. 11

6.2.1不对称三相量的分解 ......................................................................................... 11

6.2.2变压器的各零序等值电路 ................................................................................12

6.3 两相短路接地的分析 ...............................................................................................13 6.4 算例 ..............................................................................................................................16

课程设计总结 .......................................... 19

参考文献 ............................................. 20

摘要

电力系统自动化(automation of power systems) 对电能生产、传输和管理实现自动控制、自动调度和自动化管理。电力系统是一个地域分布辽阔，由发电厂、变电站、输配电网络和用户组成的统一调度和运行的复杂大系统。在电力系统的设计和运行中，必须考虑到可能发生的故障和不正常的运行情况，防止其破坏对用户的供电和电气设备的正常工作。从电力系统的实际运行情况看，这些故障多数是由短路引起的，例如短路时电路的电压骤降,严重影响电气设备的正常运行，短路时保护装置动作,如熔断器的保险丝熔断,将短路电路切除,这会造成停电，而且短路点越靠近电源,停电范围越大,造成生活的不便和经济上的损失，严重的短路会影响电力系统运行的稳定性,可使并列运行的发电机组失去同步,造成系统解列，不对称短路,像单相短路和两相短路。因此除了对电力系统的短路故障有一较深刻的认识外，还必须熟练掌握电力系统的短路计算。这里着重介绍简单不对称故障两相短路接地的常用计算方法。对称分量法是分析不对称故障常用方法，根据对称分量法，一组不对称的三相量可以分解为正序、负序和零序三相对称的三相量。在应用对称分量法分析计算不对称故障时必须首先作出电力系统的各序网络，通过网络化简求出各序网络对短路点的输入电抗以及正序网络的等值电势，再根据不对称短路的不同类型，列出边界方程，以求得短路点电压和电流的各序分量。

关键词:两相短路故障;短路计算;两相短路接地;对称分量法.

Abstract

automation of power systems is to the electric power production, transmission and management achieve automatic control, automatic scheduling and automation management. Power system is a vast, regional distribution by generator, transformer substation, power transmission and distribution network composed of users and the unified dispatching and operation of large complicated system. In power system design and operation, we must consider the possibility of failure and normal operation, prevent power supply of damage to users and electrical equipment to work properly. From the actual operation of power system, these problems are mostly caused by a short circuit, E.g. short circuit of voltage sag, when serious influence electric equipment of normal operation, short circuit protection device, such as when 13a fuse fuse, will short-circuit circuit excision, this could cause short-circuit point power, but the closer power supply, power range, the greater the cause of life inconvenience and economically loss, serious short-circuited will influence the stability of power system operation, can make the paratactic operation generator sets lost synchronization, cause system solution columns, asymmetric short-circuit, like ngle-phase short circuit and two-phase short-circuit. so in addition to power system short circuit fault has a more profound understanding, but also must be familiar with power system short-circuit calculations. Here focuses on a simple asymmetric two-phase short-circuit ground fault calculation methods. Symmetry is a common method of asymmetric fault, according to asymmetric method, a set of asymmetrical three-phase quantity can be decomposed into positive sequence, negative sequence and zero sequence symmetrical three-phase three-phase volume. In the application of symmetry analysis and calculation must be made asymmetric failure of the order power system network, simplifying the network obtained the sequence network short-circuit point on the input reactance and equivalent positive sequence network potential, and then under asymmetric short-circuit the different types of boundary equations are listed, in order to achieve short-circuit voltage and current of each point sequence component.

Keyword: Two-phase short circuit fault; Short-circuit calculation; Two-phase ground short circuit;Symmetry.

1 引言

1.1 短路故障的原因

电力系统在运行过程中常常会受到各种扰动，其中，对电力系统影响较大的是系统中发生的各种故障。常见的故障有短路、断线和各种复杂故障(即在不同地点同时发生短路或断线)，而最为常见和对电力系统影响最大的是短路故障。因此，故障分析重点是对短路故障的分析。所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地之间(对于中性点接地的系统)发生通路的情况。 1.2短路故障发生的原因

电力系统短路故障发生的原因很多，既有客观的，也有主观的，而且由于设备的结构和安装地点的不同，引发短路故障的原因也不同。但是，根本原因是电气设备载流部分相与相之间或相与地之间的绝缘遭到破坏。主要有:元件损坏，气象条件恶化，违规操作和其他

1.3短路类型

在三相系统中可能发生的短路有:三相短路,两相短路,单相短路接地和两相短路接地。三相短路是对称的,其他类型的短路都是不对称的。在各种短路类型中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。三相短路虽然很少发生，但情况较严重，应给予足够的重视。

1.4短路的危害

1)短路故障时短路点附近的支路中出现比正常值大许多倍的电流，由于短路电流的电动力效应，导体间将产生很大的机械应力，可能使导体和它们的支架遭到破坏。

2)短路电流使设备发热增加，短路持续时间较长时，设备可能过热以致损坏。短路时系统电压大幅度下降，对用户影响很大。系统中最主要的电力负荷是异步电动机，电压下降时，电动机的电磁转矩显著减少，转速随之下降。当电压大幅下降时，电动机甚至可能停转，造成产品报废，设备损坏等严重后果。

3)当短路地点离电源不远而持续时间又较长时，并列运行的发电厂可能失去同步，破坏系统稳定，造成大片区停电。这是短路故障最严重的后果。

2 电力系统自动化的一般概念

电力系统自动化是对电能生产、传输和管理实现自动控制、自动调度和自动化管理。电力系统是一个地域分布辽阔，由发电厂、变电站、输配电网络和用户组成的统一调度和运行的复杂大系统。电力系统自动化的领域包括生产过程的自动检测、调节和控制,系统和元件的自动安全保护,网络信息的自动传输，系统生产的自动调度，以及企业的自动化经济管理等。电力系统自动化的主要目标是保证供电的电能质量(频率和电压)，保证系统运行的安全可靠，提高经济效益和管理效能。

电力系统信息自动传输系统简称远动系统。其功能是实现调度中心和发电厂变电站间的实时信息传输。自动传输系统由远动装置和远动通道组成。远动通道有微波、载波、高频、声频和光导通信等多种形式。远动装置按功能分为遥测、遥信、遥控三类。把厂站的模拟量通过变换输送到位于调度中心的接收端并加以显示的过程称为遥测。把厂站的开关量输送到接收端并加以显示的过程称为遥信。把调度端的控制和调节信号输送到位于厂站的接收端实现对调节对象的控制的过程，称为遥控或遥调。远动装置按组成方式可分为布线逻辑式远动装置和存储程序式逻辑装置。前者由硬件逻辑电路以固定接线方式实现其

电力工业管理系统自动化管理系统的自动化通过计算机来实现。主要项目有电力工业计划管理、财务管理、生产管理、人事劳资管理、资料检索以及设计和施工方面等。

电力系统自动化是我们电力系统一直以来力求的发展方向，它包括:发电控制的自动化(AGC已经实现，尚需发展)，电力调度的自动化(具有在线潮流监视，故障模拟的综合程序以及SCADA系统实现了配电网的自动化，现今最热门的变电站综合自动化即建设综自站，实现更好的无人值班.DTS即调度员培训仿真系统为调度员学习提供了方便),配电自动化(DAS已经实现,尚待发展).

按照电能的生产和分配过程，电力系统自动化包括电网调度自动化、火力发电厂自动化、水力发电站综合自动化、电力系统信息自动传输系统、电力系统反事故自动装置、供电系统自动化、电力工业管理系统的自动化等7个方面,并形成一个分层分级的自动化系统(见图)。区域调度中心、区域变电站和区域性电厂组成最低层次;中间层次由省(市)调度中心、枢纽变电站和直属电厂组成，由总调度中心构成最高层次。而在每个层次中，电厂、变电站、配电网络等又构成多级控制。

3 本课程设计的主要任务

学习两相短路故障的常用计算方法。对称分量法是分析故障常用方法，根据对称分量法，一组不对称的三相量可以分解为正序、负序和零序三相对称的三相量。在应用对称分量法分析计算不对称故障时必须首先作出电力系统的各序网络，通过网络化简求出各序网络对短路点的输入电抗以及正序网络的等值电势，再根据不对称短路的不同类型，列出边界方程，以求得短路点电压和电流的各序分量。

4 课程设计的目的

通过对系统的两相短路故障的计算，认识短路故障对电力系统的影响。为保证系统安全可靠地运行，减轻短路造成的影响，除在运行维护中应努力设法消除可能引起短路的一切原因外，还应尽快地切除短路故障部分，使系统电压在较短的时间内恢复到正常值。

5 课程设计任务书

电力系统自动化课程设计任务书 1. 课程设计选题:

1、小规模电力系统短路计算。

2、新型同步发电机励磁自动调节装置设计。

3、某110-220KV电网继电保护系统设计。

4、某变电站继电保护设计。

5、两相短路故障的计算。

6、输电线路距离保护设计。

7、35KV电网继电保护设计。

8、区域电力网的规划设计。

9、某变电站继电保护设计。

10、某330KV电网继电保护系统设计。

11、同步发电机准同步自动装置设计。

2.课程设计考核方法及成绩评定:

课程设计结束时学生必须写出设计报告，课程设计成绩分三部分。

1、现场考核:考察学生分析问题的能力，占成绩20,。

2、书面考核:考察课程设计报告的质量，占成绩60,。

3、纪律考核:考察学生的出勤情况和工作态度，占成绩20,。 3.设计报告的主要内容包括:

报告统一采用A4打印纸打印，其版面要求如下:页边距:上为2.2，下为

2.2，左为2.5，右为2.2;页眉页脚均为1.1;文档网络选“指定行和字符网格”，字符每行39，行为每页35。字体要求:每部分的标题统一用四号，正文用小四。设计内容布置按下面格式进行。

1、引言

2、电力系统自动化的一般概念

3、本课程设计的主要任务

4、课程设计目的

5、课程设计任务书

6、课程设计内容及过程

7、课程设计总结

8、参考文献

6课程设计内容及过程

6.1 数学模型

在电力系统的电气计算中，常用等值电路来描述系统元件的特性。电力系统的运行状态基本上是三相对称的或者可化为三相对称的，因此，等值电路中的参数是计及了其余两相影响的的一相等值参数。

6.1.1架空输电线的等值电路和参数

,,,,,设有长度为L的输电线路，其I，dIII1I1(r+jx)dx00参数沿线均匀分布单位长度的阻

抗和导纳分别为

,,,,,V1z,r，jwl,r，jxV，dVV000002V,

y,g，jwc,g，jb 。在距00000(g+jb)dx+jb(g)dx0000末端x处取一段dx，可作出等值dxx电路如图2.1所示。在正弦电压

L下处于稳态时，x=L时，可得到

图2.1 长线等值电路线路首端电压和电流与线路末端

电压和电流的关系如下:

,,,,,,V2V,Vch,l，IZsh,lI,1,sh,l，Ish,l2212 (2-1) cZc

r，jwl00,,g，(jwcr，)(jwl,，)j,Z,,,,R，jX， (2-2) ccc0000g，jwc00

Z,c称为线路的传播常数，称为线路的波阻抗。对于高压架空线路，略去电阻和

l0,,j,,jwlc,Z,R,电导时，便有 (2-3) 00ccc0

将上述方程通网络的通用方程:

,,,,,,,,,, (2-4) V,AV，BI,I,CV，DI212122

shl,,,,,ADchlBZshlC相比较，若取c输电线路就是对称的无,,,,,,,,Zc

,源二端口网络，并可用对称的等值电路来表示，实际计算中大多采用型等值电路，如图2.2所示:

