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1、 电网经过渡电阻短路时电流、电压的分析与仿真东南大学成贤学院毕业设计报告（论文）诚 信 承 诺本人承诺所呈交的毕业设计报告（论文）及取得的成果是在导师指导下完成，引用他人成果的部分均已列出参考文献。如论文涉及任何知识产权纠纷，本人将承担一切责任。 学生签名： 日期：电网经过渡电阻短路的模拟与仿真摘 要短路是电力系统中危害最严重的故障，而现实中短路点往往都存在过渡电阻，为了保证继电保护装置的可靠正常工作，本文重点分析了电网经过渡电阻各种短路时的电气量变化特点，分别讨论了相间短路与接地故障时，电流、电压的变化规律与过渡电阻的关系。理论分析表明：电流、电压随过渡电阻由零到无穷大的变化轨迹均为半圆。相
2、间短路时，两故障相电流大小相等、方向相反，数值随过渡电阻的增大而减小；故障相电压变化情况较为复杂，而非故障相电压变化规律不仅与过渡电阻有关还与故障点等值阻抗有关。其他两种经过渡电阻接地短路时的电流、电压变化规律与之变化情况虽不同但类似。最后利用PSCAD进行了仿真验证，仿真结果与理论分析相符。 关键词：短路；模拟仿真；过渡电阻；电流电压变化规律；电力系统计算机辅助设计Simulation of Power System Short Circuit Through Fault ImpedanceAbstractShort circuit is the most far-reaching faul
3、t in power system.While there are fault impedance at the fault point.To ensure the reliable operation of protective relaying,this paper is aiming at putting emphasis on the analysis of the changing rule of current and voltage when power system occurs short circuit through fault impedance.This paper
4、discussed the relationship between voltage and current changing rule with fault impedance when line to line short circuit and line to ground fault take place in power system.Theoretical analyzes that the track of current and voltage change with the fault impedance ranges from zero to infinity are bo
5、th half a circuit.The current of fault phase of the line to line short circuit are of the same magnitude but in the opposite direction.The magnitude of each current decreases with the increase of the fault impedance .While the voltage rule of the phase in fault is quite complex and the voltage not i
6、n fault changes not only with fault impedance but also with the equal impedance of the fault point.The current and voltage of the two kinds of short circuit are not totally the same but similar to each other.Finally PSCAD analogs the rule of current and voltage . Keywords:Short circuit;fault impedan
7、ce;change rule;PSCAD目 录摘 要IAbstractII目 录III第一章 引言11.1 理论背景11.2 目前的研究现状11.3 研究方案1第二章 电网经过渡电阻短路故障电流电压变化规律的理论分析22.1 初步分析22.2 两相经过渡电阻接地短路42.2.1 短路点K的电流电压变化规律42.2.2 高压母线M出的各相电流电压变化规律82.2.3 发动机电压侧H点的各相电压电流变化规律92.3 单相经过渡电阻接地短路112.3.2 高压母线M点的电流电压变化规律142.3.3 发电机电压侧H点的电流电压变化规律152.4 两相经过渡电阻接地短路162.4.1 短路点K的各相电
8、流电压变化规律162.4.2 高压母线上M点的各相电流电压变化规律212.4.3 发电机电压侧H点的各相电流电压变化规律22第三章 电网经过渡电阻短路的电压电流模拟仿真253.1 两相经过渡电阻短路的软件模拟仿真253.2 单相经过渡电阻接地短路的软件模拟仿真293.3 两相经过渡电阻接地短路的软件模拟仿真31第四章 数据采集与分析34第五章 结束语37致 谢38参考文献39I东南大学成贤学院毕业设计论文第一章 引言1.1 理论背景电力系统在发生各种短路时，短路点往往都存在过渡电阻，而这些电阻又都可能在很大的范围内变化。例如相间短路时往往经过其他异物短接，此时有异物的电阻和弧光电阻。异物电阻随
