输电线路短路故障在Matlab中的仿真分析

输电线路短路故障在Matlab中的仿真分析

在整个电网中，输电线是电力传输的重要部分，也是电力系统故障最易发生的一个环节。大多数的故障是由于输电线的短路引起的。在发生短路故障的情况下，电力系统从一种状态剧烈变化到另一种状态，产生复杂的暂态现象。本章在三相的系统中，对常发生的三相短路接地、两相短路接地以及单相短路接地进么了仿真分析，更进一步地了解电力系统的暂态过程。

5.1 输电线传输过程的单相短路接地分析该仿真系统是由一个发电机模块，一个三相电压、电流测量模块，以及两条50km的三相PI型输电，一个三相故障发生器，以及示波器，万用表和一些连接元件。其仿真的

模型如下图（5-1）：

图（5-1）

完成模型的设计后，对仿真的参数进行设定，三相电路短路故障发生器的短路时间设为[0.01 0.1]。完成模型设定后，万用表显示有供选择的故障点参量，如下图（5-2）：

图（5-2）

单相短路时，在故障发生器中选择A相短路，并选择故障相接地选项（Ground Fault），故障时间为[0.01 0.08]。在万用表元件中选择故障点A相电流，作为测量电气量，则A 相短路接地时，故障点A相电流波形图如下

图（5-3）：

图（5-3）

由图易知：在0.01s时，三相电路短路故障发生器闭合，电路发生A

相单相短路接

地，故障点的电流瞬间下移，且变化很突然，在0.08s时，故障排除，A相电流恢复到0A。

同样，用万用表测B，C相的电流，易知属于正常情况，波形图如下图（5-4）：

图（5-4）

在万用表元件中选择故障点A相电压为测量电气量，其波形图如下图（5-5）：

图（5-5）

同样，B，C相的电压波形也可以从万用表上得出，如下图（5-6）：

图（5-6）

由波形的简单比较，故障时间[0.01 0.08]内，A相电压突然消失为0，而B，C相电

压则瞬间变大。

而此时发电机端的输出的三相电压、电

流信号，如下图（5-7），（5-8）：

图（5-7）

图（5-8）5.2 输电线传输过程的两相短路接地分析

将三相电路短路故障发生器中的故障相选择B相和C相故障，并选择故障相接地选项。即发生B相、C相两相短路接地故

障。

万用表元件中选择故障点B，C相电流做为测量电气量。激活仿真按钮后，B，C 相电流波形图如下图（5-9）：

图（5-9）

在B，C相短路接地故障发生的瞬间，B相电流突然上升，成正弦波开。故障时间过后三相短路故障发生器打开，B相电流迅速下降为0A。相反，C相电流故障瞬间电流突然下降，幅度和B相一样非常大，故障时间过后，C相电流也迅速恢复为0A。

在万用表元件上选择A相电流为测量电气量，比较故障点与非故障点之间波形的不同，A相电流的波形如下图（5-10）：

图（5-10）

由图易知，当B相，C相发生两相短路接地故障时，A相电流没有变化，始终为0。同样，可以观察B相，C相两相短路接地时，A，B，C三相的电压波形变化，在万用表中选择A，B，C三相的电压，如下图（5-11）：

图（5-11）

由上图易知，B，C两相的故障点电压，在故障发生时突变为0，在0.08s时，三相电路短路故障发生器打开，即故障排除，故障点B，C两相电压波恢复正弦波形。而A 相为非故障相，其电压波形仅在两相短路期间发生振荡，但波形基本不变。

输电线路在发生B，C两相间短路接地时，发电机端的三相电压、电流的变化情如下图

（5-12），（5-13）：

图（5-12）

图（5-13）

由图可知，在稳态时，发电机端输出的电流信号呈正弦变化，当B、C两相间短路接地时，B、C两相电流发生了变化，B相电流整体下移，C相电流整体上移待故障发生器打开后，即故障解除时，都恢复正弦变化。

而A相电流没有波形没有变化。

而B、C两相短路接地时，发电机端的电压只有稍微的波动，没有显著变化。

5.3 输电线传输过程的三相短路接地分析将三相电路短路故障发生器中的故障相选择三相故障选择，并选择故障相接地选

（Ground Fault）。

万用表选择故障点A，B，C三相电流，作为测量电气量，波形图（5-14）如下：

图（5-14）

由图知道，在三相短路接地故障时间内，A、C相电流突然下降，在故障时间显正弦波形，故障排除后上升为0A；B相电流突然上升，在故障时间显正弦波形，故障排除后

下降为0A。

同样，选择三相短路接地故障时的三相电压，由万用表中可以观察其三相电压波形变

化，如下图（5-15）：

图（5-15）

由图易知，在三相短路接地故障其间，三相电压都为0A，故障排除后才恢复原来的正弦波形。这与两相间短路接地故障有点相

似。

三相短路接地故障时，发电机端的三相电压、电流的变化，如下图（5-16），（5-17）：

图（5-16）

图（5-17）

由图可见，三相短路接地时与两相短路接地时的发电机端电压、电流变化很相似。机端电流整体上移或下移，机端电压只有一些波

动，没有显著变化。

综上分析，可见电力系统暂态故障的瞬间，不管是电流还是电压，它们的变化幅度都非常巨大。这也是发生电力系统故障时，系统瞬间崩溃的主要原因。如何延缓或及时地故障作出反应。这也是电力系统仿真的目的所

在。

参考文献

[1]