Z,(r，jx)l和Y,(g，jb)l令 0000

,,分别代表全线的总阻抗和总导纳，则:II12

Z'Z',KZ,Y',KY (2-5) zy

Y'/2V2Y'/2V,shZYchl2(,1)KK,,,式中 zyZYZYsh,l 图2.2

,由此可见，将全线的总阻抗Z和总导纳分别乘以修正系数，便可得型等K和KZy值电路的精确参数。

6.1.2变压器等值电路和参数

变压器的参数一般指其等值电路，见图RjXTT

RXGBTTTT2.3中的电阻、电抗、电导和电纳。

G,jBT变压器的变比也是一个参数。变压器的前四个T参数可以从出厂铭牌上代表电气特性的四个

,Ps数据计算得到。这四个数据时短路损耗，图2.3 双绕组变压器

,PV%I%0s0短路电压，空载损耗，空载电流。前两个数据由短路试验得到，后两个数据由空载试验得到。

22VVPsV%,33SNNXRK,V/V,*10,,**10, 变比 TTT1N2N2SS100NN

P30I%S,3,,0N (2-5) B,**10SG*10ST,2T2100VVNN

ZR，jXTTT,变压器型等值电路如图2.4所示, 变压器阻抗=是折算到原方

V/V1N2N,的值，K=是变压器的变比。变压器型等值电路中三个阻抗(导纳)都与

,变比K有关，型的两个并联支路的阻抗(导纳)的符号总是相反的。三个支路阻抗之和等于零。

Z/KTII12

,,ZZ

TTV2V1K(K,1)1,K

图2.4变压器型等值电路 ,

6.2 对称分量法

对称分量法是分析不对称故障的常用方法，根据不对称分量法，一组不对称的三相量可以分解为正序、负序和零序三相对称的三相量。 6.2.1不对称三相量的分解

，，在三相电路中，对于任意一组不对称的三相量(电流或电压)，可以分解为，，,(1)I,,,三相三组对称的相量，当选择a相作为基准时，三相相量与其对称分量之间的关，，I,,1aaa系(如电流)为: ,,a,,,,21,,,,,(2),,I1aaI,,

,,ab32,, ,,,111，，,,I,,,(0)I，，c,,，，a

::j1202j24023a,e,a,e1，a，a,0,a,1(3-1)式中运算子且有;,,,

I、I、I分别为a相电流的正序、负序和零序分量并且有: a(1)a(2)a(0)

,,,,2I,aI,I,aIa(1)c(1)a(1) b(1)

,,,,2I,aI,I,aIa(2)c(2)a(2) b(2)

,,,

I,I,Ib(0)c(0)，， (3-2) a(0)

，，,

I,,,a当已知三相补对称的相量时，可由上式求得各序对称分量，已知各序对称分，，I,,a(1),,量时，也可以求出三相不对称的相量，即 111,,,,,,,,,IaaI2,,ba,,1,,(2),,,, (3-3) ,，，aa2,,I,c1,,I，，a,,，，(0)

展开(3-3)并计及(3-2)有

,,,,,,,,

I,I，I，II,I，I，Iaa(1)a(2)a(0)bb(1)b(2)b(0)

,,,,

I,I，I，Icc(1)c(2)c(0) (3-4)

电压的三相相量与其对称分量之间的关系也与电流一样。 6.2.2变压器的各零序等值电路

变压器的一相绕组表征了一相原、副

方绕组间的电磁关系。不论变压器通以哪

一序的电流，都不会改变一相原、副方绕

组间的电磁关系，因此变压器的正序、负

序和零序等值电路具有相同的形状。

1)变压器的正序、负序的等值电路

及其参数完全相同。

2)变压器的零序等值电路取决于零

序电流的流通路径，因零序电流需经过大

地才能流通，因而与变压器三相绕组联接

形式及中性点是否接地有关:

a、当外电路向变压器某侧三相绕组施加

零序电压时，只有中性点接地的星型

接法(用YN表示)绕组才能与外电路

接通

b、当变压器绕组具有零序电势(由另一

侧绕组的零序电流感生的)时，也只

有中性点接地的YN接法才能与外电路

接通。至于能否在外电路产生零序电

势，则应由外电路元件是否提供零序

电流的通路决定。

6.3 两相短路接地的分析

应用对称分量法分析两相短路接地，可以写出各序网络故障点的电压方程式(3-4)，当网络的各元件都只用电抗表示时，上述方程可以写成 ,,,,,

,XI,VE,XI,Vfa(2)eqfa(1)fa(2)fa(1)ff(1)ff(2)

,XI,Vfa(0)fa(0)ff(0) (4-1)

,,(0)E,Veqf1式中，，即是

1jxjx,,外电路外电路,,,,短路点发生前故障点的电压。这22

三个方程式包含了6个未知量，

33因此，还必须有两相短路接地的

jxm(0)边界条件写出另外三个方程。两

相(b相和c相)短路接地时故

障处的情况(如图4.1)。绕组端点与外电路的连接开关位置绕组接法

故障处的边界条件为: Y1与外电路断开,,,与外电路接通YN2I,0,V,0,V,0fafbfc

与外电路断开但与励磁支路3d并联

用序分量表示的边界条件图3.5 变压器零序等值电路与外电路的连接为:

,,,

I，I，I,0(1)(2)(0) fafafa

,,,

V,V,Vfa(1)fa(2)fa(0) (4-2)

由(4-1)和(4-2)可以得到

,,,,c,VfbVfcIIfcfb Ifa

图4.1 两相短路接地

,(0),,,XVfff(0)I,II,,fa(1)fa(2)fa(1) j(X，X//X)X，Xff(1)ff(2)ff(0)ff(2)ff(0)

,,Xff(2)II,,fa(0)fa(1) X，Xff(2)ff(0)

,,,,XXff(2)ff(0)

VVVjI,,,fa(1)fa(1)fa(2)fa(0)

XX，ff(2)ff(0) (4-3)

短路点故障相得电流为

,,,,,XaX，ff(2)ff(0)22IaIaII(a)I,，，,,fbfa(1)fa(2)fa(0)fa(1) X，Xff(2)ff(0)

2,,,,,XaX，ff(2)ff(0)2IaIaII(a)I,，，,,fcfa(1)fa(2)fa(0)fa(1) (4-4) XX，ff(2)ff(0)

根据上式可以得到两相短路接地时故障相电流的绝对值为

,XX(1,1)ff(0)ff(2),,,31,IIIIfa(1)ffbfc (4-5) 2(，)XXff(2)ff(0)

短路点非故障相电压为

,,,3XXff(2)ff(0)V3VjI,,fa(1)fafa(1) (4-6) X，Xff(2)ff(0)

6.4 算例

例:已知某系统的接线图如图6.1所示，当k点发生BC两相接地短路时，

求短路点各序电流、电压及各相电流、电压。系统各元件参数如下:

S,50MWS,50MWV,10.5kV发电机G1、G2:,, N1N2N

E'',E'',j1X,0.16X'',0.125cos,,0.85,，, d122

S,60MWU%,10.5K,10.5/121KV变压器:T1 ,, N1KT1

S,31.5MWU%,10.5K,10.5/121KVT2 ,, N2KT2

x,x,0.4,/Km,x,2x,L,50Km线路L: 1201解:1)计算各元件标幺值(取) S,100MV,A,V,VBBaV

T1T2

kG2G1115kV

图6.1

X''%S100dB,,,0.125*,0.25X发电机G1: 110050SN1

X%S1002B,,,0.16*,0.32X 210050SN1

''%XS100dB,,,0.125*,0.5X发电机G2: 1100S25N2

XS%1002BX,,,0.16*,0.64 2S10025N2

US%10.5100KBXXX,,,*,*,0.175变压器T1: 120S1006060N

US%10.5100KBXXX,,,*,*,0.333变压器T2: 120S1006031.5N

S100BX,X,xl,0.4*50*,0.1512122U115B线路L:

X,2X,2*0.15,0.3001

2)以a相为基准相作出各序网络图如图6.2 (a)、(b)、(c)所示

求出各序的等值电抗

,j1*j(0.333，0.50)，j1*j(0.25，0.175，0.15) E,,j1eqj(0.25，0.175，0.15，0.333，0.50)

X,j(0.25，0.175，0.15)//j(0.333，0.50),j0.289ff(1)

X,j(0.32，0.175，0.15)//j(0.333，0.64),j0.388ff(2)

X,j(0.175，0.3)//j0.333,j0.196 ff(0)

3)由(4-3)式可得各序的电流和电压为

,(0),Vj1f,,,2.385Ifa(1) 0.388*0.196jj(，//)jXXXff(1)ff(2)ff(0)0.289，j

0.388，0.196jj,,X0.196ff(0)I,,I,,2.385,,0.80fafa(2)(1)

X，X0.388，0.196ff(2)ff(0)

,,X0.388(2)ff,,,,2.385II(0)(1)fafa

，0.388，0.196XX(2)(0)ffff

,,,,XXj0.388*j0.196ff(2)ff(0)V,V,V,jI,2.385,j0.311fa(1)fa(1)fa(2)fa(0) X，Xj0.388，j0.196ff(2)ff(0)

4)求各相电流和电压为

,,,,

I,I，I，I,2.385,0.80,1.585,0(1)(2)(0) fafafafa

,,,,2j240:j120:,j130.77:I,aI，aI，I,2.385e,0.8e,1.585,3.642efbfa(1)fa(2)fa(0) ,,,,2j120:j240:j130.77:I,aI，aI，I,2.385e,0.8e,1.585,3.642efbfa(1)fa(2)fa(0)

,,,,,

V,V，V，V,3V,3*j0.311,j0.933fafa(1)fa(2)fa(0)fa(1)

,,,,290j240:，90j120:，90jV,aV，aV，V,0.311e，0.311e，0.311e,0fb(1)fa(2fa)(0fa) ,,,,290j120:，90j240:，90jV,aV，aV，V,0.311e，0.311e，0.311e,0fb(1fa)(2fa)(0fa)

课程设计总结

此课程的设计的目的在于加强对电力系统短路基础理论和基本知识理解，掌握运用电力系统短路的基础理论知识解决一些简单系统的短路方法。这次课程设计使我感受到了理论与实际相结合的，还提高了我动手查阅资料的能力还锻炼了自己独立目的及其重要意义，不但使我对所掌握电力系统短路基础知识有了更深刻的理解思考问题的能力。在做课程设计的过程中，我查阅了很多参考书及运用自己所掌握的知识完成此次设计，在这里我也感谢所有给予我帮助的老师和同学，希望以后有更多的机会来锻炼自己，为以后的学习、生活打下良好的基础。同时在这次设计中叶暴露出自己的不足，基础知识不够扎实，我会在以后的日子里加以改正来提高自己的综合能力。

参考文献

[1] 何仰赞，温增银. 电力系统分析(上册)(第三版)[M].武汉:华中科技大学出

版社.2002.1

[2] 何仰赞，温增银. 电力系统分析(下册)(第三版)[M].武汉:华中科技大学出

版社.2002.3

[3] 杨淑英. 电力系统概论[M].北京:中国电力出版社.2003.7 [4] 纪雯. 电力系统设计手册[M].北京:中国电力出版社，1998.6 [5] 曹绳敏. 电力系统课程设计及毕业设计参考资料[M].北京:中国电力出版

社，1998.3

[6] 刘万顺(电力系统故障分析(北京:水利电力出版社，1992( [7] 刘万顺(电力系统故障分析习题集(北京:水利电力出版社，1994( [8] 熊信银(发电厂电气部分(第三版)(中国电力出版社，1987(

范文二：两相短路故障的计算

编号0714141

课程设计

系（部）院：专业：电气工程及其自动化

作者姓名：学号: 指导教师：完成日期：

二○一○ 年十二月

目录 .................................................. 0

摘要 ................................................... 2

ABSTRACT ................................................. 3

1 引言................................................ 4

1.1 短路故障的原因 . ......................................................................................... 4

1.2短路故障发生的原因 ................................................................................... 4

1.3短路类型 ..................................................................................................... 4

1.4短路的危害 . ................................................................................................. 4

2 电力系统自动化的一般概念 ............................... 5

3 本课程设计的主要任务 . .................................. 6

4 课程设计的目的 . ........................................ 6

5 课程设计任务书 . ......................................... 6

6课程设计内容及过程 ...................................... 8

6.1 数学模型 ................................................................................................... 8

6.1.1架空输电线的等值电路和参数 ............................................................. 8

6.1.2变压器等值电路和参数 ........................................................................ 9

6.2 对称分量法 . ............................................................................................. 11

6.2.1不对称三相量的分解 .......................................................................... 11

6.2.2变压器的各零序等值电路 . .................................................................. 12

6.3 两相短路接地的分析 . .............................................................................. 13

6.4 算例 . ........................................................................................................ 16

课程设计总结 . ............................................ 19

参考文献 ................................................ 20

摘要

电力系统自动化(automation of power systems) 对电能生产、传输和管理实现自动控制、自动调度和自动化管理。电力系统是一个地域分布辽阔，由发电厂、变电站、输配电网络和用户组成的统一调度和运行的复杂大系统。在电力系统的设计和运行中，必须考虑到可能发生的故障和不正常的运行情况，防止其破坏对用户的供电和电气设备的正常工作。从电力系统的实际运行情况看，这些故障多数是由短路引起的，例如短路时电路的电压骤降, 严重影响电气设备的正常运行，短路时保护装置动作, 如熔断器的保险丝熔断, 将短路电路切除, 这会造成停电，而且短路点越靠近电源, 停电范围越大, 造成生活的不便和经济上的损失，严重的短路会影响电力系统运行的稳定性, 可使并列运行的发电机组失去同步, 造成系统解列，不对称短路, 像单相短路和两相短路。因此除了对电力系统的短路故障有一较深刻的认识外，还必须熟练掌握电力系统的短路计算。这里着重介绍简单不对称故障两相短路接地的常用计算方法。对称分量法是分析不对称故障常用方法，根据对称分量法，一组不对称的三相量可以分解为正序、负序和零序三相对称的三相量。在应用对称分量法分析计算不对称故障时必须首先作出电力系统的各序网络，通过网络化简求出各序网络对短路点的输入电抗以及正序网络的等值电势，再根据不对称短路的不同类型，列出边界方程，以求得短路点电压和电流的各序分量。

关键词：两相短路故障; 短路计算; 两相短路接地; 对称分量法.

