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1、高压输电线路短路故障仿真分析毕业论文目 录摘 要IAbstractII第一章 引言11.1课题的依据及课题的意义11.2 研究概况11.3 发展趋势21.4 本文的工作容和目的2第二章 简单不对称故障的分析计算32.1 概述32.2 不对称三相系统中的对称分量法32.3 横向不对称故障的分析计算42.3.1 单相接地短路52.3.2 两相短路72.3.3 两相接地短路112.3.4 几点结论13第三章 高压输电线路短路故障模型建立153.1对MATLB和SIMULINK的简单介绍153.1.1 MATLAB软件153.1.2 SIMULINK/SimPowerSystems介绍153.2仿真模
2、型的设计与实现163.3仿真参数设置16第四章 故障仿真的波形分析184.1三相短路分析184.2 两相相间短路分析244.3 两相短路接地分析324.4 单相接地短路分析39结束语45参考文献46致 谢47 .专业.专注. 第一章 引言1.1课题的依据及课题的意义发电厂发出的电，并不是只供附近的人们使用，还要传输到很远的地方，满足更多的需要。这些电不能直接通过普通的电线传输出去，而是要用高压输电线路传送的。在输送过程中有可能发生故障（短路、断路等），运用MATLAB软件进行仿真从而了解更多的故障方式，防患于未然。电力系统的所有一次设备在运行过程中由于外力、绝缘老化、过电压、误操作、设计制造缺
3、陷等原因会发生如短路、断线等故障。最常见同时也是最危险的故障时发生各种类型的短路。在发生短路时可能产生以下后果：1.通过短路点的很大短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏。2.短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用使其损坏或缩短其使用寿命。3.电力系统中部分地区的电压大大降低，使大量的电力用户的正常工作遭到破坏或产生废品。4.破坏电力系统中各发电厂之间并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至使系统瓦解。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
4、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 研究概况1949年，当时除东北有一条220kV和几条154kV线路，京津唐和省建有规模不大的地区高压电网和市建有33kV点电压等级的电网外，其他地区只有以城市供电区为中心的发电厂，全国没有一个超高压电网。到1978年，我国建成了330kV输电线路535k
5、m和220KV输电线路2267km，相应变电设备容量为490MV.A和2479MV.A。1998年，220KV及以上线路14.37万km，变电容量3.29亿KV.A，是1978年的6.2倍和13倍，年均增长9.5%和13.7%。截止2005年底，国家电网公司共有500kV及以上跨区输电线路达11079km，分布在全国18个省市，变电（换流）容量达3412万KV.A；220kV及以上输电线路252000km，变电容量867GV.A。中国已经形成一个比较完善并具有相当规模的电力工业企业。1.3 发展趋势中国已经掌握了先进的300MW、500MW和超临界的600MW火电机组、1000MW级核电机组和
6、500kV交直流输变电工程的设计、施工、调试和运行技术，掌握了高180m级的各类大坝的筑坝，掌握了大型抽水蓄能电站的设计、施工技术，有能力建设像二滩、三峡水电站那样的大型水电工程，开发了先进的大型水，火电厂分散控制系统。各大电网的计算机监控调度系数进入实用化阶段，使电网运行和调度开始走上了自动化。目前正在开展1000kV的特高压工程。电力工业贯彻国务院提出的“政企分开、省为实体、联合电网、统一调度、集资办电”和“因省、因网制宜”的方针，以集资办电为突破口开始了不断深化的电力体制改革，打破了长期以来形成的依靠中央政府一家办电的格局，形成了多渠道、多层次、多形式集资办电的局面，开拓了一条符合中国国
7、情的有利于加速电力工业发展从而满足国民经济发展和人民生活水平日益提高对电力旺盛需求的新路。1.4 本文的工作容和目的首先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三相短路、单相接地短路、两相短路、两相接地短路进行了分析计算。接着对MATLAB软件和部分仿真工具作了比较简单的介绍，利用MATLAB语言的Simulink工具对高压输电中出现的对称短路和不对称短路进行仿真,并对其各个故障点的电压及电流进行了波形分析,得到了理想的仿真效果。 .专业.专注. 第二章 简单不对称故障的分析计算2.1 概述在电力系
