YF-ED-J6285
可按资料类型定义编号
突发短路故障的缺陷分析
实用版
In Order To Ensure The Effective And Safe Operation Of The Department Work Or Production, Relevant Personnel Shall Follow The Procedures In Handling Business Or Operating Equipment.
（示范文稿）
二零XX年XX月XX日
突发短路故障的缺陷分析实用版
提示：该解决方案文档适合使用于从目的、要求、方式、方法、进度等都部署具体、周密，并有很强可操作性的计划，在进行中紧扣进度，实现最大程度完成与接近最初目标。下载后可以对文件进行定制修改，请根据实际需要调整使用。
引言
近年来变压器突发短路冲击后损坏几率大增，已占全部损坏事故的40%以上。变压器经受突发短路事故后状况判断、能否投运，成为运行单位经常要决策的问题。以前变压器发生突发短路事故以后，需要组织各方面专家分析事故成因，然后确定试验方法，根据试验结果继续分析或者追加试验。这种分析、抢修机制已不适应当前电网停电时间限制、高可靠性以及事故严重性等情况。北京供电局修试处总结300
余台110kV及以上电压等级变压器多年运行维护经验形成了一套固定的短路突发事故试验分析方法，即油色谱分析、绝缘电阻试验、绕组直阻试验和绕组变形试验“四项分析”。实践证明，“四项分析”基本能够满足变压器突发事故的分析要求。
1 分析项目
1.1 变压器油中溶解气体色谱分析
用于判断变压器内是否发生过热或者放电性故障。该项目对变压器突发事故的故障判断十分敏感，但需要仪器精度高，仅适于在试验室进行，故比较费时。实践中，多数情况下对缺陷的初步定性要依靠它，综合分析也要结合色谱分析结果进行，而且该方法能判断出很多
别的试验无法发现的缺陷，例如中兴庄变电站35kV原#1变压器突发事故后，无载分接开关处放电，但直阻试验反映不出来，只有色谱分析才能发现。
1.2 绝缘电阻试验
变压器各绕组、铁心、夹铁、外壳相互之间的绝缘电阻是否正常，是常用的简易检查项目。如老君堂变电站220kV原#1变压器事故掉闸后首先进行绝缘电阻试验，很快发现三侧绕组和铁心对地的绝缘电阻几乎为0，马上就判断为纵绝缘击穿且铁心烧损，与吊罩检查结果相符；又如下面述及的110kV林河变电站#2变压器，也是借助绝缘电阻试验确定了缺陷位置。
1.3 绕组直阻试验
直阻试验检查导电回路中分接开关接触是
否良好、引线接头焊接或接触是否良好、绕组是否断股、匝间有无短路等缺陷，可配合多种试验共同确定缺陷，被1997年的部颁预试规程确定为变压器最重要的电气试验项目。由于电网短路容量越来越大，短路事故在直阻方面的反映往往很明显。如北土城变电站110kV原#2变压器事故后，通过绕组变形试验发现低压绕组异常，但绝缘电阻正常，色谱分析结果表明发生了涉及绝缘部位的放电，最后依靠低压三相直阻不平衡的试验结果分析出：低压绕组明显变形且绕组严重受损，须进行大修。大修时发现几乎所有的绕组都已经扭曲变形，内部结构严重损坏。 1.4 绕组变形试验
它是通过各线圈在高频下的响应特性来判断其结构和周围状况是否发生明显变化的新型
试验项目。如220kV怀柔变电站#1变压器1997年3月发生套管爆炸事故，由于不知线圈内部状况，不能决定是否更换线圈，后根据绕组变形试验结果正常的结论确定不再更换线圈。在大短路容量的电网中近年变压器发生出口短路事故比率较高(例如华北电网1998年的4起变压器事故中3起源于短路冲击)，而绕组变形是其中常见的严重缺陷，所以该项目是现场决定变压器是否投运的主要依据，有其它试验项目不可替代的作用。220kV老君堂变电站原#2变压器短路事故后所有电气和色谱试验均正常，但绕组变形试验表明绕组已经变形并在大修时被确认。该项试验在北京供电局已经开展4年，共进行229台次，其中事故后试验46台次，发现缺陷10起，没有一起判断错误的情
况。
