【正文】 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）高壓輸電線路短路故障仿真分析畢業(yè)論文目 錄摘 要 IAbstract II第一章 引言 1 1 研究概況 1 發(fā)展趨勢 2 本文的工作內(nèi)容和目的 2第二章 簡單不對稱故障的分析計算 3 概述 3 不對稱三相系統(tǒng)中的對稱分量法 3 橫向不對稱故障的分析計算 4 單相接地短路 5 兩相短路 7 兩相接地短路 11 幾點(diǎn)結(jié)論 13第三章 高壓輸電線路短路故障模型建立 15 15 MATLAB軟件 15 SIMULINK/SimPowerSystems介紹 15 16 16第四章 故障仿真的波形分析 18 18 兩相相間短路分析 24 兩相短路接地分析 32 單相接地短路分析 39結(jié)束語 45參考文獻(xiàn) 46致 謝 47I 第一章 引言發(fā)電廠發(fā)出的電，并不是只供附近的人們使用，還要傳輸?shù)胶苓h(yuǎn)的地方，滿足更多的需要。這些電不能直接通過普通的電線傳輸出去，而是要用高壓輸電線路傳送的。在輸送過程中有可能發(fā)生故障（短路、斷路等），運(yùn)用MATLAB軟件進(jìn)行仿真從而了解更多的故障方式，防患于未然。電力系統(tǒng)的所有一次設(shè)備在運(yùn)行過程中由于外力、絕緣老化、過電壓、誤操作、設(shè)計制造缺陷等原因會發(fā)生如短路、斷線等故障。最常見同時也是最危險的故障時發(fā)生各種類型的短路。在發(fā)生短路時可能產(chǎn)生以下后果：，使故障元件損壞。，由于發(fā)熱和電動力的作用使其損壞或縮短其使用壽命。，使大量的電力用戶的正常工作遭到破壞或產(chǎn)生廢品。，引起系統(tǒng)震蕩，甚至使系統(tǒng)瓦解。通過運(yùn)用MATLAB軟件進(jìn)行的仿真，了解在輸電線路上發(fā)生各種故障時的系統(tǒng)變化情況。有針對性的改善輸電線路所裝設(shè)的保護(hù)裝置，使其能夠在線路出現(xiàn)故障時迅速做出反應(yīng)，保證線路安全運(yùn)行，同時運(yùn)行人員也可以根據(jù)保護(hù)裝置動作情況很快地判斷出故障點(diǎn)所處位置，為線路檢修爭取寶貴時間并減少因故障而帶來的巨大損失。安置在輸電線路上的保護(hù)裝置，當(dāng)被保護(hù)的元件發(fā)生故障時，能自動、迅速、有選擇的將故障從電力系統(tǒng)中切除，以保證其余部分恢復(fù)正常運(yùn)行，并使故障元件免于繼續(xù)受傷害。當(dāng)被保護(hù)元件發(fā)生異常運(yùn)行狀態(tài)時，經(jīng)一定延時動作于信號，以使值班人員采取措施。 研究概況1949年，當(dāng)時除東北有一條220kV和幾條154kV線路，京津唐和臺灣省建有規(guī)模不大的地區(qū)高壓電網(wǎng)和上海市建有33kV點(diǎn)電壓等級的電網(wǎng)外，其他地區(qū)只有以城市供電區(qū)為中心的發(fā)電廠，全國沒有一個超高壓電網(wǎng)。到1978年，我國建成了330kV輸電線路535km和220KV輸電線路2267km。1998年，，%%。截止2005年底，國家電網(wǎng)公司共有500kV及以上跨區(qū)輸電線路達(dá)11079km，分布在全國18個省市，變電（換流）；220kV及以上輸電線路252000km。中國已經(jīng)形成一個比較完善并具有相當(dāng)規(guī)模的電力工業(yè)企業(yè)。 發(fā)展趨勢中國已經(jīng)掌握了先進(jìn)的300MW、500MW和超臨界的600MW火電機(jī)組、1000MW級核電機(jī)組和500kV交直流輸變電工程的設(shè)計、施工、調(diào)試和運(yùn)行技術(shù)，掌握了高180m級的各類大壩的筑壩，掌握了大型抽水蓄能電站的設(shè)計、施工技術(shù)，有能力建設(shè)像二灘、三峽水電站那樣的大型水電工程，開發(fā)了先進(jìn)的大型水，火電廠分散控制系統(tǒng)。各大電網(wǎng)的計算機(jī)監(jiān)控調(diào)度系數(shù)進(jìn)入實(shí)用化階段，使電網(wǎng)運(yùn)行和調(diào)度開始走上了自動化。目前正在開展1000kV的特高壓工程。