Abstract

automation of power systems is to the electric power production, transmission and management achieve automatic control, automatic scheduling and automation management. Power system is a vast, regional distribution by generator, transformer substation, power transmission and distribution network composed of users and the unified dispatching and operation of large complicated system. In power system design and operation, we must consider the possibility of failure and normal operation, prevent power supply of damage to users and electrical equipment to work properly. From the actual operation of power system, these problems are mostly caused by a short circuit, E.g. short circuit of voltage sag, when serious influence electric equipment of normal operation, short circuit protection device, such as when 13a fuse fuse, will short-circuit circuit excision, this could cause short-circuit point power, but the closer power supply, power range, the greater the cause of life inconvenience and economically loss, serious short-circuited will influence the stability of power system operation, can make the paratactic operation generator sets lost synchronization, cause system solution columns, asymmetric short-circuit, like ngle-phase short circuit and two-phase short-circuit. so in addition to power system short circuit fault has a more profound understanding, but also must be familiar with power system short-circuit calculations. Here focuses on a simple asymmetric two -phase short-circuit ground fault calculation methods. Symmetry is a common method of asymmetric fault, according to asymmetric method, a set of asymmetri cal three-phase quantity can be decomposed into positive sequence, negative sequence and zero sequence symmetrical three-phase three-phase volume. In the application of symmetry analysis and calculation must be made asymmetric failure of the order power system network, simplifying the network obtained the sequence network short-circuit point on the input reactance and equivalent positive sequence network potential, and then under asymmetric short-circuit the different types of boundary equations are listed, in order to achieve short-circuit voltage and current of each point sequence component.

Keyword: Two-phase short circuit fault; Short-circuit calculation; Two-phase ground short circuit;Symmetry.

1 引言

1.1 短路故障的原因

电力系统在运行过程中常常会受到各种扰动，其中，对电力系统影响较大的是系统中发生的各种故障。常见的故障有短路、断线和各种复杂故障（即在不同地点同时发生短路或断线），而最为常见和对电力系统影响最大的是短路故障。因此，故障分析重点是对短路故障的分析。所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地之间（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。

1.2短路故障发生的原因

电力系统短路故障发生的原因很多，既有客观的，也有主观的，而且由于设备的结构和安装地点的不同，引发短路故障的原因也不同。但是，根本原因是电气设备载流部分相与相之间或相与地之间的绝缘遭到破坏。主要有：元件损坏，气象条件恶化，违规操作和其他

1.3短路类型

在三相系统中可能发生的短路有：三相短路, 两相短路, 单相短路接地和两相短路接地。三相短路是对称的, 其他类型的短路都是不对称的。在各种短路类型中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。三相短路虽然很少发生，但情况较严重，应给予足够的重视。

1.4短路的危害

1）短路故障时短路点附近的支路中出现比正常值大许多倍的电流，由于短路电流的电动力效应，导体间将产生很大的机械应力，可能使导体和它们的支架遭到破坏。

2）短路电流使设备发热增加，短路持续时间较长时，设备可能过热以致损坏。短路时系统电压大幅度下降，对用户影响很大。系统中最主要的电力负荷是异步电动机，电压下降时，电动机的电磁转矩显著减少，转速随之下降。当电压大幅下降时，电动机甚至可能停转，造成产品报废，设备损坏等严重后果。

3）当短路地点离电源不远而持续时间又较长时，并列运行的发电厂可能失去同步，破坏系统稳定，造成大片区停电。这是短路故障最严重的后果。

2 电力系统自动化的一般概念电力系统自动化是对电能生产、传输和管理实现自动控制、自动调度和自动化管理。电力系统是一个地域分布辽阔，由发电厂、变电站、输配电网络和用户组成的统一调度和运行的复杂大系统。电力系统自动化的领域包括生产过程的自动检测、调节和控制, 系统和元件的自动安全保护, 网络信息的自动传输，系统生产的自动调度，以及企业的自动化经济管理等。电力系统自动化的主要目标是保证供电的电能质量（频率和电压），保证系统运行的安全可靠，提高经济效益和管理效能。

电力系统自动化是我们电力系统一直以来力求的发展方向，它包括：发电控制的自动化（AGC 已经实现，尚需发展），电力调度的自动化（具有在线潮流监视，故障模拟的综合程序以及SCADA 系统实现了配电网的自动化，现今最热门的变电站综合自动化即建设综自站，实现更好的无人值班.DTS 即调度员培训仿真系统为调度员学习提供了方便）, 配电自动化(DAS已经实现, 尚待发展).

按照电能的生产和分配过程，电力系统自动化包括电网调度自动化、火力发电厂自动化、水力发电站综合自动化、电力系统信息自动传输系统、电力系统反事故自动装置、供电系统自动化、电力工业管理系统的自动化等7个方面, 并形成一个分层分级的自动化系统(见图) 。区域调度中心、区域变电站和区域性电厂组成最低层次；中间层次由省(市) 调度中心、枢纽变电站和直属电厂组成，由总调度中心构成最高层次。而在每个层次中，电厂、变电站、配电网络等又构成多级控制。

3 本课程设计的主要任务

4 课程设计的目的

5 课程设计任务书

电力系统自动化课程设计任务书

1. 课程设计选题：

1、小规模电力系统短路计算。

2、新型同步发电机励磁自动调节装置设计。

3、某110-220KV 电网继电保护系统设计。

4、某变电站继电保护设计。

5、两相短路故障的计算。

6、输电线路距离保护设计。

7、35KV 电网继电保护设计。

8、区域电力网的规划设计。

9、某变电站继电保护设计。

10、某330KV 电网继电保护系统设计。

11、同步发电机准同步自动装置设计。

2. 课程设计考核方法及成绩评定：

课程设计结束时学生必须写出设计报告，课程设计成绩分三部分。

1、现场考核：考察学生分析问题的能力，占成绩20％。

2、书面考核：考察课程设计报告的质量，占成绩60％。

3、纪律考核：考察学生的出勤情况和工作态度，占成绩20％。

3. 设计报告的主要内容包括：

报告统一采用A4打印纸打印，其版面要求如下：页边距：上为2.2，下为

2.2，左为2.5，右为2.2; 页眉页脚均为1.1；文档网络选“指定行和字符网格”，字符每行39，行为每页35。字体要求：每部分的标题统一用四号，正文用小四。设计内容布置按下面格式进行。

1、引言

2、电力系统自动化的一般概念

3、本课程设计的主要任务

4、课程设计目的

5、课程设计任务书

6、课程设计内容及过程

7、课程设计总结

8、参考文献

6课程设计内容及过程

6.1 数学模型

6.1.1架空输电线的等值电路和参数

设有长度为L 的输电线路，其

参数沿线均匀分布单位长度的阻

抗和导纳分别为

, ?I 1?I +d I ??I ?I 1?z 0=r 0+jwl 0=r 0+jx 0V 120)dx y 0=g 0+jwc 0=g 0+jb 0 。在距末端x 处取一段dx ，可作出等值电路如图2.1所示。在正弦电压

下处于稳态时，x=L时，可得到

线路首端电压和电流与线路末端

电压和电流的关系如下：

?图2.1 长线等值电路?V 2V 1=V 2ch γl +I 2Z c sh γl , I 1=sh γl +I 2sh γl （2-1） Z c ????

r 0+jwl 0γ=g 0+jwc 0)(r 0+jwl 0) =β+j α, Z c ==R c +jX c ，（2-2） g 0+jwc 0

γ称为线路的传播常数，Z c 称为线路的波阻抗。对于高压架空线路，略去电阻和电导时，便有γ=j α=jw l 0c 0, Z c =R c =l 0 （2-3） c 0

将上述方程通网络的通用方程：

V 1=A V 2+B I 2, I 1=C V 2+D I 2 (2-4)

????相比较，若取A =D =ch γl , B =Z c sh γl , C =sh γl 输电线路就是对称的无??????????Z c

源二端口网络，并可用对称的等值电路来表示，实际计算中大多采用电路，如图2.2所示：

令Z =(r 0+jx 0) l 和Y =(g 0+jb 0) l

分别代表全线的总阻抗和总导纳，则：型等值I 1

V ??Z ' =K z Z , Y ' =K y Y (2-5) '

Y ' /2

图2.2I 2Y ' /2?式中K z =sh ZY ZY , K y =2(ch γl -1)

ZY sh γl V 2?

由此可见，将全线的总阻抗Z 和总导纳分别乘以修正系数K Z 和K y ，便可得∏型等值电路的精确参数。

6.1.2变压器等值电路和参数

变压器的参数一般指其等值电路，见图

2.3中的电阻R T 、电抗X T 、电导G T 和电纳B T 。

变压器的变比也是一个参数。变压器的前四个

参数可以从出厂铭牌上代表电气特性的四个

数据计算得到。这四个数据时短路损耗

短路电压V s %?P s R T jX T G T jB T 图2.3 双绕组变压器，，空载损耗?P 0，空载电流I 0%。前两个数据由短路试验得到，后两个数据由空载试验得到。

2?PsV N 3R T =*10Ω 2S N 2V S %V N **103Ω 变比K T =V 1N /V 2N X T =100S N

G T =

?P 0

*10-3S 2

V N

B T =

I 0%S N

*2*10-3S 100V N

(2-5)

变压器∏型等值电路如图2.4所示, 变压器阻抗Z T =R T +jX T 是折算到原方的值，K=V 1N /V 2N 是变压器的变比。变压器∏型等值电路中三个阻抗（导纳）都与变比K 有关，∏型的两个并联支路的阻抗（导纳）的符号总是相反的。三个支路阻抗之和等于零。

I 1

Z T /K

Z T 1-K

I 2

V 1

Z K (K -1)

V 2

图2.4变压器∏型等值电路

6.2 对称分量法

对称分量法是分析不对称故障的常用方法，根据不对称分量法，一组不对称的三相量可以分解为正序、负序和零序三相对称的三相量。

6.2.1不对称三相量的分解

在三相电路中，对于任意一组不对称的三相量（电流或电压），可以分解为三相三组对称的相量，当选择a 相作为基准时，三相相量与其对称分量之间的关系(如电流) 为：

?I a (1)

?I a (2) ??

?I a (0) ???

??1?1?=1??3??1

a a

a 2??I a

???

a ?I b

1???I c

???

??? ???

（3-1）式中运算子

a =e

j 120?

, a =e

j 240?

且有1+a +a

=0, a 3=1；

I a (1) 、I a (2) 、I a (0)

???

分别为a 相电流的正序、负序和零序分量并且有：

I b (1) =a I a (1) , I c (1) =a I a (1)

I b (2) =a I a (2) , I c (2) =a I a (2) I a (0) =I b (0) =I c (0)

（3-2）

当已知三相补对称的相量时，可由上式求得各序对称分量，已知各序对称分量时，也可以求出三相不对称的相量，即

a ?I ?