近3年来，共进行了40余次事故抢修，依照上述“四项分析”分析无一误判。可见，这套分析方法比较适于现场，但必须强调：“四项分析”要综合起来使用，方能得出正确的结论。
2 应用分析
油色谱分析表明：总烃含量急剧增加，CO、CO2增加较少，结论为变压器内部存在突发性的裸金属部位的放电。电气试验分析表明：绕组直流电阻试验正常；绕组变形试验发现低压绕组略有疑点；绝缘电阻试验发现低压绕组对高压绕组、铁心及地的绝缘仅有25 MΩ。进行分解试验以查找缺陷位置：高压绕组对低压
绕组、铁心以及地绝缘电阻正常；铁心对高、低压绕组及地绝缘电阻正常。判断结果是：低压绕组非线圈部位对地部位的绝缘有问题。
综合分析：变压器内部发生突发性的裸金属部位放电，但绕组变形、直流电阻试验又未发现明显缺陷，故线圈本身有缺陷的可能性很小；低压绕组有微弱的变形，对地绝缘只有25M Ω，故低压绕组接近变压器箱体的部位(尤其是出线处——即低压绕组对地部位)因短路冲击而放电的可能性最大；低压绕组出线处的手孔可以打开，故可方便地在现场检查。
变压器内部检查发现：低压内部引线铜排的多个木夹板中，有两处没有包扎铜排的辅助绝缘，其中低压引线上部木夹件处铜排有相间短路放电痕迹，木夹件表面烧黑，引发相邻部
位铜排相间发生油间隙电弧放电。变压器内部散落放电后的铜渣少许，油中炭素较多，线圈上部垫块多处松动。证明试验对于故障部位的判断基本正确，该变压器现场处理后投入运行。
第一章 绪论 短路故障有金属性短路和电弧短路。由于电弧具有电阻的特性，因此电弧短路电流比金属性短路电流小。在低压系统中，电弧电压占电源电压的百分值较大，电弧短路电流可能比金属性短路电流小很多。因此按金属性短路电流整定的继电保护装置在发生电弧短路时可能不动作，而无法切除电弧短路故障。电弧电压的大小与很多因素有关。要确保继电保护装置在电弧短路时可靠动作，需要计算最大电弧电压时的最小短路电流，并按这个短路电流整定继电保护。 引起电弧短路的原因有很多，例如绝缘损坏或老化、污染及空气潮湿引起的空气击穿、小动物引起的电弧短路和误操作等。 德国科学家调查了二百多起发电厂和变电所短路故障，发现有57%的故障由开关柜内设备引起，另外20%发生在母线上，10% 发生在导体接头处。根据大量调查，85%以上的短路故障是电弧短路。 电弧短路危害大。如果在开关柜中发生电弧短路，由于电弧能量大，温度高，可能引起开关柜燃烧和爆炸。十几年前南京某大型企业由于某6kV 开关室短路故障烧毁了多台开关柜，引起全厂停电十几天，造成重大经济损失。 如果在电动机中发生电弧短路将烧毁电动机。电弧短路还可能引起电气火灾.北京市1999年发生的电气火灾为1350余起.电气火灾不仅会引起重大财产损失，也可能引起人身伤亡。短路电弧可能烧伤工作人员。 在低压系统中有单相、两相和三相电弧短路。相电弧短路通常是由单相或两相电弧短路发展而来。而在出现三相电弧短路后，如果三相电弧短路转变为两相电弧短路，则电弧将自行熄灭，而不会再发展成三相电弧短路。在电弧短路计算中，最重要的是电弧电压。知道了电弧电压的大小，就可算出电弧短路电流。电弧电压出现在母线之间。电弧电压瞬时值是随机变化的。这是因为影响电弧的一些因素是随机变化的。因此不能用经典数学精确地描述电弧电压的变化。电弧出现在母线之间。在短路点只有2条相间电弧同时存在，而不是3条。所以这种三相电弧短路是不对称性短路。每条电弧存在的时间大约为1/3周波。由于电弧电压瞬时值比较接近其1/3周波平均值，因此用这个平均值近似模拟电弧电压。试验结果表明，此平均值也是随机变化的。平均值的概率密度接近正态分布。设电弧电压1/3周波平均值大于80arc U 的概率为0.8，因为电弧电压的1/3周波平均值大于80arc U 时，电弧将熄灭，所以用80arc U 作为计算最小电弧短路电流用的电弧电压。 80arc U 主要由系统额定电压和短路处相间距离d 决定。
编号0714141 课程设计 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 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.