電力工業(yè)貫徹國務(wù)院提出的“政企分開、省為實(shí)體、聯(lián)合電網(wǎng)、統(tǒng)一調(diào)度、集資辦電”和“因省、因網(wǎng)制宜”的方針，以集資辦電為突破口開始了不斷深化的電力體制改革，打破了長期以來形成的依靠中央政府一家辦電的格局，形成了多渠道、多層次、多形式集資辦電的局面，開拓了一條符合中國國情的有利于加速電力工業(yè)發(fā)展從而滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平日益提高對電力旺盛需求的新路。 本文的工作內(nèi)容和目的首先簡單介紹電力系統(tǒng)行業(yè)目前狀況，而后說明電力系統(tǒng)出現(xiàn)的故障類型，并對某些故障的分析方法做了簡單的闡述。對電力系統(tǒng)故障危害中的橫向故障出現(xiàn)的三相短路、單相接地短路、兩相短路、兩相接地短路進(jìn)行了分析計算。接著對MATLAB軟件和部分仿真工具作了比較簡單的介紹，利用MATLAB語言的Simulink工具對高壓輸電中出現(xiàn)的對稱短路和不對稱短路進(jìn)行仿真,并對其各個故障點(diǎn)的電壓及電流進(jìn)行了波形分析,得到了理想的仿真效果。 17 第二章 簡單不對稱故障的分析計算 概述在電力系統(tǒng)的故障中，僅在一處發(fā)生不對稱短路或斷線的故障稱為簡單不對稱故障。它通常分為兩類,一類叫橫向不對稱故障，包括兩相短路，單相接地短路以及兩相接地短路三種類型。這種故障發(fā)生在系統(tǒng)中某一點(diǎn)的一些相之間或相與地之間，是處于網(wǎng)絡(luò)三相支路的橫向，故稱為橫向不對稱故障，其特點(diǎn)是由電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的某一點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）和公共參考點(diǎn)（地接點(diǎn)）之間構(gòu)成故障端口。該端口一個是高電位點(diǎn)，另一個是零電位點(diǎn)。另一類故障叫縱向不對稱故障，本文不做討論。分析三相短路時，由于電路是對稱的，短路電流周期分量也是對稱的，只需分析其中的一相就可以了。但是，在系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障短路時，電路的對稱性受到破壞，網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)了三相不對稱的電壓和電流，對稱電路變成了不對稱電路，不能只取一相進(jìn)行計算，直接地去解這種不對稱的電路是相當(dāng)復(fù)雜的。，在電力系統(tǒng)分析和計算中得到廣泛的應(yīng)用。電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時是三相對稱的。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障時，電源電勢及其阻抗仍然對稱，但是在故障點(diǎn)處，三相阻抗將不對稱。通常采用對稱分量法對此類電路進(jìn)行分析。在此所討論的各種不對稱故障的分析計算中，求出各序電流、各序電壓對稱分量及各相電流、電壓值，一般都是指起始時或穩(wěn)態(tài)時的基頻分量。 不對稱三相系統(tǒng)中的對稱分量法對稱分量法：就是將一組不對稱的三相相量分解為三組對稱的三相相量，或者將三組對稱的三相相量合成為一組不對稱的三相相量的方法。對稱分量法的實(shí)質(zhì)是疊加定理在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，因此只適用于線性系統(tǒng)的分析。在一個多相系統(tǒng)中，如果各相量的絕對值相等，且相鄰兩相間的相位差相等，這就構(gòu)成了一組對稱的多相量。在三相系統(tǒng)中，任意不對稱的三相量只可能分為三組對稱分量，這三組對稱分量分別為：（1）正序分量：三相量的正序分量大小相等，彼此相位互差120176。，且與系統(tǒng)在正常對稱運(yùn)行方式下的相序相同，這就是正序分量。此正序分量為一平衡三相系統(tǒng)，如圖21（a）所示（圖中的 可以為電動勢、電壓和電流）。正序分量通常又稱為順序分量。（2）負(fù)序分量：三相量的負(fù)序分量大小相等，彼此相位互差120176。，且與系統(tǒng)在正常對稱運(yùn)行方式下的相序相反，這就是負(fù)序分量。負(fù)序分量亦為一平衡三相系統(tǒng)，如圖21（b）所示。