???I c ??

?1?

?=?a 2

???a

1a a 2

1??a (1)

???1??I a (2)

?1???I ?

a (0)

???

? (3-3) ????

展开（3-3）并计及（3-2）有

I a =I a (1) +I a (2) +I a (0) I b =I b (1) +I b (2) +I b (0) I c =I c (1) +I c (2) +I c (0) （3-4）

电压的三相相量与其对称分量之间的关系也与电流一样。

????

6.2.2变压器的各零序等值电路

变压器的一相绕组表征了一相原、副方绕组间的电磁关系。不论变压器通以哪一序的电流，都不会改变一相原、副方绕组间的电磁关系，因此变压器的正序、负序和零序等值电路具有相同的形状。

1）变压器的正序、负序的等值电路及其参数完全相同。

2）变压器的零序等值电路取决于零序电流的流通路径，因零序电流需经过大地才能流通，因而与变压器三相绕组联接形式及中性点是否接地有关：

a 、当外电路向变压器某侧三相绕组施加

零序电压时，只有中性点接地的星型接法（用YN 表示）绕组才能与外电路接通

b 、当变压器绕组具有零序电势（由另一

侧绕组的零序电流感生的）时，也只有中性点接地的YN 接法才能与外电路接通。至于能否在外电路产生零序电势，则应由外电路元件是否提供零序电流的通路决定。

6.3 两相短路接地的分析

应用对称分量法分析两相短路接地，可以写出各序网络故障点的电压方程式（3-4），当网络的各元件都只用电抗表示时，上述方程可以写成

E eq -X ff (1) I

fa (1)

-X

ff (2)

fa (2)

-X ff (0) I

fa (0)

(0)

fa (0)

(4-1)

E =V 式中，eq

，即是

外电路

短路点发生前故障点的电压。这三个方程式包含了6个未知量，因此，还必须有两相短路接地的边界条件写出另外三个方程。两相（b 相和c 相）短路接地时故障处的情况（如图4.1）。

jx jx IIII

jx m

(0)

12外电路3

故障处的边界条件为:

I fa =0, V

=0, V

用序分量表示的边界条件为：

?fa (1)

?fa (2)

图3.5 变压器零序等值电路与外电路的连接

I +I +I

fa (0)

(4-2)

fa (1)

fa (2)

由（4-1）和（4-2）可以得到

a c

?fa

图4.1 两相短路接地

I fa (1) =

j (X ff (1)

X ff (2)

(0) ??X ff (0) V f

I fa (2) =-I fa (1) X ff (2) +X ff (0) +X ff (2) //X ff (0) )

I fa (0) =-

X ff (2) +X ff (0)

I fa (1)

V fa (1) =V fa (2) =V fa (0) =j

X ff (2) X ff (0) X ff (2) +X ff (0)

I fa (1)

(4-3)

短路点故障相得电流为

I fb =a I fa (1) +a I fa (2) +I fa (0) =(a -

X ff (2) +aX ff (0) X ff (2) +X ff (0)

) I fa (1)

I fc =a I fa (1) +a I fa (2) +I fa (0) =(a -

X ff (2) +a 2X ff (0) X ff (2) +X ff (0)

) I fa (1) （4-4）

根据上式可以得到两相短路接地时故障相电流的绝对值为

I f

(1, 1)

=I fb =I fc =

X ff (0) X ff (2) (X ff (2) +X ff (0) )

?fa (1)

（4-5）

短路点非故障相电压为

V fa =3V fa (1) =j

3X ff (2) X ff (0) X +X I fa (1) （4-6）

ff (2) ff (0)

6.4 算例

例：已知某系统的接线图如图6.1所示，当k 点发生BC 两相接地短路时，求短路点各序电流、电压及各相电流、电压。

系统各元件参数如下：

发电机G1、G2：S N 1=50MW , S N 2=50MW V N =10. 5kV ,

cos ?=0. 85, X d ' ' =0. 125，X 2=0. 16, E 1' ' =E 2' ' =j 1

变压器：T1 S N 1=60MW , K T 1=10. 5/121KV , U K %=10. 5

=31. 5MW ,K T 2=10. 5/121KV , U K %=10. 5

T2 S N 2

线路L:

x 1=x 2=0. 4Ω/Km , x 0=2x 1, L =50Km

解：1）计算各元件标幺值（取S B =100MV ?A , V B =V aV ）

图6.1

发电机G1: X 1=

X d ' '%S B 100

*=0. 125*=0. 25 100S N 150

X 2=

X 2%S B 100

*=0. 16*=0. 32 100S N 150

发电机G2:X

X d ' '%S B 100

*=0. 125*=0. 5 100S N 225

X 2=

X 2%S B 100

*=0. 16*=0. 64 100S 25

N 2变压器T1: X U K %1=X 2=X 0=

100*S B S =10. 5*100

=0. 175 N 6060

变压器T2: X 1=X 2=X 0=

U K %S 100*B S =10. 5*100

31. 5

=0. 333 N 60线路L: X =X S B 100

12=x 1l U 2=0. 4*50*=B 1152

0. 15

X 0=2X 1=2*0. 15=0. 30

2）以a 相为基准相作出各序网络图如图6.2 （a ）、（b ）、（c ）所示求出各序的等值电抗

E ?

eq =

j 1*j (0. 333+0. 50) +j 1*j (0. 25+0. 175+0. 15)

j (0. 25+0. 175+0. 15+0. 333+0. 50)

=j 1

X ff (1) =j (0. 25+0. 175+0. 15) //j (0. 333+0. 50) =j 0. 289

X ff (2) =j (0. 32+0. 175+0. 15) //j (0. 333+0. 64) =j 0. 388

X ff (0) =j (0. 175+0. 3) //j 0. 333=j 0. 196

3）由（4-3）式可得各序的电流和电压为

(0)

I ?

fa (1) =

V f j j (X ff (1)

+X =1

=2. 385

ff (2) //X ff (0) ) j 0. 289+j 0. 388*j 0. 196

j 0. 388+j 0. 196

I ?

fa (2) =-

X ff (0) X I fa (1) =-2. 385

0. 196

ff (2) +X ff (0)

0. 388+0. 196

=-0. 80

I ?

X ff (2)

I ?

fa (0) =-

fa (1) =-2. 385

0. 388X ff (2) +X ff (0)

0. 388+0. 196

V ??

X fa (1) =V fa (2) =V fa (0) =j

ff (2) X ff (0) ?

j 0. 388*j 0. 196

X ff (2) +X I fa (1) =2. 385

ff (0)

j 0. 388+j 0. 196

=j 0. 311

）求各相电流和电压为

I ?

fa =fa (1) +I fa (2) +I fa (0) =2. 385-0. 80-1. 585=0

I ?

fb =a 2

I ???

fa (1) +a I fa (2) +I fa (0) =2. 385e j 240?-0. 8e j 120?-1. 585=3. 642e -j 130. 77?I ?

fb =a I fa (1) +a 2I ?

fa (2) +I fa (0) =2. 385e j 120?-0. 8e j 240?-1. 585=3. 642e j 130. 77?

V ?????

fa =V fa (1) +V fa (2) +V fa (0) =3V fa (1) =3*j 0. 311=j 0. 933

V ?

fb =a 2

V ???

fa (1) +a V fa (2) +V fa (0) =0. 311e j 90?+240+0. 311e j 90?+120+0. 311e j 90=0 V ?

fb =a V fa (1) +a 2V ?

fa (2) +V fa (0) =0. 311e j 90?+120+0. 311e j 90?+240+0. 311e j 90=0

课程设计总结

参考文献

[1] 何仰赞，温增银. 电力系统分析(上册)(第三版)[M].武汉：华中科技大学出

版社.2002.1

[2] 何仰赞，温增银. 电力系统分析(下册)(第三版)[M].武汉：华中科技大学出

版社.2002.3

[3] 杨淑英. 电力系统概论[M].北京：中国电力出版社.2003.7

[4] 纪雯. 电力系统设计手册[M].北京：中国电力出版社，1998.6

[5] 曹绳敏. 电力系统课程设计及毕业设计参考资料[M].北京：中国电力出版

社，1998.3

[6] 刘万顺．电力系统故障分析．北京：水利电力出版社，1992．

[7] 刘万顺．电力系统故障分析习题集．北京：水利电力出版社，1994．

[8] 熊信银．发电厂电气部分（第三版）．中国电力出版社，1987．

范文三：两相相间短路故障仿真分析(AC)

第一章引言................................................................................................................................... 1

1.1 课程设计的目的及意义................................................................................................... 1

1.2 Matlab 软件简介 . ............................................................................................................. 1

1.3 电力系统发展前景........................................................................................................... 2

第二章简单不对称故障相间短路的分析计算 .......................................................................... 4

2.1 概述................................................................................................................................... 4

2.2 两相相间短路分析计算（AC 相） ................................................................................ 4

第三章两相相间短路故障的仿真波形分析 .............................................................................. 7

3.1故障点电流波形图分析.................................................................................................... 7

3.2故障点电压波形图分析.................................................................................................. 10

3.3故障点A 相电流序分量波形图分析............................................................................. 12

3.4故障点A 相电压序分量波形图分析............................................................................. 15

结束语........................................................................................................................................... 19

参考文献....................................................................................................................................... 20