· ……………………. ………………. ………………… 毕 业 论 文 基于MATLAB 的电力系统短路故障分析与仿真 院 部 机械与电子工程学院 专业班级 电气工程及其自动化 届 次 2015届 学生姓名 学 号 指导教师 装 订 线 ……………….……. …………. …………. ………
摘要.................................................................................................................................................. I Abstract .......................................................................................................................................... II 1 引言 (1) 1.1 课题研究的背景 (1) 1.2 课题研究的国内外现状 (1) 2 短路故障分析 (1) 2.1 近年来短路故障 (1) 2.2 短路的定义及其分类 (2) 2.3 短路故障产生的原因及危害 (4) 2.4 预防措施 (4) 2.5 短路故障的分析诊断方法 (5) 3 仿真与建模 (6) 3.1 仿真工具简介 (6) 3.1.1 MATLAB的特点 (6) 3.1.2 Simulink简介 (7) 3.1.3 SPS(SimPowerSystems) (8) 3.1.4 GUI（图形用户界面） (8) 3.2 模型的建立 (8) 3.2.1 无限大电源系统短路故障仿真模型 (8) 3.2.2 仿真参数的设置 (9) 4 仿真结果分析 (16) 4.1 三相短路分析 (16) 4.2 单相短路分析（以A相短路为例） (18) 4.3 两相短路（以A、B相短路为例） (22) 4.4 两相接地短路（以A、B相短路为例） (25) 5 结论 (28) 6 前景与展望 (28) 参考文献 (29) 致谢 (30)
1. 下图所示的电网中，f 点三相短路时，发电机端母线电压保持6.3kV 不变。r 1，x 1分别 为电抗器的电阻和电抗，r 1=0.042Ω，x 1=0.693Ω，r 2，x 2分别为电缆的电阻和电抗，r 2=0.463Ω, x 2=0.104Ω。若6.3kV 母线的三相电压为： ( )( )() a s b s c s 6.3cos 6.3cos 1206.3cos 120 u t u t u t ωαωαωα=+=+-=++ 在空载情况下，f 点突然三相短路。设突然短路时α=30°，试计算： (1) 电缆中流过的短路电流交流分量幅值。 (2) 电缆中三相短路电流表达式。 (3) 三相中哪一相的瞬时电流最大，并计算其近似值。 (4) α为多少度时，a 相的最大瞬时电流即为冲击电流。 解：r 1, x 1分别为电抗器的电阻和电抗，r 1=0.042Ω , 140.693100x = =Ω r 2, x 2分别为电缆的电阻和电抗，r 2=0.463Ω, x 2=0.104Ω 令r = r 1+ r 2=0.505Ω, x = x 1+ x 2=0.797Ω 令0.943arctan()57.64x z r ?==Ω = = (1) 三相短路电流交流分量的幅值为：9.45kA m I == (2) 直流分量衰减时间常数为：/0.7970.005s 3140.505 a L x T R r ω= ===? 由于短路前线路处于空载，则短路前瞬间线路电流为0，则每条电缆中三相短路电流的表达式为： 1 1 2 2
()()()()()()()()a m m 0.005 0.005 b 0.005 c cos 0cos 9.45cos 27.649.45cos 27.649.45cos 147.649.45cos 147.649.45cos 92.369.45cos 92.36a t T s t s t s t s i I t I e t e i t e i t e ωα?α?ωωω--- - =+-+--????=---=---=-- (3) 直流分量值越大，短路电流瞬时值越大，且任意初相角下总有一相直流分量起始值最 大。由步骤(2)可知，cos(?27.64°)>cos(?147.64°)>cos(92.36°)，a 相的直流分量最大，大约在短路发生半个周波之后，a 相电流瞬时值将到达最大值，即 ()()0.010.005 a 9.45cos 3140.0127.649.45cos 27.649.5304kA i e -=?---=- 同理可以写出i b , i c ，并进行比较验证： ()()0.010.005 b 9.45cos 3140.01147.649.45cos 147.649.0624kA i e -=?---= ()()0.010.005 c 9.45cos 3140.0192.369.45cos 92.360.4418kA i e -=?+-= (4) 在短路前空载情况下，有步骤(2)所列的各相短路电流表达式可知：若初相角|α?φ|等 于0°或是180°时，a 相短路电流直流分量起始值达到最大，短路电流最大瞬时值也最大。由于φ=57.64°，则α=φ=57.64°或α=?180+φ=122.36°。 带入步骤(2) i a , i b , i c 的表达式中进行验证： ()()()()()()()()0.010.005 a 0.010.005 b 0.010.005 c 0.01s 9.45cos 3140.0109.4510.7286kA 0.01s 9.45cos 3140.011209.45cos 120 5.3643kA 0.01s 9.45cos 3140.011209.45cos 120 5.3643kA i t e i t e i t e --- ==?+-===?---===?+-= 2. 一发电机、变压器组的高压侧断路器处于断开状态，发电机空载运行，其端电压为额定电压。试计算变压器高压侧突然三相短路后短路电流交流分量初始值I ''m 。 发电机：S N =200MW ，U N =13.8kV ，cos φN =0.9，x d =0.92，x 'd =0.32，x ''d =0.20 变压器：S N =240MVA ，220kV/13.8kV ，U s(%)=13 解：取S B =100MVA ，U B1取为13.8kV ，则U B2=13.8(220/13.8)=220kV 11 4.18kA 3313.8B B B I U ==? 22 0.26kA 33220 B B B I U = = =?