9、物体的不同而异，如鸟兽，树枝等。而弧光电阻则与短路电流的大小，风速及电弧的长度等因素有关。接地短路时的接地电阻也因异物，塔杆及地质条件的不同而异。短路点的过渡电阻不仅影响短路电流，电压的大小，同时也影响他们之间的相位关系。这些对继电保护装置的正常工作都有影响，所以，在继电保护的设计，整定计算，调试及运行事故分析时都必须予以考虑。当短路点存在过渡电阻时，必然使距离保护的测量阻抗发生变化，阻抗的测量值不能准确反映短路点到保护安装地点之间的正序阻抗，可能导致保护的超范围或反方向误动，或造成出口故障时的拒动。一般来说，过渡电阻对不同安装地点的保护，其影响是不同的。短路点距离保护安装处越远，则过渡电阻的
10、影响越小，反之，影响越大。对单电源线路，短路点的过渡阻抗总是使距离保护的测量阻抗变大，使保护范围缩短。在某些情况下，可能导致保护无选择性动作。1.2 目前的研究现状目前我国的输电线路以高压、超高压为主，其主保护为距离保护不受电力系统运行方式和结构变化的影响，虽通过大量研究距离保护的有些问题已在一定程度上得到解决，但是由于传统距离保护自身的局限性，有些问题还是会变得很突出。短路故障点的过渡电阻是影响距离保护正常工作的因素之一。对此提出解决方案，常规模拟式保护阻抗元件有各种构成方法及各种动作特性。过渡电阻对不同动作特性阻抗元件的影响程度也不相同，椭圆特性的阻抗继电器、方向继电器及全阻抗继电器受过渡
11、电阻的影响，在保护区内故障时均可能拒动。目前常规距离保护在防止过渡电阻影响的方法有： a)采用能容许较大的过渡电阻而不致拒动的阻抗继电器，如电抗继电器、四边形继电器、偏移特性的阻抗继电器等。b)采用瞬时测定装置。此类装置的设计出发点是：短路初瞬电弧电阻不大，测量阻抗比较正确;稍后电弧电阻将急剧增大。瞬间测定技术就是将阻抗继电器一开始测量的阻抗固定下来，使之不受后来电弧电阻急剧增大的影响，达到正确测量短路地点的目的。如今从常规距离保护技术发展起来的微机距离保护，其应用零序电流极化量的电抗元件，具有较常规保护采用的接地距离继电器优越的性能，允许大过渡电阻且无超越，但当运行在受端且过渡电阻大于一定值
12、时仍将发生稳态超越。经改进过的具有双下偏零序电流极化接地距离继电器的方案，则能保证任何过渡电阻和系统运行方式下不会引起稳态超越。并且微机保护采用软件算法实现起来十分方便，整定调整也很容易。1.3 研究方案本论文理论研究与软件模拟仿真相辅相成，软件模拟采用PSCAD软件，辅助以EXCEL，MATLAB进行数据采集分析。第二章 电网经过渡电阻短路故障电流电压变化规律的理论分析2.1 初步分析在系统结构不变的情况下，对应于某一个短路点，相应的各序电抗分量是不变的，且为已知的参数，而短路点的过渡电阻可能会出现很大的变化。为了说明问题，我们先以一个简单的电阻。电感串联电路为例，如图所示。在外施电压恒定，
13、电抗保持不变的情况下，当电阻由零变化到无穷大范围时，研究电路中电流的变化轨迹。图中电流表示为,式中Z=R+jx，Y=。图2.1 电阻电感串联电路为常向量（通常对应于某一相的电动势）时，将随Y或Z的变化而变化。显然，只要将Y或Z的变化轨迹找出来，则的变化轨迹就不难确定了。如果将、Y或Z当做无量纲的复数向量来对待，那么，既便于采用统一的直角坐标来描述，又便于了解各电气量之间的相位关系。因此，设，式中，a,b分别表示直角坐标系中的实部和虚部，均随R的变化而变化。于是有：，比较上式的两端，可以知道虚部为0，所以有=0.当x不等于0的常数时，存在不等于0，整理得：，此式为一个圆的方程，圆心坐标为（0，）
14、,半径为。另外，由上式还可以知道，Y向量的角度为=,再考虑到R恒为正值，因此，Y向量的角度的范围只可能是-900，其中R=0时对应于=-90，R=时对应于=0。综合上述的分析，可以确定：在R由零到无穷大范围内变化时，Y向量的轨迹如图半圆00所示。随后，再分析向量的轨迹。考虑到更加一般的情况，假设电压向量角度为，于是，=的轨迹相对于Y的轨迹来说，发生了的偏移。另外，半圆的直径也变为U/x，因此，在R变化时，向量端点的变化轨迹如图半圆所示。在下面的应用中，不再考虑Y向量的变化情况，而直接由公式来分析电流向量的变化轨迹。应当说，在I的变化轨迹中，R=0和R=所对应的向量是两个关键的端点（尤其是R=0
15、的端点）。确定变化轨迹的具体步骤为：一个端点向量为|R=0=-j(/x)，这个向量落后的角度为90，其模值U/x就是电流变化半圆轨迹的直径；另一个端点为0，对应于R=时的端点；电流变化的半圆轨迹在和|R=0两个向量限定的90之间。其中，|R=0表示为R=0时的电流向量端点。应当说明的是，在直角坐标系中，电压、电流应当按照各自的比例关系进行向量的作图绘制。顺便指出，考虑到系统中各元件的电阻分量r时，元件的阻抗为Z=r+jx,此时，半圆形的电流变化轨迹仍然不变，完全按照本节的方法予以分析，仅需在基本的分析结束之后再考虑元件电阻的影响。如图所示，在半圆轨迹不变的情况下，考虑元件的电阻后，电流向量的一个实际端点为图中的M点，其中，0m线（未画出）与向量的夹角为=arctan(元件的阻抗角，x,r均为元件的确定参数)。下面，研究一个如图所示的单电源系统。当短路点K经过渡电阻发生