第一章引言

1.1 课程设计的目的及意义

通过运用MATLAB 软件进行的仿真，了解在输电线路上发生各种故障时的

系统变化情况。有针对性的改善输电线路所装设的保护装置，使其能够在线路出

现故障时迅速做出反应，保证线路安全运行，同时运行人员也可以根据保护装置

动作情况很快地判断出故障点所处位置，为线路检修争取宝贵时间并减少因故障

而带来的巨大损失。

安置在输电线路上的保护装置，当被保护的元件发生故障时，能自动、迅速、

有选择的将故障从电力系统中切除，以保证其余部分恢复正常运行，并使故障元

件免于继续受伤害。当被保护元件发生异常运行状态时，经一定延时动作于信号，

以使值班人员采取措施。

1.2 Matlab 软件简介

MATLAB 是由美国mathworks 公司发布的主要面对科学计算、可视化

以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学

数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个

易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计

算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传

统非交互式程序设计语言（如C 、Fortran ）的编辑模式，代表了当今国际科

学计算软件的先进水平。

MATLAB 和Mathematica 、Maple 并称为三大数学软件。它在数学类科

技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB 可以进行矩阵运算、绘制

函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主

要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、

金融建模设计与分析等领域。

MATLAB 的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常

用的形式十分相似，故用MATLAB 来解算问题要比用C ，FORTRAN 等语

言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB 也吸收了像Maple 等软件的优

点，使MATLAB 成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C ，

FORTRAN ，C++，JAVA 的支持。可以直接调用, 用户也可以将自己编写的

实用程序导入到MATLAB 函数库中方便自己以后调用，此外许多的

MATLAB 爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以

用。MA TLAB 软件中的SIMULINK 是用来对动态系统进行建模、仿真和分析的

集成开发环境，是结合了框图界面和交互仿真能力的非线性动态系统仿真工具。

SIMULINK 专用元件库包含以下一些子元件库：Communications Blockset（通信

元件库）、DSP Blockset （数字信号处理元件库）、SimPowerSystems （电力系统

元件库）、Neural Network Blockset （神经网络元件库）等。这些元件库为解决

具体的工程问题提供了更为快速、准确和简洁的途径，避免了用SIMULINK 提

供的基本元件来构造模型的繁琐。

SimPowerSystems （电力系统元件库）涵盖了电路分析、电力电子、电力系

统等电气工程学科中基本元件的仿真模型。它包括：Electrical Sources （电力元

件），Elements （线路元件），Power Electronics （电力电子元件），Machines （电

机元件），Connectors （连接器元件），Measurements （电路测量仪器），Extras （附

加元件），Demos （演示教程）和Powergui （电力图形用户接口）等元件。

1.3 电力系统发展前景

目前电力系统市场发展中的自动控制技术趋向于控制策略的日益优化，呈现

出适应性强、协调控制完善、智能优势明显、区域分布日益平衡的发展趋势。在

设计层面电力自动化系统更注重对多机模型的问题处理，且广泛借助现代控制理

论及工具实现综合高效的控制。在实践控制手段的运用中合理引入了大量的计算

机、电子器件及远程通信应用技术。而在研究人员的组合构建中电力企业本着精

益求精、综合适用的原则强调基于多功能人才的联合作战模式。在整体电力系统

中，其工作方式由原有的开环监测合理向闭环控制不断发展，且实现了由高电压

等级主体向低电压丰富扩展的安全、合理性过度，例如从能量管理系统向配电管

理系统合理转变等。再者电力系统自动化实现了由单个元件到部分甚至全系统区

域的广泛发展，例如实现了全过程的监测控制及综合数据采集发展、区域电力系

统的稳定控制发展等。相应的其单一功能也实现了向多元化、一体化综合功能的

发展，例如综合变电站实现了自动化发展与提升。系统中富含的装置性功能更是

向着灵活、快速及数字化的方向发展; 系统继电保护技术实现了全面更新及优势

发展等。依据以上创新发展趋势电力系统自动化市场的发展目标更加趋于优化、

协调与智能的发展，令潮流及励磁控制成为市场新一轮的发展研究目标。因此我

们只有在实践发展中不仅提升系统的安全运行性、经济合理性、高效科学性，同

时还应注重向自动化服务及管理的合理转变，引入诸如管理信息系统等高效自动

化服务控制体系，才能最终令电力系统自动化市场的科学发展之路走的更远。

经过了数十年的研究发展，我国先进的计算机管理技术、通信及控制技术实

现了跨越式提升，而新时期电力系统则毋庸置疑的成为集计算机、通信、控制与

电力设备、电力电子为一体的综合自动化控制系统，其应用内涵不断扩充、发展

外延继续扩展，令电力系统自动化市场中包含的信息处理量越来越庞大、综合因

素越来越复杂，可观、可测的在数据范围越来越广阔，能够合理实施闭环控制、

实现良好效果的控制对象则越来越丰富。由此不难看出电力系统自动化市场已摒

弃了传统的单一式、滞后式、人工式管理模式，而全面实现了变电站及保护的自

动化发展市场、调度自动化市场、配电自动化市场及综合的电力市场。在变电站

及保护的自动化市场发展中，我国的500千伏变电站的控制与运行已经全面实现

了计算机化综合管理，而220千瓦变电站则科学实现了无人值班看守的自动化控

制。当然我国众多变配电站的自动化控制程度普及还相对偏低，同时新一轮变电

站自动化控制系统标准的广泛推行及应用尚处在初级阶段，因此在未来的发展中

我们还应继续强化自动化控制理念的科学引入，树立中小变电站的自动化控制观

念、提升大型变电站的自动化控制水平，从而继续巩固电力自动化系统在整体市

场中占据的排头兵位置，令其持之以恒的实现全面自动化发展。

第二章简单不对称故障相间短路的分析计算

2.1 概述

分析三相短路时，由于电路是对称的，短路电流周期分量也是对称的，只需

分析其中的一相就可以了。但是，在系统发生不对称故障短路时，电路的对称性

受到破坏，网络中出现了三相不对称的电压和电流，对称电路变成了不对称电路，

不能只取一相进行计算，直接地去解这种不对称的电路是相当复杂的。

1910年G.Hommel 提出了对称分量法，在电力系统分析和计算中得到广泛

的应用。电力系统在正常运行时是三相对称的。当系统发生不对称故障时，电源

电势及其阻抗仍然对称，但是在故障点处，三相阻抗将不对称。通常采用对称分

量法对此类电路进行分析。

在此所讨论的各种不对称故障的分析计算中，求出各序电流、各序电压对称

分量及各相电流、电压值，一般都是指起始时或稳态时的基频分量。

2.2 两相相间短路分析计算(AC 相)

两相短路时，假定在K 点发生AC 两相短路。这种情况下以相量表示的边

界条件方程如下：

=-I ；U =U I fb =0；I fa fc fb fc

（2-1）

转换为对称分量：

1I fb 0=(I fa +I fb +I fc ) =03

I fb 1

I fb 2???jI ?12 ? =(a I fa +I fb +aI fc ) = ?3?jI ?1 2 =(aI fa +I fb +a I fc ) =-3 （2-2）

=0 （ 2-3） I fb 0可得： I fb 1=-I fb 2，

=U 即： U （2-4） fb 1fb 2

于是，以序分量表示的AC 相短路的边界条件为：

I fb 0=0；=U I fb 1=-I fb 2； U （2-5） fb 1fb 2

南昌工程学院本科课程设计

应当注意，AC 相短路时选基准相为B 相，故障点基准相的序电流、序电压

才有式（2-5）的关系，B 相和C 相的序电流、序电压就没有这样的关系。当然

AC 相短路时选B 相为基准相，AB 相短路时选C 相为基准相，其故障点的序电

流、序电压同样有这一关系。

与I 之间的相位差为： U fb 1fb 1

φk =tg -1x 2∑R 2∑ （2-6）

由此可知，φk 等于系统负序阻抗的阻抗角。

短路点的各序复数功率按下列式进行计算：

=U I ? 正序功率：S （2-7） fb 1fb 1fb 1

I ? （2-8）=U 负序功率：S fb 2fb 2fb 2

式中 I ?fb 1、I ?fb 2-------------短路点的正序及负序电流的共轭值。

故障处的各相电流、电压有序分量计算得：

22I fa =aI fb 1+a I fb 2=(a -a ) I fb 1=fb 1??? I fb =I fb 1+I fb 2=0? （2-9）

?2 2 I fc =a I fb 1+aI fb 2=(a -a ) I fb 1=-fb 1??

=aU +a 2U ?U =-U fa fb 1fb 2fb 1?? U fb =U fb 1+U fb 2=2U fb 1? （2-10）

=a 2U +aU ?U =-U fb 1fb 2fb 1?? fc

当Z 1∑=Z 2∑时，由式（2-7）可知，此时有：

=-I =I fa fc 1∑2∑=j 2Z 1∑=j （3）I fb （2-11） 2

（3）（3）I fb =I kb 为同一故障点发生三相短路时的A 相短路电流，式中 E b 1∑Z 1∑。式（2-12）

说明，如果故障点的Z 1∑=Z 2∑（故障点远离电源），则两侧短路电流等于该点三

2倍。

第二章简单不对称故障相间短路的分析计算

两相短路（AC ）故障处电流电压向量图如下：

U U fa U fc 1 fa

U fb 1

I fc U

fc U U fb 2fb fa 1 I U U I fa 2 I fc 2fb 1fc 2

两相短路（AC ）故障处电流电压向量图

jx I

U fb (0)

a,c 两相短路复合序网络从以上的分析计算可知，两相短路有以下几个基本特点：

（1）短路电流及电压中不存在零序分量。

（2）两故障相中的短路电流的绝对值相等，而方向相反，数值上为正序电

流的3倍。

（3）当Z 1∑=Z 2∑时，两相短路的故障相电流为同一点发生三相短路时的短

流。

（4）短路时非故障相电压在短路前后不变，两故障相电压总是大小相等，

数值上为非故障相电压的一半，两故障相电压相位上总是同相，但与非故障相电

压方向相反。

2倍，因此可以通过对序网进行三相短路计算来近似求两相短路的电

第三章两相相间短路（AC 相）故障仿真的波形分析

将三相电路短路故障发生器中的故障相选择为A 相和C 相故障, 即发生A 相和C 相两相短路故障。

不对称故障仿真模型图

设置完电路图和仿真参数后，下面进行电路仿真。激活仿真按钮，查看仿真波形图。

电源参数设定输电线路参数设定

3.1 故障点电流波形图分析

图3-11故障点A 相电流

选择故障点A 相电流作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A 相电流波形如图3-11所示。由该波形图可以得出以下结论：在稳态时，故障点A 相电流由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而电流幅值为0A 。在0.01s 时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生A 、C 两相短路，故障点A 相电流发生变化，由于闭合时有初始输入量和初始状态量，因而波形下移，呈正弦波形变化。在0.04s 时，三相电路短路故障发生器断开，相当于排除了故障。此时故障点A 相电流迅速上升为0A 。

图3-12故障点B 相电流

选择故障点B 相电流作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点B 相电流波形如图3-12所示。由波形图可以得出以下结论：在A 、C 发生两相短路时，故障点B 相电流没有变化，始终为0A 。同时也符合理论计算如式2-14可知I fb =0。选择故障点C 相电流作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点C 相电流波形如图3-13所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点C 相电流由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而电流为0A 。在0.01s 时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生A 、C 两相短路，故障点C 相电流幅值发生变化，由于闭合时有初始输入量和初始状态量，因而波形上移，呈正弦波形变化。在0.04s 时，三相电路短路故障发生器断开，相当于排除故障。此时故障点C 相电流迅速下降为0A 。

图3-13故障点C 相电流

选择故障点A 相电流、B 相电流和C 相电流作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点三相电流波形如图3-14所示。由图形可以得出以下结论：当电路发生B 、C 两相短路故障时，A 相电流没有变化，B 相电流波形下移，C 相电流波形上移。理论计算中I fa =-I fc ，结合图3-14中故障点A 、C 电流波形并且对

比图3-12和图3-13故障点A 、C 的电流波形，可知理论计算正确。

图3-14故障点三相电流波形图

3.2 故障点电压波形图分析

图3-21故障点A 相电压

选择故障点A 相电压作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A 相电压波形如图3-21所示。由该波形图可以得出以下结论：在稳态时，故障点A 相电压由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而电压为正弦变化。在0.01s 时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生A 、C 两相短路，故障点A 相电压发生变化，突变为0V 。在0.04s 时，三相电路短路故障发生器断开，相当于排除故障。此时故障点A 相电压波动恢复正弦波形。

图3-22故障点B 相电压

选择故障点B 相电压作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点B 相电压波形如图3-22所示，在稳态时，故障点B 相电压由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而电压为正弦变化幅值约为45000V 。在0.01s 时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生A 、C 两相短路， B 相电压发生变化，从突变为65000V 。由图形可以得出以下结论：由于B 相为非故障相，其电压波形仅在两相短路期间波的幅值变大，但是波形不变。

选择故障点C 相电压作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点C 相电压波形如图3-23所示。由该波形图可以得出以下结论：在稳态时，故障点C 相电压由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而电压为正弦变化其幅值为约为45000V 。在0.01s 时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生A 、C 两相短路，故障点C 相电压发生变化，突变为0V 。在0.04s 时，三相电路短路故障发生器断开，相当于排除故障。此时故障点C 相电压波动恢复正弦波形。

图3-23故障点C 相电压

选择故障点A 相电压、B 相电压和C 相电压作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点三相电压波形如图3-24所示。由波形图可以得出以下结论：在B 、C 两相发生短路故障时，非故障相B 相电压波形幅值增大。B 相和C 相电压降为0V 。

图3-24故障点三相电压波形图

3.3 故障点A 相电流序分量波形图分析

图3-31故障点A 相电流正序分量波形图

选择故障点A 相电流、故障点B 相电流和故障点C 相电流；在三相序量分析器中选择故障点A 相电流正序分量作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A 相电流正序分量波形如图3-31所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点A 相电流正序分量由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而幅值为0A ，相角为0deg 。在0.01s 时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生A 、C 两相短路，故障点A 相电流正序分量发生变化，幅值迅速上升至14000A 左右，相角下降，至大约-90deg 时稳定。由式（2-2

）I fb 1=

I jI 可

知 =aI , I =I fa 1fb 1fa 1i 210 ，由图3-13可知故障点C 相电流幅值约为25000A ，图

3-31可知A 相电流正序分量幅值约为14000A

，25000A /≈14000A 。理论计算所得大致符合波形图。在0.04s 时，三相电路短路故障发生器打开，相当于排除故障。此时故障点A 相电流正序分量幅值下降，至0.06s 时幅值为0A ；故障点A 相电流正序分量的相角继续下降，至0.06s 时降为大约-180deg ，然后稳定到0A 。