本科生毕业设计（论文） 题目：运用Matlab仿真分析短路故障 学生姓名： 系别：机电系 专业年级：电气工程及其自动化专业 指导教师： 2013年 6 月 20 日
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，并对短路故障的过程进行了理论分析。在深入分析三相短路故障的稳态和暂态电气量的基础上，总结论述了当今三相短路的的各种流行方案，分别阐述了其基本原理和存在的局限性。并运用派克变换及d.q.o坐标系统的发电机基本方程和拉氏运算等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simulink仿真软件包，建立了短路系统的统一模型，通过设置统一的线路参数、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，分析目前自动选线法存在的主要问题及以后的发展方向。 关键词：短路故障；派克变换；拉氏运算；Matlab
ABSTRACT 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. 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 Peck transform and d.q.o coordinate system of the generator basic equation and Laplace operator 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 automatic line selection method the main existing problems and the future direction of development. Keywords：Short-circuit failure ;Peck transform;The Laplace operator;M atlab
短路电流计算 第一节概述 一、电力系统或电气设备的短路故障原因 （1）自然方面的原因。如雷击、雾闪、暴风雪、动物活动、大气污染、其他外力破坏等等，造成单相接地短路和相间短路。 （2）人为原因。如误操作、运行方式不当、运行维护不良或安装调试错误，导致电气地设备过负荷、过电压、设备损坏等等造成单相接地短路和相间短路。 （3）设备本身原因。如设备制造质量、设备本身缺陷、绝缘老化等等造成单相接地短路和相间短路。 二、短路种类 1.单相接地短路 电力系统及电气设备最常见的短路是单相接地,约占全部短路的75%以上。对大电流接地系统，继电保护应尽快切断单相接地短路。对中性点经小电阻或中阻接地系统，继电保护应瞬时或延时切断单相接地短路。对中性点不接地系统，当单相接地电流超过允许值时，继电保护亦应有选择性地切断单相接地短路。对中性点经消弧线圈接地或不接地系统，单相接地电流不超过允许值时，允许短时间单相接地运行，但要求尽快消除单相接地短路点。 2.两相接地短路 两相接地短路一般不超过全部短路的10%。大电流接地系统中，两相接地短路大部分发生于同一地点，少数在不同地点发生两相接地短路。中性点非直接接地的系统中，常见是发生一点接地，而后其他两相对地电压升高，在绝缘薄弱处将绝缘击穿造成第二点接地，此两点多数不在同一点，但也有时在同一点，继电保护应尽快切断两相接地短路。 3.两相及三相短路 两相及三相短路不超过全部短路的10%。这种短路更为严重，继电保护应迅速切断两相及三相短路。
4.断相或断相接地 线路断相一般伴随相接地。而发电厂的断相，大都是断路器合闸或分闸时有一相拒动造成两相运行，或电机绕组一相开焊的断相，或三相熔断器熔断一相的两相运行，两相运行一般不允许长期存在，应由继电保护自动或运行人员手动断开健全相。 5.绕组匝间短路 这种短路多发生在发电机、变压器、电动机、调相机等电机电器的绕组中，虽然占全部短路的概率很少，但对某一电机来说却不一定。例如，变压器绕组匝间短路占变压器全部短路的比例相当大，这种短路能严重损坏设备，要求继电保护迅速切除这种短路。 6.转换性故障和重叠性故障 发生以上五种故障之一，有时由于故障的演变和扩大，可能由一种故障转换为另一种故障，或发生两种及两种以上的故障（称之复故障），这种故障不超过全部故障的5%。 第二节 对称短路电流计算 一、阻抗归算 为方便和简化科计算，通常将发电机、变压器、电抗器、线路等元件的阻抗归算至同一基准容量bs S （一般取100MVA 或1000MVA 基准容量）和基准电压bs U （一般取电网的平均额定电压bv U ）时的基准标么阻抗（以下不作单独说明，简称标么阻抗）；归算至额定容量的标么阻抗称相对阻抗。 （一）标么阻抗的归算 1.发电机等旋转电机阻抗的归算 发电机等旋转电机一般给出的是额定条件下阻抗对值，其标么可按下式计算 bs G G GN S X X S * = （1-1） 式中 G X * ——发电机在基准条件下电抗的标么值； G X ——发电机额定条件电抗的标对值； G X ——基准容量（MVA ）；
