基于Matlab的电力系统短路故障分析与仿真

西南科技大学

电气工程及其自动化专业

方向设计报告

设计名称：基于Matlab的电力系统短路故障分析与仿真

姓名： ***

学号: ***

班级：***

指导教师：***

起止日期：2014.11.5-2014.12.6

****大学****学院制

方向设计任务书

学生班级：**** 学生姓名：*** 学号：********

设计名称：基于Matlab的电力系统短路故障分析与仿真

起止日期：2014.11.5-2014.12.6 指导教师：***

方向设计学生日志

基于Matlab的电力系统短路故障分析与仿真

摘要

本次设计介绍了电力系统短路故障分析方法及Matlab/Simulink的基本特点。通过三相短路的情况对电力系统故障进行分析计算。然后对该种情况，运用Matlab/Simulink进行电力系统三相短路故障仿真，得出仿真结果。并对Matlab/Simulink搭建的三相短路电路图所得仿真的结果进行分析，从而得出结论。结果表明运用Matlab对电力系统故障进行分析与仿真，能够准确直观地考察电力系统故障的动态特性，验证了Matlab在电力系统仿真中的强大功能。

关键词：电力系统；短路故障分析；Matlab；仿真

Power system fault analysis and simulation based on Matlab

Abstract

This design introduces the basic features of the power system short-circuit fault analysis method and Matlab / Simulink for. By three-phase short circuit fault on the power system analysis and calculation. Then this case, the use of Matlab / Simulink for system power three phase short circuit fault simulation, the simulation results obtained. And to analyze the resulting three-phase short circuit diagram Matlab / Simulink to build simulation results, leading to the conclusion. The results showed that the use of Matlab for power system fault analysis and simulation can accurately visually inspect the dynamic characteristics of the power system failure, verify the Matlab powerful in the power system simulation.

Keywords: electric system; Fault; Matlab; Simulation

一、设计目的和意义

短路是电力系统的严重故障。一相短路是发生情况最多的，大概占90%。其中三相短路是最严重的情况！所以我选择三相短路的事例来完成这个实验。那什么又叫短路呢？所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地的系统）发生系统通路的情况。

电力系统在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流。其值可远远大于额定电流，并取决于短路点距电源的电气距离。例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达额定电流的10～15倍。大容量电力系统中，短路电流可达数万安。这会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。

供电网络中发生短路时,很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏,同时使网络内的电压大大降低,因而破坏了网络内用电设备的正常工作.为了消除或减轻短路的后果,就需要计算短路电流,以正确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件。所以我们要尽量避免短路故障，我们这里通过Simulink仿真实验来认知短路故障的具体情况。

二、控制要求

电力系统三相短路计算主要是短路电流周期分量的计算，在给定电源电势时，实际就是稳态交流电路的求解。

在电力系统短路电流的工程计算中，许多实际问题的解决（如电网设计中的电气设备选择）并不需要十分精确的结果，于是产生了近似计算的方法。在近似计算中主要是对系统元件模型和标么值参数计算做了简化处理。在元件模型方面，忽略发电机、变压器和输电线路的电阻，不计输电线路的电容，略去变压器的励磁电流（三相三柱式变压器的零序等值电路除外），负荷忽略不计或只做近似估计。在标么值参数计算方面，在选取各级平均电压做为基准电压时，忽略各元件(电抗器除外)的额定电压之比，即所有变压器的标么变比都等于1。此外，有时还假定所有发电机的电势具有相同的相位，加上所有元件仅用电抗表示，这就避免了复数运算，把短路电流的计算简化为直流电路的求解。

短路计算点是指在正常接线方式时，通过电器设备的短路电流为最大的地点。所选的短路点一定要是各种短路类型是最严重的情况，应为只要这样才能得出变压器中性点的最大入地电流，算出后才能进行接地电阻允许值的计算。而且一般不止选择一个短路点，而是通常选择2～3个分别进行计算，然后将计算结果进行比较。而我们这里通过Simulink搭建电路模型来仿真三相短路情况时，通过三相短路错误发生器来模拟三相线路短路，仿真之后出现波形图，达

到控制的要求。

三、设计方案论证

短路计算的目的是为了选择导体和电器，并对其进行相关校验。

基本假定：短路电流实用计算中，采用以下假设条件和原则：

（1）正常工作时，三相系统对称运行；

（2）所有电源的电动势相位角相同；

（3）系统中的同步和异步电机为理想电机，不考虑电机饱和、磁滞、涡流及导体集肤效应等影响；转子结构完全对称；定子三相绕组空间相差120°电气角；

（4）电力系统中各原件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小变化；

（5）电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50%负荷接在高压母线上，50%负荷接在系统侧；

（6）同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）；

（7）短路发生在短路电流为最大值的瞬间；

（8）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；

（9）除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计；

（10）元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围；

（11）输电线路的电容略去不计；

用概率统计法制定短路电流运算曲线。

一般规定：

（1）验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成的5～10年）。确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在仅在切换过程中可能并列运行的接线方式；

（2）在电气网络中应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响；

（3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。对加装电抗器的6～10KV出线与厂用分支线回路，除其母线和母线隔离开关之间隔板前的引线和套管，计算短路点应选择在电抗器前，其余导体和电器的计算短路点一般选择在电抗器后；

（4）导体和电器的动稳定、热稳定和电器的开断电流，一般按三相短路验算。若发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相严重时，则应按严重情况计算。

而电力系统仿真主要是对短路类型中的三相短路、两相短路和单相接地短路的电流、机端