图3-32 故障点A 相电流负序分量波形图

选择故障点A 相电流、故障点B 相电流和故障点C 相电流；在矢量选择器中选择故障点A 相电流负序分量作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点B 相电流负序分量波形如图3-32所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点B 相电流负序分量由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而幅值为0A ，相角为0deg 。在0.01s 时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生A 、C 两相短路，故障点A 相电流负序分量发生变化，幅值迅速上升至14000A 左右，相角突变为大约-120deg ，下降至大约-150deg 时稳定。由理论计算式（2-3）

=a 2I , I =aI ，将上式代入式（2-3）可知a 2I =-aI =-I ，且I I fb 1fa 1fb 2fa 2fa 1fa 2fb 1fb 2，

化简得I fa 1=a 2I fa 2。观察对比图3-31和图3-32可知A 相电流正、负序分量幅值

相等，相角相差-60deg 与理论计算相符合。在0.04s 时，三相电路短路故障发生器打开，相当于排除故障。此时故障点A 相电流负序分量幅值下降，至0.06s 时幅值为0A ；故障点A 相电流正序分量的相角继续下降，至0.06s 时稳定到0A 。

图3-33 故障点A 相电流零序分量波形图

选择故障点A 相电流、故障点B 相电流和故障点C 相电流；选择故障点A 相电流零序分量作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A 相电流零序分量波形如图3-33所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点A 相电流零序分量由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而幅值为0A ，相角为0deg 。在0.01s 时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生A 、C 两相短路，故障点A 相电流零序分量幅值缓慢波动上升其幅值为0.03A 可以近似约等于零，相角突变为90deg ，之后稳定在60deg 左右。在0.04s 时，三相电路短路故障发生器打开，相当于排除故障。此时故障点A 相电流零序分量幅值缓慢波动下降，至0.06s 时稳定在0A ，相角波动恢复至0deg 。在0.06s 发生突变后稳定至0A 。

选择故障点A 相电流、故障点B 相电流、故障点C 相电流作为电气测量量，激活仿真按钮，则故障点A 相电流正序、负序、零序分量波形如图3-34所示。由波形图可以得出，故障时, A 相电流正序、负序的幅值变化较大，零序分量变化不大。A 相电流负序滞后正序分量60deg 。

图3-34 故障点A 相电流正序、负序和零序分量波形图

3.4 故障点A 相电压序分量波形图

图3-41 故障点A 相电压正序分量波形图

选择故障点A 相电压、故障点B 相电压和故障点C 相电压；选择故障点A 相电压正序分量作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A 相电压正序分量波形如图3-41所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点A 相电压正序分量由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而幅值为线性上升，相角为0deg 。在0.01s 时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生A 、C 两相短路，故障点A 相电压正序分量发生变化，幅值波动后稳定在23000V 左右，

相

i 120 =U +U 角在0deg 左右缓慢波动。由式（2-10）可知U =2U =2e U fa 1。fb fb 1fb 2fb 1

≈49504A , 图3-41可知U ≈23000V ，在幅值上故根据图3-22可知有效值U fb fa 1

障点B 相电压是故障点A 相电压正序分量的两倍。在0.04s 时，三相电路短路故障发生器打开，相当于排除故障。此时故障点A 相电压正序分量继续线性上升，至0.06s 时幅值为45000V ；故障点A 相电压正序分量的相角继续缓慢波动，最后稳定到0V 。

图3-42 故障点A 相电压负序分量波形图

选择故障点A 相电压、故障点B 相电压和故障点C 相电压；选择故障点A 相电压负序分量作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A 相电压负序分量波形如图3-42所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点A 相电压负序分量由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而幅值正弦变化，相角为线性下降变化趋势。在0.01s 时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生

A 、C 两相短路，故障点A 相电压负序分量发生变化，幅值波动上升后稳定在23000V 左右，相角突变为150deg ，之后下降至120V ，然后120deg 处波动。根

=a 2U , U ，且U =aU U =U 据理论计算，由式（2-5）将上式代入（2-5），fb 1fa 1fb 2fa 2fb 1fb 2

，由上式可知故障点A 相电压负序分量超前正序分量120deg 。对=aU 得U fa 2fa 1

比图3-41和图3-42可知理论计算符合波形图。在0.04s

时，三相电路短路故障

发生器打开，相当于排除故障。此时故障点A 相电压负序分量幅值迅速下降，至0.06s 时幅值为0V ；故障点A 相电压负序分量的相角继续缓慢波动，最后在0.06s 后突变。

图3-43 故障点A 相电压零序分量波形图

选择故障点A 相电压、故障点B 相电压、故障点C 相电压；选择故障点A 相电压零序分量作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A 相电压零序分量波形如图3-43所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点A 相电压零序分量由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而幅值为0V ，相角为0deg 。在0.01s 时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生A 、C 两相短路，故障点A 相电压零序分量发生变化，幅值迅速上升后，稳定在23000V 左右，相角突变后，从大约150deg 处下降，稳定在-120deg 左右。在0.04s 时，三相电路短路故障发生器打开，相当于排除故障。此时故障点A 相电压零序分量幅值迅速下降，至0.06s 时幅值为0V ；故障点A 相电压零序分量的相角继续缓慢波动，然后迅速突变到0V 。

选择故障点A 相电压、故障点B 相电压、故障点C 相电压；使用矢量选择器选择故障点A 相电压正序、负序、零序分量作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A 相电压正序、负序、零序分量波形如图3-44所示。由波形图可以得出以下结论:故障时A 相电压正序、负序、零序的幅值相同为45000V

左右。从

相角上看，A 相电压正序分量基本在0deg 波动，负序和零序分量基本在120deg 和-100deg 处波动。

图3-44故障点A 相电压正序、负序、零序分量波形图

结束语

系统仿真技术是解决工程领域问题的主要手段之一，尤其是在解决大系统和复杂问题中，已经成为不可缺少的技术工具。这里简述了, MATLAB 软件在电力系统仿真中的应用，并在仿真平台上进行电力系统输电线路建模、仿真和分析。在正确设置了仿真系统中各元件的参数后，得到了理想的仿真效果。

此次设计简单介绍电力系统行业目前状况，而后说明电力系统出现的故障类型，并对某些故障的分析方法做了简单的阐述。对电力系统故障危害中的横向故障出现的两相AC 相间短路进行了理论分析计算。接着对MATLAB 所仿真的故障相电流电压，A 相电流电压序分量波形图进行分析，并与之前的理论计算所得结论进行比较，验证理论计算的正确性，得到了理想的仿真效果。

参考文献

[1]何仰赞, 温增银. 电力系统分析[M ].武汉：华中理工大学出版社，2002

[2]吴天明.MATLAB 电力系统设计与分析[M ].北京：国防工业出版社，2004

[3]韩祯祥, 吴国炎. 电力系统分析[M ].杭州：浙江大学出版社，1993

[4] Nagrath I J, Kothari D R. Modern Power System Analysis, New Delhi ：Tata McGraw-Hill Publishing Company ,1989

[5] Elgred 0 I .Electric Energy System

McGraw-Hill Book Co.1982

20 Theory- An Introduction.

范文四：两相短路故障电流限制研究

第37卷　

2009年6月云　南　电　力　技　术Y UNNAN ELECT R I C P OW ER Vol 137No 13

Jun 12009

两相短路故障电流限制研究

张　磊　束洪春　齐洪斌　张志民

(11昆明理工大学电力工程学院, 云南　昆明　650051; 21华油井下公司, 　任丘　062552)

摘要:针对两相短路故障提出了利用统一潮流控制器(。对于两端均装设有UPFC 装置的线路, , 消除或抑制负序和零序电流, 。关键词:两相短路　　故障线路

中图分类号:T :B 　　文章编号:1006-7345(2009) 03-0011-03

1　UPFC 限制单相接地故障电流原理

统一潮流控制器(UPFC ) , 能方便地改变电力系统的状态。图1为在线路S 端安装了UPFC 的输电线路简单模型, UPFC 通过逆变器2和串联变压器在线路S 端提供一个幅值和相位都可调

节的串联电压V s, V s 与线路之间交换的功率由并联变压器经逆变器1提供, 它与线路交换的无功功率可由直流侧电容单独提供, 也可由直流侧电容和并联变压器经逆变器1共同提供

。

图2　线路两端安装了U P FC

的线路的三相简化等效电路图

(a )

正序等效电路

(b )

负序等效电路

图1　U PFC 的结构原理图

图2为线路两端均安装了UPFC 的线路三相

(c ) 零序等效电路

图3　在F 点发生不对称短路时的各序等效电路图

简化模型。其中U SN 和U RN (下标N 分别为A 、B 、C, 表示A 、B 、C 相对应的参数, 下同) 为

如果线路在F 点发生两相短路(假设B 、C 相短路) 时, 其对应的正序等效电路、负序等效电路和零序等效电路见图3。故障点的边界条件为:

线路两端系统的等效电源, V SN 和V RN 为UPFC 向线路提供的串联电压

。

　　收稿日期:2009-03-02

　2009年第3期

云南电力技术

(1)

第37卷　

(8)

I F 1=-I F 2, I F 0=0, U F 1=U F 2

两相短路故障电流I F 为:

式(3) 、式(6) 和式(8) 确定了线路两端串联

(2)

I F =I F 1+I F 2+I F 0

电压的零序分量、正序分量和负序分量, 发生两相短路时, 线路两端A 、B 、C 相串联的电压分别为

调节UPFC , 控制线路两端串联电压的零序分

量, 使V s 0=0, V R 0=0(3)

根据图3(c ) , 故障电流的零序分量为0, 故障线路上传输的零序电流也为0。根据式(1) 条件, ?

)

均为0, 故障电流F UPFC , 控制线路, 使

(4)

V s 2=U F 2, V R 2=U F 2

(10)

根据图3(b ) , 此时故障电流的负序分量为0, 同时故障线路上传输的负序电流也为0。根据式(1) 的边界条件, 在该状态下故障电流的正序分量

由图3(a ) 可知, 在故障电流正序分量为0的条件下, 故障线路上传输的正序电流为

(11)

也为0。至此, 通过调节UPFC, 使得故障电流的正序分量、负序分量和零序分量均为0, 因此故障短路电流也为0。控制线路两端串联电压的正序分量, 使

从上面分析可知, 当线路发生两相短路时, 控

(5)

V S 1=k 1U S 1, V R 1=k 2U R 1

制U PFC, 给线路两端提供串联电压, 该电压由式(9) 、式(10) 决定, 不仅能使故障短路电流的正序

为了叙述方便, 我们假设k 1和k 2为相等的实数-k, 则式(5) 变为

分量、负序分量和零序分量均为0, 还能使故障线路上传输的负序电流和零序电流为0, 保持故障线

V S 1=-kU S 1, V R 1=-kU R 1

(6)

路继续运行。虽然故障电流为0, 但故障线路上传输的正序电流(线路潮流) 却不为0, 该正序电流仍由式(11) 决定, 故障线路两端的系统仍可有功率交换, 故障线路可继续运行。

当I F 1=0时, 根据图3(a ) 和式(6) , 故障点电压的正序分量为

(7)

2　U P FC 限制单相接地故障电流仿真

以图1所示的简单电力系统为例, 该模型由两端系统以及它们之间的一条输电线路组成(该系

根据两相短路的边界条件及式(4) , 线路两端串联电压的负序分量为

统两端均装设有UPFC ) 。在短路点两侧的线路和两端系统分别用戴维宁定理等效为无穷大容量三相对称电源和阻抗的串联。对于由调节系统两端装设的U PFC 而产生的串联电压用单相理想电压源

　第37卷两相短路故障电流限制研究

2009年第3期　

等效。该系统额定电压为500kV , 短路点左侧等效

ΔU SC ; V RA =ΔU RA , V RB =ΔU RB , V RC =ΔU RC 。

此时得到的短路电流和传输到R 端的三相电流波形见图6

。

的三相电源参数为:线电压525kV, 相移0, U SA =

30311∠0°, U SB =30311∠-120°, U SC =30311∠120°;

短路点右侧等效的三相电压源参数为:线电压500kV,

相移-45°, U RA =2881675∠-45°, U RB =2881675∠-?