負(fù)序分量通常又稱為逆序分量。（3）零序分量：是由大小相等，而相位相同的相量組成，如圖21（c）所示。（a）正序分量 （b）負(fù)序分量 （c）零序分量圖21 三相不對稱相量所對應(yīng)的三組對稱分量在正序分量中恒有下列關(guān)系：， （21）式中： （22）顯然存在：，在負(fù)序分量中恒有下列關(guān)系：， （23）在零序分量中有： （24） 橫向不對稱故障的分析計算現(xiàn)在以圖22所示的系統(tǒng)接線為例進(jìn)行討論。圖23給出了與之對應(yīng)的三序等值網(wǎng)絡(luò)圖。由圖23寫出基本方程如下（下標(biāo)k表示短路處的量）。 （25）為從正序網(wǎng)絡(luò)故障端口看進(jìn)去的戴維南等值電動勢，其值為故障器前故障點(diǎn)的a相電壓。當(dāng)計算穩(wěn)態(tài)時，網(wǎng)絡(luò)中的電動勢用穩(wěn)態(tài)電動勢；當(dāng)計算暫態(tài)時網(wǎng)絡(luò)中的電動勢用暫態(tài)電動勢或次暫態(tài)電動勢。圖22 系統(tǒng)接線圖 圖23 正、負(fù)、零序等值網(wǎng)絡(luò)圖為了使分析簡單清楚，假定短路是發(fā)生在理想的阻抗等于零的引線上，電流的正方向?yàn)橛呻娫粗赶蚨搪伏c(diǎn)，電壓的正方向則為故障點(diǎn)的每相指向地。本節(jié)將討論單相接地短路、兩相短路以及兩相接地短路時故障點(diǎn)的各序的電流、電壓分量以及各序的電流、電壓的計算方法及其向量圖的繪制。基于所選故障的具體情況，計算中均以a相作為基準(zhǔn)相。 單相接地短路單相接地短路時，假定a相接地短路，短路處以相量表示的邊界條件方程為：； （26）轉(zhuǎn)換為對稱分量關(guān)系： （27）可見，單相接地短路時有零序電壓，同時也存在零序電流（在中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)中）。由式（27）可知，A相接地短路時選基準(zhǔn)相為a相，故障點(diǎn)b相和c相的序電壓、序電流就沒有式（27）的簡單關(guān)系。同樣，b相接地時選基準(zhǔn)相位b相，c相接地時選基準(zhǔn)相位c相，基準(zhǔn)相的序電壓、序電流具有式（27）的關(guān)系。故障處以序分量表示的邊界條件指明了三序網(wǎng)絡(luò)在故障端k處的聯(lián)接方式。分析式（27），由于，所以正序網(wǎng)、負(fù)序網(wǎng)、零序網(wǎng)應(yīng)串聯(lián)。同時因?yàn)?，故三個序網(wǎng)串聯(lián)后應(yīng)短接，畫出復(fù)合序網(wǎng)如圖24所示。由復(fù)合序網(wǎng)可求出故障處的各序電流和電壓。 圖24單相接地短路時的復(fù)合序網(wǎng)圖 （28） （29）短路處的各序功率為： （s=1,2,0） (210)根據(jù)對稱分量的合成公式，可得各相電流、電壓為： （211） （212）由式（212）可得： （213）式（213）說明，兩個非故障相電壓的幅值比M與其間的相位差與的比值有關(guān)。因，作出電流相量關(guān)系如圖25（b）所示。假定和得阻抗角相等（或?yàn)榧冸娍梗桑芍?，滯后的相位角為，滯后的相角為，又，作出故障點(diǎn)電壓相量圖如圖25（a）所示。圖中示出的電壓相量關(guān)系對應(yīng)的是的情況，根據(jù)式(213),此時。圖25 單相接地故障處電壓、電流相量圖從以上的分析計算可知，單相接地短路有以下一些基本特點(diǎn)：（1）短路處故障中的各序電流大小相等，方向相同，故障相中的=3=3=3，而兩個非故障相中的電流均為零。（2）短路處正序電流的大小與在短路點(diǎn)原正序網(wǎng)絡(luò)上增加一個附加阻而發(fā)生三相短路時的電流相等。（3）短路點(diǎn)故障相的電壓等于零。（4）在假定和的阻抗角相等的情況下，兩個非故障相電壓的幅值總等，相位差角的大小決定于的比值，當(dāng)比值在范圍內(nèi)變化時，的變化范圍為，對應(yīng)比值為的情況，對應(yīng)比值接近于零的情況。 兩相短路兩相短路時，假定在K點(diǎn)發(fā)生bc兩相短路。這種情況下以相量表示的邊界條件方程如下：；； （214）轉(zhuǎn)換為對稱分量：可得： ， （215） 即： （216）于是，以序分量表示的bc相短路的邊界條件為：；