1 课程设计的题目及目的 1.1 课程设计选题 如图1所示发电机G ，变压器T1、T2以及线路L 电抗参数都以统一基准的标幺值给出，系统C 的电抗值是未知的，但已知其正序电抗等于负序电抗。在K 点发生a 相直接接地短路故障，测得K 点短路后三相电压分别为Ua=1∠-120，Uc=1∠120. （1）求系统C 的正序电抗； （2）求K 点发生bc 两相接地短路时故障点电流； （3）求K 点发生bc 两相接地短路时发电机G 和系统C 分别提供的故障电流(假设故障前线路中没有电流)。 系统C 发电机G 15.01=T X 15 .00=T X 2T 25.02==''X X d 图1 电路原理图 1.2 课程设计的目的 1. 巩固电力系统的基础知识； 2. 练习查阅手册、资料的能力； 3．熟悉电力系统短路电流的计算方法和有关电力系统的常用软件；
2设计原理 2.1 基本概念的介绍 1.在电力系统中，可能发生的短路有：三相短路、两相短路、两相短路接地和单相短路。三相短路也称为对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态。其他类型的短路都属于不对称短路。 2.正序网络:通过计算对称电路时所用的等值网络。除中性点接地阻抗、空载线路（不计导纳）以及空载变压器（不计励磁电流）外，电力系统各元件均应包括在正序网络中，并且用相应的正序参数和等值电路表示。 3.负序网络：与正序电流的相同，但所有电源的负序电势为零。因此，把正序网络中各元件的参数都用负序参数代替，并令电源电势等于零，而在短路点引入代替故障条件的不对称电势源中的负序分量，便得到负序网络。 4.零序网络：在短路点施加代表故障边界条件的零序电势时，由于三项零序电流大小及相位相同，他们必须经过大地（或架空地线、电缆包庇等）才能构成回路，而且电流的流通与变压器中性点接地情况及变压器的解法有密切关系。2.2电力系统各序网络的制定 应用对称分量法分析计算不对称故障时，首先必须作出电力系统的各序网络。为此，应根据电力系统的接线图，中型点接地情况等原始资料，在故障点分别施加各序电势，从故障点开始，逐步查明各序电流流通的情况。凡是某一序电流能流通的元件，都必须包括在该序网络中，并用相应的序参数和等值电路表示。除中性点接地阻抗，空载线路以及空载变压器外，电力系统各元件均应包括在正序网络中，并且用相应的正序参数和等值电路表示，如图2所示；负序电流能流通的元件与正序电流的相同，但所有电源的负序电势为零。因次，把正序网络中各元件的参数都用负序参数代替，并令电源电势等于零，便得到负序网络如图3所示；在短路点电流施加代表故障边界条件的零序电势时，由于三相零序电流大小及相位相同，他们必须经过大地才能构成通路，而且电流的流通与变压器中性点接地情况及变压器的接法有密切的关系。如图4所示。利用各序的网络图可以计算出相应的序阻抗。 图2 系统的正序网络
基于MATLAB/Simulink电力系统短路故障分析与仿真 摘要： MATLAB有强大的运算绘图能力，给用户提供了各种领域的工具箱，而且编程语法简单易学。论文对电力系统的短路故障做了简要介绍并对短路故障的过程进行了理论分析和MATLAB软件在电力系统中的应用，介绍了Matlab／Simulink的基本特点及利用MATLAB进行电力系统仿真分析的基本方法和步骤。在仿真平台上，以单机—无穷大系统为建模对象，通过选择模块，参数设置，以及连线，对电力系统的多种故障进行仿真分析。 关键词：MATLAB、短路故障、仿真、电力系统 Abstract： MATLAB has powerful operation ability to draw, toolkit provides users with a variety of fields, and easy to learn programming grammar. Paper to give a brief introduction of fault of the power system and the process of fault are analyzed in theory and the application of MATLAB software in power system, this paper introduces the basic characteristics of MATLAB/Simulink and MATLAB power system simulation analysis of the basic methods and steps. On the simulation platform, with single - infinity system for modeling object, by selecting module, parameter Settings, as well as the attachment, a variety of fault simulation analysis of power system. Keyword:MATLAB;Fault analysis;Simulation;Power System;
课程设计报告 题目电力系统课程设计 《三相短路故障分析计算》 课程名称电力系统课程设计 院部名称龙蟠学院 专业电气工程及其自动化 班级M08电气工程及其自动化学生姓名 学号0821113 课程设计地点C304 课程设计学时一周 指导教师朱一纶 金陵科技学院教务处制