　F R 165°, U RC =2881675∠75°; 阻抗参数为:短路点左侧等

效阻抗Z SA =Z SB =Z SC =(10+j100) Ω, 短路点右侧等效阻抗Z RA =Z RB =Z RC =(10+) 。障时, S 端传输到R 端的A 如图4所示

, 两相短路故障时, 若, 与故障前相比, 出现了很大短路

电流, R 端三相电流也出现了严重的不对称(表现为A 相电流几乎不变, 而B 、C 相电流增加了很多, 主要是往短路点送入了大量电流, 尤其C 相较为严重) 。若UPFC 迅速动作, 在S 端和R 端产生合适的串联电压后, 短路电流为0, R 端三相电流几乎与故障前无异, 说明传输至R 端的功率仍保持原有值, 且系统运行正常。

图4　系统无故障时R 端A 、B 、C 三相电流仿真波形

3　结束语

文中对利用UPFC 限制单相接地故障电流进行了仿真研究。验证了利用UPFC 限制单相接地故障电流理论的正确性, 对于线路两端均装设有UPFC 装置的系统, 在线路发生单相接地故障时,

线路在F 点发生两相(B 、C 相) 短路时, UPFC 未作用时两相短路电流和R 端三相电流仿真波形见图5

。

让UPFC 迅速动作, 在线路两端产生适当的串联电压, 使单相接地短路电流为0, 同时使故障线路能正常传输功率。该研究对于增强电力系统的稳定性和提高供电的可靠性具有重要的意义。　　参考文献

[1]王锡凡, 方万良, 杜正春1现代电力系

　图5　F 点短路电流波形　　　R 端三相电流仿真波形

U PFC 作用时, 要使线路上传输的功率不变,

即传输到R 端的三相电流不变, 根据式(11) , k =0; 再由式(9) 和式(10) , 得到

ΔU SA =273138∠-21192°, ΔU SB =273138∠98108°, ΔU SC =273138∠-141192°; ΔU RA =273138∠-21192°, ΔU RB =273138∠98108°, ΔU RC =273138∠-141192°。

?????

统分析(第一版) 社, 20041

[M]1北京:科学出版

[2]黄振宇, 赵亮, 陈寿孙, 张宝霖1电力系

统动态分析中统一潮流控制器的模型研究[J]1清华大学学报(自然科学版) , 1997, 37:74-781

[3]鞠儒生, 陈宝贤, 邱晓刚1UPFC 控制方

法研究[J ]1电机工程学报, 2003, 23(6) :60-65, 701

调节U PFC, 使V SA =ΔU SA , V SB =ΔU SB , V SC =

范文五：两相相间短路故障仿真分析(AC)

两相相间短路故障仿真分析(AC)

第一章引

言................................................................................................................................... 1

1.1 课程设计的目的及意

义................................................................................................... 1

1.2 Matlab软件简

介 .............................................................................................................. 1

1.3 电力系统发展前

景........................................................................................................... 2

第二章简单不对称故障相间短路的分析计

算 .......................................................................... 4

2.1 概

述................................................................................................................................... 4

2.2 两相相间短路分析计算(AC

相) ................................................................................ 4

第三章两相相间短路故障的仿真波形分

析 .............................................................................. 7

3.1故障点电流波形图分

析.................................................................................................... 7

3.2故障点电压波形图分

析.................................................................................................. 10

3.3故障点A相电流序分量波形图分

析............................................................................. 12

3.4故障点A相电压序分量波形图分

析............................................................................. 15

结束

语........................................................................................................................................... 19

参考文

献....................................................................................................................................... 20

南昌工程学院本科课程设计第一章引言

1.1 课程设计的目的及意义

通过运用MATLAB软件进行的仿真，了解在输电线路上发生各种故障

时的系统变化情况。有针对性的改善输电线路所装设的保护装置，使其能

够在线路出现故障时迅速做出反应，保证线路安全运行，同时运行人员也

可以根据保护装置动作情况很快地判断出故障点所处位置，为线路检修争

取宝贵时间并减少因故障而带来的巨大损失。

安置在输电线路上的保护装置，当被保护的元件发生故障时，能自动、

迅速、有选择的将故障从电力系统中切除，以保证其余部分恢复正常运行，

并使故障元件免于继续受伤害。当被保护元件发生异常运行状态时，经一定延时动作于信号，以使值班人员采取措施。

1.2 Matlab软件简介

MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如C、Fortran)的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的

第一章引言

实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的

MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。MATLAB软件中的SIMULINK是用来对动态系统进行建模、仿真和分析的集成开发环境，是结合了框图界面和交互仿真能力的非线性动态系统仿真工具。SIMULINK 专用元件库包含以下一些子元件库:Communications Blockset(通信元件库)、DSP Blockset (数字信号处理元件库)、SimPowerSystems(电力系统元件库)、Neural Network Blockset (神经网络元件库)等。这些元件库为解决具体的工程问题提供了更为快速、准确和简洁的途径，避免了用SIMULINK 提供的基本元件来构造模型的繁琐。

SimPowerSystems(电力系统元件库)涵盖了电路分析、电力电子、电力系统等电气工程学科中基本元件的仿真模型。它包括:Electrical Sources

(电力元件)，Elements(线路元件)，Power Electronics(电力电子元件)，Machines(电机元件)，Connectors(连接器元件)，Measurements(电路测量仪器)，Extras(附加元件)，Demos(演示教程)和Powergui(电力图形用户接口)等元件。

1.3 电力系统发展前景

目前电力系统市场发展中的自动控制技术趋向于控制策略的日益优化，呈现出适应性强、协调控制完善、智能优势明显、区域分布日益平衡的发展趋势。在设计层面电力自动化系统更注重对多机模型的问题处理，且广泛借助现代控制理论及工具实现综合高效的控制。在实践控制手段的运用中合理引入了大量的计算机、电子器件及远程通信应用技术。而在研

究人员的组合构建中电力企业本着精益求精、综合适用的原则强调基于多功能人才的联合作战模式。在整体电力系统中，其工作方式由原有的开环监测合理向闭环控制不断发展，且实现了由高电压等级主体向低电压丰富扩展的安全、合理性过度，例如从能量管理系统向配电管理系统合理转变等。再者电力系统自动化实现了由单个元件到部分甚至全系统区域的广泛发展，例如实现了全过程的监测控制及综合数据采集发展、区域电力系统的稳定控制发展等。相应的其单一功能也实现了向多元化、一体化综合功能的发展，例如综合变电站实现了自动化发展与提升。系统中富含的装置性功能更是向着灵活、快速及数字化的方向发展;系统继电保护技术实现了全面更新及优势发展等。依据以上创新发展趋势电力系统自动化市场的发展目标更加趋于优化、协调与智能的发展，令潮流及励磁控制成为市场新一轮的发展研究目标。因此我

南昌工程学院本科课程设计

们只有在实践发展中不仅提升系统的安全运行性、经济合理性、高效科学性，同时还应注重向自动化服务及管理的合理转变，引入诸如管理信息系统等高效自动化服务控制体系，才能最终令电力系统自动化市场的科学发展之路走的更远。经过了数十年的研究发展，我国先进的计算机管理技术、通信及控制技术实现了跨越式提升，而新时期电力系统则毋庸置疑的成为集计算机、通信、控制与电力设备、电力电子为一体的综合自动化控制系统，其应用内涵不断扩充、发展外延继续扩展，令电力系统自动化市场中包含的信息处理量越来越庞大、综合因素越来越复杂，可观、

可测的在数据范围越来越广阔，能够合理实施闭环控制、实现良好效果的控制对象则越来越丰富。由此不难看出电力系统自动化市场已摒弃了传统的单一式、滞后式、人工式管理模式，而全面实现了变电站及保护的自动化发展市场、调度自动化市场、配电自动化市场及综合的电力市场。在变电站及保护的自动化市场发展中，我国的500千伏变电站的控制与运行已经全面实现了计算机化综合管理，而220千瓦变电站则科学实现了无人值班看守的自动化控制。当然我国众多变配电站的自动化控制程度普及还相对偏低，同时新一轮变电站自动化控制系统标准的广泛推行及应用尚处在初级阶段，因此在未来的发展中我们还应继续强化自动化控制理念的科学引入，树立中小变电站的自动化控制观念、提升大型变电站的自动化控制水平，从而继续巩固电力自动化系统在整体市场中占据的排头兵位置，令其持之以恒的实现全面自动化发展。

第二章简单不对称故障相间短路的分析计算

2.1 概述

分析三相短路时，由于电路是对称的，短路电流周期分量也是对称的，只需分析其中的一相就可以了。但是，在系统发生不对称故障短路时，电路的对称性受到破坏，网络中出现了三相不对称的电压和电流，对称电路变成了不对称电路，不能只取一相进行计算，直接地去解这种不对称的电路是相当复杂的。

1910年G.Hommel提出了对称分量法，在电力系统分析和计算中得到

广泛的应用。电力系统在正常运行时是三相对称的。当系统发生不对称故障时，电源电势及其阻抗仍然对称，但是在故障点处，三相阻抗将不对称。通常采用对称分量法对此类电路进行分析。

在此所讨论的各种不对称故障的分析计算中，求出各序电流、各序电压对称分量及各相电流、电压值，一般都是指起始时或稳态时的基频分量。

2.2 两相相间短路分析计算(AC相)

两相短路时，假定在K点发生AC两相短路。这种情况下以相量表示的边界条件方程如下:

???I?;U??U? I?fb?0;Ifafcfbfc

(2-1)

转换为对称分量:

1I?fb0?(I?fa?I?fb?I?fc)?03

I?fb1

I?fb2???jI??12?????(aIfa?Ifb?aIfc)? ?3?jI??1?2???(aIfa?Ifb?aIfc)??3

(2-2)

?0 ( 2-3) I?fb0可得: I?fb1??I?fb2，

?? ?

U即: U(2-4) fb1fb2

于是，以序分量表示的AC相短路的边界条件为:

?? I?fb0?0;?U I?fb1??I?fb2; U(2-5) fb1fb2

南昌工程学院本科课程设计

应当注意，AC相短路时选基准相为B相，故障点基准相的序电流、序电压才有式(2-5)的关系，B相和C相的序电流、序电压就没有这样的关系。当然AC相短路时选B相为基准相，AB相短路时选C相为基准相，其故障点的序电流、序电压同样有这一关系。

?与I?之间的相位差为: Ufb1fb1

?k?tg

x2?R2?

(2-6)

由此可知，?k等于系统负序阻抗的阻抗角。短路点的各序复数功率按下列式进行计算:

??U?I? 正序功率:S(2-7) fb1fb1fb1??I?

(2-8)?U负序功率:S fb2fb2fb2

式中 I?fb1、I?fb2-------------短路点的正序及负序电流的共轭值。故障处的各相电流、电压有序分量计算得:

I?fa?aI?fb1?aI?fb2?(a?a)I?fb1?fb1?

?????Ifb?Ifb1?Ifb2?0? (2-9) ?2?2???Ifc?aIfb1?aIfb2?(a?a)Ifb1??fb1??

??aU??a2U???U??Ufafb1fb2fb1

??????Ufb?Ufb1?Ufb2?2Ufb1? (2-10)

??a2U??aU???U??Ufb1fb2fb1?? fc

当Z1??Z2?时，由式(2-7)可知，此时有:

???I??Ifafc

1?2?

Z1?

?(3)

2-11) 2 Ifb (

(3)(3)

I?fb?Ikb为同一故障点发生三相短路时的A相短路电流，式中?

?Eb1?Z1?