8、统的故障中，仅在一处发生不对称短路或断线的故障称为简单不对称故障。它通常分为两类,一类叫横向不对称故障，包括两相短路，单相接地短路以及两相接地短路三种类型。这种故障发生在系统中某一点的一些相之间或相与地之间，是处于网络三相支路的横向，故称为横向不对称故障，其特点是由电力系统网络中的某一点（节点）和公共参考点（地接点）之间构成故障端口。该端口一个是高电位点，另一个是零电位点。另一类故障叫纵向不对称故障，本文不做讨论。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，
9、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 不对称三相系统中的对称分量法对称分量法：就是将一组不对称的三相相量分解为三组对称的三相相量，或者将三组对称的三相相量合成为一组不对称的三相相
10、量的方法。对称分量法的实质是叠加定理在电力系统中的应用，因此只适用于线性系统的分析。在一个多相系统中，如果各相量的绝对值相等，且相邻两相间的相位差相等，这就构成了一组对称的多相量。在三相系统中，任意不对称的三相量只可能分为三组对称分量，这三组对称分量分别为：（1）正序分量：三相量的正序分量大小相等，彼此相位互差120，且与系统在正常对称运行方式下的相序相同，这就是正序分量。此正序分量为一平衡三相系统，如图2-1（a）所示（图中的 可以为电动势、电压和电流）。正序分量通常又称为顺序分量。（2）负序分量：三相量的负序分量大小相等，彼此相位互差120，且与系统在正常对称运行方式下的相序相反，这就是负
11、序分量。负序分量亦为一平衡三相系统，如图2-1（b）所示。负序分量通常又称为逆序分量。（3）零序分量：是由大小相等，而相位相同的相量组成，如图2-1（c）所示。（a）正序分量 （b）负序分量 （c）零序分量图2-1 三相不对称相量所对应的三组对称分量在正序分量中恒有下列关系：， （2-1）式中： （2-2）显然存在：，在负序分量中恒有下列关系：， （2-3）在零序分量中有： （2-4）2.3 横向不对称故障的分析计算现在以图2-2所示的系统接线为例进行讨论。图2-3给出了与之对应的三序等值网络图。由图2-3写出基本方程如下（下标k表示短路处的量）。 （2-5）为从正序网络故障端口看进去的戴维南
12、等值电动势，其值为故障器前故障点的a相电压。当计算稳态时，网络中的电动势用稳态电动势；当计算暂态时网络中的电动势用暂态电动势或次暂态电动势。图2-2 系统接线图 图2-3 正、负、零序等值网络图为了使分析简单清楚，假定短路是发生在理想的阻抗等于零的引线上，电流的正方向为由电源指向短路点，电压的正方向则为故障点的每相指向地。本节将讨论单相接地短路、两相短路以及两相接地短路时故障点的各序的电流、电压分量以及各序的电流、电压的计算方法及其向量图的绘制。基于所选故障的具体情况，计算中均以a相作为基准相。2.3.1 单相接地短路单相接地短路时，假定a相接地短路，短路处以相量表示的边界条件方程为：； （2
13、-6）转换为对称分量关系： （2-7）可见，单相接地短路时有零序电压，同时也存在零序电流（在中性点直接接地的系统中）。由式（2-7）可知，A相接地短路时选基准相为a相，故障点b相和c相的序电压、序电流就没有式（2-7）的简单关系。同样，b相接地时选基准相位b相，c相接地时选基准相位c相，基准相的序电压、序电流具有式（2-7）的关系。故障处以序分量表示的边界条件指明了三序网络在故障端k处的联接方式。分析式（2-7），由于，所以正序网、负序网、零序网应串联。同时因为+，故三个序网串联后应短接，画出复合序网如图2-4所示。由复合序网可求出故障处的各序电流和电压。 图2-4单相接地短路时的复合序网图
14、（2-8） （2-9）短路处的各序功率为： （s=1,2,0） (2-10)根据对称分量的合成公式，可得各相电流、电压为： （2-11） （2-12）由式（2-12）可得： （2-13）式（2-13）说明，两个非故障相电压的幅值比M与其间的相位差与的比值有关。因，作出电流相量关系如图2-5（b）所示。假定和得阻抗角相等（或为纯电抗），由，可知，滞后的相位角为，滞后的相角为，又，作出故障点电压相量图如图2-5（a）所示。图中示出的电压相量关系对应的是的情况，根据式(2-13),此时。图2-5 单相接地故障处电压、电流相量图从以上的分析计算可知，单相接地短路有以下一些基本特点：（1）短路处故障中的各序电流大小相等，方向相同，故障相中的=3=3=3，而两个非故障相中的电流均为零。（2）短路处正序电流的大小与在短路点原正序网络上增加一个附加阻而发生三相短路时的电流相等。（3