目录 摘要 (ii) 一、基础资料 (3) 1.电力系统简单结构图................................................ ....... . ..... .. ... . .... . .. . (3) 2.电力系统参数 (3) 3参数数据 (4) 二、元件参数标幺值的计算及电力系统短路时的等值电路 (4) 1.发电机电抗标幺值..................................................... ....... . ..... .. ... (4) 2.负载电抗标幺值 (4) 3变压器电抗标幺值 (4) 4.线路电抗标幺值............................................. ........ ....... . ..... .. ... ... .. (4) 5.电动机电抗标幺值........................................ ........ ....... . ..... .. ... ... .. (4) 三、化简等值电路 (4) 四、求出短路点的次暂态电流 (4) 五、求出短路点冲击电流和短路功率 (4) 六、设计心得............................................................. . . . . .. (20) 七、参考文献............................................................. (21) 电力系统课程设计《三相短路故障分析计算》
1、替代定理 在任意具有唯一解的电路中，某支路的电流为i k ，电压为u k ，那么该支路可以用独立电压源u k ，或者独立电流源i k 来等效替代，如下图所示。替代后的电路和原电路具有相同的解。 图 2、叠加定理 由全部独立电源在线性电阻电路中产生的任一电压或电流，等于每一个独立 电源单独作用所产生的相应电压或电流的代数和。 注意点：（1）只适用于线性电路；（2）一个电源作用，其余电源为零，如电 压源为零即电压为零——>短路，电流源为零即电流为零——>开路；（3）各回路电压和电流可以叠加，但功率不能叠加。 3、三相系统及相量图的应用 、 交流变量 正常的电力系统为三相系统，每相的电压和电流分量均随着时间作正弦变 化，三相间相互角偏差为120°，比如以A 相为基准，A 相超前B ，B 相超前C 各120°，就构成正序网络，如下式所示： )120sin()360240sin()240sin(); 120sin(); sin( ++=+-+=-+=-+=+=?ω?ω?ω?ω?ωt U t U t U u t U u t U u m m m c m b m a 以A 相为例，因为三角函数sin 是以360°（或2π）为周期变化，所以随 着时间t 的流逝，当?ω+t 值每增长360°（或2π）时，电压ua 就经过了一个
周期的循环，如下图所示： 图 如上图，t代表时间，?代表t=0时刻的角度（例如上图中ua当t=0时位于?），ω表示角速度即每秒变化多少度。例如电网的频率为50Hz，原点，即代表0 = 每秒变化50个周期，即变化50*360°或者50*2π。此处360°和2π仅是单位制的不同，分别为角度制和弧度制，都是代表一个圆周；值得注意的是用360°来分析问题更加形象，而2π为国际单位制中的标准单位，计算时更通用。 向量的应用 用三角函数分析问题涉及较为繁琐的三角函数计算，图的正弦波形图可表示出不同周期分量的峰值和相差角度，但使用范围有限。为此，利用交流分量随时间做周期变化，且变化和圆周关系密切的特点，引入向量如下，方便交流分量的加减乘除计算： :
目录 第一章引言 (1) 1.1 课程设计的目的及意义 (1) 1.2Matlab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
基于MATLAB的单机无穷大系统短路故障分析 【摘要】本文以MATLAB7.0软件为平台构建了一个单机无穷大系统的仿真模型，并以电力系统中最常见的单相短路故障为例，分析了短路中的电压电流波形，对研究电力系统的暂态过程打下基础。 【关键词】单机无穷大系统; MATLAB;暂态稳定 随着电系统规模逐渐扩大，对电力系统的稳定性要求越来越高，然而电力系统运行中的各种短路故障、负荷的突变现象时候发生，这些扰动会对电力系统的稳定造成很大的影响。 我国电力工业参数高、容量大，为了排除一些因素的干扰，尽可能的使仿真模型贴近实际，在对电力系统稳态分析中常采用单机对无穷大系统（SIMB），单机—无穷大系统认为电源的电压幅值和频率在系统发生故障时仍能保持恒定，通过这样近似处理得到的仿真结果更贴近生产实际。 1.单机大无穷系统的原理分析 图1是某单机无穷大系统的电路简化模型，左侧是模拟的无限个并联运行的发电机组经过变压器和双回路输电线路向无穷大母线VS供电。根据图1基础接下来用Simulink搭建上述电路模型并进行故障分析。 图1 单机一无穷大系统电路简化模型 2.单机无穷大系统的simulink建模 打开Simulink的扩展工具箱中电力系统模块（SimPowerSystems），选择合适的模块建模[1]。