。式(2-12)

说明，如果故障点的Z1??Z2?(故障点远离电源)，则两侧短路电流等于该点三

倍。

第二章简单不对称故障相间短路的分析计算

两相短路(AC)故障处电流电压向量图如下:

U? U?fa?Ufc1 fa

?Ufb1

?I??fc U

fc? U? Ufb2fbfa1 I U? U?Ifa2

Ifc2fb1fc2

两相短路(AC)故障处电流电压向量图

? jx I

?Ufb(0)

a,c两相短路复合序网络从以上的分析计算可知，两相短路有以下几个基本特点:

(1)短路电流及电压中不存在零序分量。

(2) 两故障相中的短路电流的绝对值相等，而方向相反，数值上为正序电

流的3倍。

(3)当Z1??Z2?时，两相短路的故障相电流为同一点发生三相短路时的短

流。

(4)短路时非故障相电压在短路前后不变，两故障相电压总是大小相等，

数值上为非故障相电压的一半，两故障相电压相位上总是同相，但与非故障相电

压方向相反。

6 2倍，因此可以通过对序网进行三相短路计算来近似求两相短路的电

南昌工程学院本科课程设计

第三章两相相间短路(AC相)故障仿真的波形分析

将三相电路短路故障发生器中的故障相选择为A相和C相故障,即发生A相和C相两相短路故障。

不对称故障仿真模型图

设置完电路图和仿真参数后，下面进行电路仿真。激活仿真按钮，查看仿真波形图。

电源参数设定输电线路参数设定

第三章两相相间短路故障仿真的波形分析

3.1 故障点电流波形图分析

图3-11故障点A相电流

选择故障点A相电流作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A相电流波形如图3-11所示。由该波形图可以得出以下结论:在稳态时，故障点A相电流由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而电流幅值为0A。在0.01s时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生A、C两相短路，故障点A相电流发生变化，由于闭合时有初始输入量和初始状态量，因而波形下移，呈正弦波形变化。在0.04s时，三相电路短路故障发生器断开，相当于排除了故障。此时故障点A相电流迅速上升为0A。

图3-12故障点B相电流

南昌工程学院本科课程设计

选择故障点B相电流作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点B相电流波形如图3-12所示。由波形图可以得出以下结论:在A、C 发生两相短路时，故障点B相电流没有变化，始终为0A。同时也符合理论计算如式2-14可知I?fb?0。选择故障点C相电流作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点C相电流波形如图3-13所示。由图形可以得出以下结论:在稳态时，故障点C相电流由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而电流为0A。在0.01s时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生A、C两相短路，故障点C相电流幅值发生变化，由于闭合时有初始输入量和初始状态量，因而波形上移，呈正弦波形变化。在0.04s时，三相电路短路故障发生器断开，相当于排除故障。此时故障点C相电流迅速下降为0A。

图3-13故障点C相电流

选择故障点A相电流、B相电流和C相电流作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点三相电流波形如图3-14所示。由图形可以得出以下结论:当电路发生B、C两相短路故障时，A相电流没有变化，B相电流波形下移，C相电流波形上移。理论计算中I?fa??I?fc，结合图3-14中故障点A、C电流波形并且对

比图3-12和图3-13故障点A、C的电流波形，可知理论计算正确。

第三章两相相间短路故障仿真的波形分析

图3-14故障点三相电流波形图

3.2 故障点电压波形图分析

图3-21故障点A相电压

选择故障点A相电压作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A相电压波形如图3-21所示。由该波形图可以得出以下结论:在稳态时，故障点A相电压由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而电压为正弦变化。在0.01s时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生A、C两相短路，故障点A相电压发生变化，突变为0V。在0.04s时，三相电路短路故障发生器断开，相当于排除故障。此时故障点A相电压波动恢复正弦波形。

南昌工程学院本科课程设计

图3-22故障点B相电压

选择故障点B相电压作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点B相电压波形如图3-22所示，在稳态时，故障点B相电压由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而电压为正弦变化幅值约为45000V。在0.01s时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生A、C两相短路， B相电压发生变化，从突变为65000V。由图形可以得出以下结论:由于B相为非故障相，其电压波形仅在两相短路期间波的幅值变大，但是波形不变。

选择故障点C相电压作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点C相电压波形如图3-23所示。由该波形图可以得出以下结论:在稳态时，故障

点C相电压由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而电压为正弦变化其幅值为约为45000V。在0.01s时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生A、C两相短路，故障点C相电压发生变化，突变为0V。在0.04s时，三相电路短路故障发生器断开，相当于排除故障。此时故障点C相电压波动恢复正弦波形。

第三章两相相间短路故障仿真的波形分析

图3-23故障点C相电压

选择故障点A相电压、B相电压和C相电压作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点三相电压波形如图3-24所示。由波形图可以得出以下结论:在B、C两相发生短路故障时，非故障相B相电压波形幅值增大。B相和C相电压降为0V。

图3-24故障点三相电压波形图

3.3 故障点A相电流序分量波形图分析

南昌工程学院本科课程设计

图3-31故障点A相电流正序分量波形图

选择故障点A相电流、故障点B相电流和故障点C相电流;在三相序量分析器中选择故障点A相电流正序分量作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A相电流正序分量波形如图3-31所示。由图形可以得出以下结论:在稳态时，故障点A相电流正序分量由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而幅值为0A，相角为0deg。在0.01s时，三相电路短路故障发

生器闭合，此时电路发生A、C两相短路，故障点A相电流正序分量发生变化，幅值迅速上升至14000A左右，相角下降，至大约-90deg时稳定。由式(2-2

)I?fb1?

I?jI?可

知??aI?,I??Ifa1fb1fa1i210?，由图3-13可知故障点C相电流幅值约为25000A，图

3-31可知A相电流正序分量幅值约为14000A

，25000A/?14000A。理论计算所得大致符合波形图。在0.04s时，三相电路短路故障发生器打开，相当于排除故障。此时故障点A相电流正序分量幅值下降，至0.06s时幅值为0A;故障点A相电流正序分量的相角继续下降，至0.06s时降为大约-180deg，然后稳定到0A。

第三章两相相间短路故障仿真的波形分析

图3-32 故障点A相电流负序分量波形图

选择故障点A相电流、故障点B相电流和故障点C相电流;在矢量选择器中选择故障点A相电流负序分量作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点B相电流负序分量波形如图3-32所示。由图形可以得出以下结论:在稳态时，故障点B相电流负序分量由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而幅值为0A，相角为0deg。在0.01s时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生A、C两相短路，故障点A相电流负序分量发生变化，幅值迅速上升至14000A左右，相角突变为大约-120deg，下降至大

约-150deg时稳定。由理论计算式(2-3)

??a2I?,I??aI?，将上式代入式(2-3)可知a2I???aI????I?，且IIfb1fa1fb2fa2fa1fa2fb1fb2，

化简得I?fa1?a2I?fa2。观察对比图3-31和图3-32可知A相电流正、负序分量幅值

相等，相角相差-60deg与理论计算相符合。在0.04s时，三相电路短路故障发生器打开，相当于排除故障。此时故障点A相电流负序分量幅值下降，至0.06s时幅值为0A;故障点A相电流正序分量的相角继续下降，至0.06s时稳定到0A。

南昌工程学院本科课程设计

图3-33 故障点A相电流零序分量波形图

选择故障点A相电流、故障点B相电流和故障点C相电流;选择故障点A相电流零序分量作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A相电流零序分量波形如图3-33所示。由图形可以得出以下结论:在稳态时，故障点A相电流零序分量由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而幅值为0A，相角为0deg。在0.01s时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生A、C两相短路，故障点A相电流零序分量幅值缓慢波动上升其幅值为0.03A可以近似约等于零，相角突变为90deg，之后稳定在60deg左右。在0.04s时，三相电路短路故障发生器打开，相当于排除故障。此时故障点A相电流零序分量幅值缓慢波动下降，至0.06s时稳定在0A，相角波动恢复至0deg。在0.06s发生突变后稳定至0A。

选择故障点A相电流、故障点B相电流、故障点C相电流作为电气测量量，激活仿真按钮，则故障点A相电流正序、负序、零序分量波形如图3-34所示。由波形图可以得出，故障时,A相电流正序、负序的幅值变化较大，零序分量变化不大。A相电流负序滞后正序分量60deg。

第三章两相相间短路故障仿真的波形分析

图3-34 故障点A相电流正序、负序和零序分量波形图

3.4 故障点A相电压序分量波形图

图3-41 故障点A相电压正序分量波形图

选择故障点A相电压、故障点B相电压和故障点C相电压;选择故障点A相电压正序分量作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A相电压正序分量波形如图3-41所示。由图形可以得出以下结论:在稳态时，故障点A相电压正序分量由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而幅值为线性上升，相角为0deg。在0.01s时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生A、C两相短路，故障点A相电压正序分量发生变化，幅值波动后稳定在23000V左右，

相

南昌工程学院本科课程设计

i120???U??U??角在0deg左右缓慢波动。由式(2-10)可知U?2U?2eUfa1。fbfb1fb2fb1?

??49504A,图3-41可知U??23000V，在幅值上故根据图3-22可知有效

值Ufbfa1

障点B相电压是故障点A相电压正序分量的两倍。在0.04s时，三相电路短路故障发生器打开，相当于排除故障。此时故障点A相电压正序分量继续线性上升，至0.06s时幅值为45000V;故障点A相电压正序分量的相角继续缓慢波动，最后稳定到0V。

图3-42 故障点A相电压负序分量波形图

选择故障点A相电压、故障点B相电压和故障点C相电压;选择故障点A相电压负序分量作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A相电压负序分量波形如图3-42所示。由图形可以得出以下结论:在稳态时，故障点A相电压负序分量由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而幅值正弦变化，相角为线性下降变化趋势。在0.01s时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生

A、C两相短路，故障点A相电压负序分量发生变化，幅值波动上升后稳定在23000V左右，相角突变为150deg，之后下降至120V，然后120deg处波动。根

??a2U?,U??，??且U?aUU?U据理论计算，由式(2-5)将上式代入(2-5)，fb1fa1fb2fa2fb1fb2

??，由上式可知故障点A相电压负序分量超前正序分量120deg。对?aU得Ufa2fa1

比图3-41和图3-42可知理论计算符合波形图。在0.04s

时，三相电路短路故障

第三章两相相间短路故障仿真的波形分析

发生器打开，相当于排除故障。此时故障点A相电压负序分量幅值迅速下降，至0.06s时幅值为0V;故障点A相电压负序分量的相角继续缓慢波动，最后在0.06s后突变。

图3-43 故障点A相电压零序分量波形图

选择故障点A相电压、故障点B相电压、故障点C相电压;选择故障点A相电压零序分量作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A相电压零序分量波形如图3-43所示。由图形可以得出以下结论:在稳态时，故障点A相电压零序分量由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而幅值为0V，相角为0deg。在0.01s时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生A、C两相短路，故障点A相电压零序分量发生变化，幅值迅速上升后，稳定在23000V左右，相角突变后，从大约150deg处下降，稳定在-120deg左右。在0.04s时，三相电路短路故障发生器打开，相当于排除故障。此时故障点A相电压零序分量幅值迅速下降，至0.06s时幅值为0V;故障点A相电压零序分量的相角继续缓慢波动，然后迅速突变到0V。

选择故障点A相电压、故障点B相电压、故障点C相电压;使用矢量选择器选择故障点A相电压正序、负序、零序分量作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A相电压正序、负序、零序分量波形如图3-44所示。由波形图可以得出以下结论:故障时A相电压正序、负序、零序的幅值相同为45000V

左右。从

南昌工程学院本科课程设计

相角上看，A相电压正序分量基本在0deg波动，负序和零序分量基本在120deg和-100deg处波动。

图3-44故障点A相电压正序、负序、零序分量波形图

结束语

系统仿真技术是解决工程领域问题的主要手段之一，尤其是在解决大系统和复杂问题中，已经成为不可缺少的技术工具。这里简述了,MATLAB软件在电力系统仿真中的应用，并在仿真平台上进行电力系统输电线路建模、仿真和分析。在正确设置了仿真系统中各元件的参数后，得到了理想的仿真效果。

此次设计简单介绍电力系统行业目前状况，而后说明电力系统出现的故障类型，并对某些故障的分析方法做了简单的阐述。对电力系统故障危害中的横向故障出现的两相AC相间短路进行了理论分析计算。接着对MATLAB所仿真的故障相电流电压，A相电流电压序分量波形图进行分析，并与之前的理论计算所得结论进行比较，验证理论计算的正确性，得到了理想的仿真效果。

南昌工程学院本科课程设计

参考文献

[1]何仰赞,温增银.电力系统分析[M].武汉:华中理工大学出版社，2002

[2]吴天明.MATLAB电力系统设计与分析[M].北京:国防工业出版社，

2004

[3]韩祯祥,吴国炎.电力系统分析[M].杭州:浙江大学出版社，1993

[4] Nagrath I J, Kothari D R. Modern Power System Analysis, New Delhi:

Tata McGraw-Hill Publishing Company,1989

[5] Elgred 0 I .Electric Energy System

McGraw-Hill Book Co.1982

20 Theory- An Introduction.

转载请注明出处范文大全网 » 两相短路故障的计算