使用同步发电机（Synchronous Machine pu Standard），励磁系统（Excitation System）和水轮机调速器（Hydraulic Turbine and Governor）来组成发电机组，其中额定电压Vt=13.8KV，额定频率fn=50Hz，额定容量Pn=300E6V A，无穷大电源电压VS=220KV，转子类型（Rotor type）：凸极（Salient—Pole）。三相变压器联结组为Yd11型，采输电线路采用分布参数模型（Distributed Parameter Line）模拟220（KM）的高压线。 图2 单机一大无穷系统simulink仿真图 图3 单机大无穷系统A相短路时A、B、C三相电压波形 具体Simulink仿真如图2所示，在三相短路故障模块选择A项和接地故障（Ground Fault），故障电阻和接地电阻都采用默认的0.001，在Transition times 栏设置故障开始和结束时间段为[0.15 0.26]。另外由于此系统是带发电机的非线性系统[2]，所以算法可以采ode23tb，仿真总时间设为0.5秒。
辽宁工业大学 《电力系统分析》课程设计（论文）题目：电力系统两相短路计算与仿真（2） 院（系）：工程技术学院 专业班级：电气工程及其自动化 学号： 学生姓名： 指导教师：王 教师职称 起止时间：15-06-15至15-06-26
课程设计（论文）任务及评语
摘要 目前，随着科学技术的发展和电能需求的日益增长，电力系统规模越来越庞大，电力系统在人民的生活和工作中担任重要的角色，电力系统的稳定运行直接影响人们的日常生活，因此，关于电力系统的短路计算与仿真也越来越重要。 本论文首先介绍有关电力系统短路故障的基本概念及短路电流的基本算法，主要讲解了对称分量法在不对称短路计算中的应用。其次，通过具体的简单环网短路实例，对两相接地短路进行分析和计算。最后，通过MATLAB软件对两相接地短路故障进行仿真，观察仿真后的波形变化，将短路运行计算结果与各时刻短路的仿真结果进行分析比较，得出结论。 关键词：电力系统分析；两相接地短路；MATLAB仿真
目录 第1章绪论 (1) 1.1短路的原因、类型及后果 (1) 1.1.1电路系统中的短路 (1) 1.1.1短路的后果 (1) 1.2短路计算的目的 (2) 第2章电力系统不对称短路计算原理 (3) 2.1对称分量法基本原理 (3) 2.2三相序阻抗及等值网络 (3) 2.3 两相不对称短路的计算步骤 (4) 2.4两相（b相和c相）短路 (4) 第3章电力系统两相短路计算 (7) 3.1系统等值电路的化简 (7) 3.2两相短路计算 (9) 第4章短路计算的仿真 (11) 4.1仿真模型的建立 (11) 4.2 仿真结果及分析 (11) 第5章总结 (14) 参考文献 (15)
基于Matlab的电力系统故障分析与仿真 摘要：本文介绍了MATLAB软件在电力系统中的应用，以及利用动态仿真工具Simulink和电力系统工具箱PSD进行仿真的基本方法。在仿真平台上，以单机—无穷大系统为建模对象，通过选择模块，参数设置，以及连线，对电力系统的多种故障进行仿真分析。同时，设计一个GUI图形界面，将仿真波形清晰地显示在界面上以便比较和分析。结果表明，仿真波形基本符合理论分析，说明了MATLAB是电力系统仿真研究的有力工具。 关键词：电力系统；仿真；故障；MATLAB；GUI Abstract：This paper introduces the applications of MATLAB in power system analysis, and the basic simulation method of taking use of Simulink and PSD. On MATLAB simulation platform, take a single machine-infinite-bus system as modeling objects, by selecting the module, parameter settings, and connectingmodules to simulate and analysevariousfault of power system. At the same time, in order to facilitate comparison and analysis simulation waveform, design a GUI for showing waveform clearly.The results show that the simulation waveform in line with theoretical analysis, indicates that MATLAB is a powerful tool for researching simulation of power system. Keywords：PowerSystem。 Simulation。 Fault。 Matlab。 GUI 0 前言[1,2] 随着电力工业的发展，电力系统规划、运行和控制的复杂性亦日益增加，电力系统的生产和研究中仿真软件的应用也越来越广泛。现在，我们主要使用的电力系统仿真软件有：EMTP程序，用于电力系统电磁暂态计算，电力系统暂态过电压分析，暂态保护装置的综合选择等。PSCAD／EMTDC程序，典型应用是计算电力系统遭受扰动或参数变化时，参数随时间变化的规律。PSASP，其功能主要有稳态分析、故障分析和机电暂态分析。还有MathWorks公司开发的MATLAB软件。在MATLAB中，电力系统模型可以在Simulink环境下直接搭建，也可以进行封装和自定义模块库，充分显现了其仿真平台的优越性。更重要的是，MATLAB提供了丰富的工具箱资源，以及大量的实用模块，使我们可以更加深入地研究电力系统的行为特性。本篇论文将在熟练掌握MATLAB软件的基础上，对电力系统的故障进行建模、仿真、分析，并且设计一个GUI图形用户界面来反映故障波形。
电力系统短路故障的分析计算 电力系统短路故障的分析计算2010-09-1508:241-1作出无阻尼绕组同步电机在直轴方向的等值电路图并写出求取暂态电抗Xd'及 1、时间常数Td'的表达式再作出有阻尼绕组同步电机在直轴及交轴方向的等值电路图并写出求取Xd"及Xq"的表达式。 2、比较同步机下列的时间常数Ta、Td'、Td"、Tq"的大小以及汽轮发电机的下列电抗的大小以及及汽轮发电机及水轮发电机的下列电抗的大小并为它们按由大到小的次序重新排列Xd、Xd'、Xd"、Xq、Xq"、Xσ(定子漏抗)。 3、列出无阻尼绕组同步发电机在端点发生三相短路，定子及转子绕组中出现的各种电流分量并指出这些电流分量随时间而变化的规律及其衰减时间常数。(16) 1-5在电力系统暂态分析中，1.为什么要引入同步电机暂态电势Eq'?2.暂态电势Eq'的大小如何确定?3.在哪些情况下需要使用暂态电势Eq'?(10分)(科大92) 1-6简要论述下列问题:(24分) 1、试根据无阻尼绕组同步机的磁链及电压方程(略去电阻)，推导出用同步机暂态电势和暂态电抗的电压方程式: uq=Eq'-idXd'ud=iqXq2、上述方程式应用于同步机的什么运行情况?为什么?解决什么问题?式中id、iq是什么电流? 3、试利用(1)的结果论证:三相短路电流实用计算中，无阻尼绕组同步机机端短路时一相的起始暂态电流(用标么值表示)的计算公式为: I'=Eq'/Xd' 4、根据基本原理，并利用(1)推导出的方程，证明同步机机端三相短路整个暂态过程中Eq'及Eq之间的关系为:Eq/Eq'=Xd/Xd' (重大83) 1-7无阻尼绕组同步发电机发生突然三相短路，在短路瞬刻及暂态过程中，其气隙电势Eqδ是如何变化的?(6分) (重大84)
1 课程设计的题目及目的 课程设计选题 如图1所示发电机G ，变压器T1、T2以及线路L 电抗参数都以统一基准的标幺值给出，系统C 的电抗值是未知的，但已知其正序电抗等于负序电抗。在K 点发生a 相直接接地短路故障，测得K 点短路后三相电压分别为Ua=1∠-120，Uc=1∠120. （1）求系统C 的正序电抗； （2）求K 点发生bc 两相接地短路时故障点电流； （3）求K 点发生bc 两相接地短路时发电机G 和系统C 分别提供的故障电流(假设故障前线路中没有电流)。 系统C 发电机G 15.01=T X 15 .00=T X 2T 25.02==''X X d 图1 电路原理图 课程设计的目的 1. 巩固电力系统的基础知识； 2. 练习查阅手册、资料的能力； 3．熟悉电力系统短路电流的计算方法和有关电力系统的常用软件；
2设计原理 基本概念的介绍 1.在电力系统中，可能发生的短路有：三相短路、两相短路、两相短路接地和单相短路。三相短路也称为对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态。其他类型的短路都属于不对称短路。 2.正序网络:通过计算对称电路时所用的等值网络。除中性点接地阻抗、空载线路（不计导纳）以及空载变压器（不计励磁电流）外，电力系统各元件均应包括在正序网络中，并且用相应的正序参数和等值电路表示。 3.负序网络：与正序电流的相同，但所有电源的负序电势为零。因此，把正序网络中各元件的参数都用负序参数代替，并令电源电势等于零，而在短路点引入代替故障条件的不对称电势源中的负序分量，便得到负序网络。 4.零序网络：在短路点施加代表故障边界条件的零序电势时，由于三项零序电流大小及相位相同，他们必须经过大地（或架空地线、电缆包庇等）才能构成回路，而且电流的流通与变压器中性点接地情况及变压器的解法有密切关系。 电力系统各序网络的制定 应用对称分量法分析计算不对称故障时，首先必须作出电力系统的各序网络。为此，应根据电力系统的接线图，中型点接地情况等原始资料，在故障点分别施加各序电势，从故障点开始，逐步查明各序电流流通的情况。凡是某一序电流能流通的元件，都必须包括在该序网络中，并用相应的序参数和等值电路表示。除中性点接地阻抗，空载线路以及空载变压器外，电力系统各元件均应包括在正序网络中，并且用相应的正序参数和等值电路表示，如图2所示；负序电流能流通的元件与正序电流的相同，但所有电源的负序电势为零。因次，把正序网络中各元件的参数都用负序参数代替，并令电源电势等于零，便得到负序网络如图3所示；在短路点电流施加代表故障边界条件的零序电势时，由于三相零序电流大小及相位相同，他们必须经过大地才能构成通路，而且电流的流通与变压器中性点接地情况及变压器的接法有密切的关系。如图4所示。利用各序的网络图可以计算出相应的序阻抗。 图2 系统的正序网络 X c X T X L X T X d ” C V fa(1) G + + +