电力系统短路故障计算分析

课 程 设 计

设计题目： 110KV变电所的常规设计

（电力系统短路故障计算分析）

学生姓名： 指导教师： 张静 二级学院： 机电工程学院 专 业：电气工程及其自动化 班 级： 学 号：

目 录

引 言 ........................................... 错误！未定义书签。 摘 要 ........................................... 错误！未定义书签。 1 电力系统模型 .................................. 错误！未定义书签。 1.1 电力系统仿真模型 ..........................................1 2 电力系统短路的介绍 .............................................1 2.1 短路产生的原因 ............................................1 2.2 短路的危害 ............................... 错误！未定义书签。 2.3 短路故障分析的内容和目的 ................. 错误！未定义书签。 3 电力系统仿真模型的建立与分析 .................. 错误！未定义书签。 3.1 各元件参数设置 ........................... 错误！未定义书签。 4 电力系统短路故障计算分析 ...................... 错误！未定义书签。 4.1 三相短路分析 ..............................................4 4.2 不对称短路故障分析 ........................................5 4.2.1 AB两相接地短路 .......................................5 4.2.2 BC两相接地短路 .......................................5 4.2.3 A相单相接地故障 ......................................6 结 论 ............................................................7 参考文献 .........................................................7 心得体会 ........................................ 错误！未定义书签。

引 言

为了保证电力系统运行的功能和质量，在设计、分析和研究时必须保证系统的静态和动态特性。现代电力系统是一个超高压、大容量和跨区域的巨大的联合系统，电力系统事故具有突发性强、维持时间短、复杂程度高、破坏力大的特点，因而使得事后对故障原因分析、查找变得尤其困难。由于在实际系统上进行试验和研究比较困难，因此借助各种电力系统动态仿真软件电力系统的设计和研究已成为有效途径之一。

电力系统仿真软件有很多，当今比较流行的主要有EMTP(Electromagnetic Transients Program)仿真程序，美国电力公司(PTI)开发的PSS/E(Power System Simulator for Engineering)，MathWorks公司开发的Matlab中所包含的电力系统工具箱(Power System Toolbox)，以及中国电力科学研究院开发的仿真软件PSASP(Power System Analysis Software Package)。由于Matlab具有很良好的开发性、高效的数据仿真分析,特别是信号处理和直观的图形显示功能,且Matlab/Simulink环境下的PSB模型库及Simulink强大的二次开发功能和丰富的工具箱,能快速而准确地对电路及更复杂的电气系统进行仿真、计算。因此，它已成为电力科研工作者和工程技术人员应用它来进行电力系统有关问题的仿真分析和辅助设计的理想工具。

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摘 要

基于Matlab最重要的组件之一Simulink中的电力元件库（SimPowerSystems）构建电力系统仿真模型，在Matlab的平台下仿真电力系统为工程设计和维修提供依据重要的依据，同时也为电力研究带来大大的便利，利用Simulink中的画图工具搭建电力系统模型也是进行电力系统故障分析的常用方法，它让电力研究者从大量繁琐的理论分析及复杂的矩阵计算中解脱出来，让庞大的电力系统很直观的呈现在研究者的面前，从而将庞大的电力网搬进了办公室，为研究带来了巨大的便利。

简要介绍了电力系统模型和MATLAB/ SIMULINK中SimPowerSystems (电力系统元件库) 的主要功能. SimPowerSystems 是专门为电力系统设计的仿真分析软件,在对其基本元件进行介绍后,在仿真平台上,通过对一个简单的电力系统输电线路的短路故障进行设计、仿真、分析,得到了理想的仿真效果.

关键词：Matlab SimPowerSystems 短路电流计算 仿真

Abstract: The article describes the basic characteristics of Matlab /Simulink and the basic method and process of applying Matlab in the simulation of power system. Matlab SimPowerSystems Block set is used to build a model of single-machine infinity-bus system and simulate various fault of power system. The results show that the simulation waveform is in line with theoretical analysis and Matlab is a valid tool for the simulation of power system fault. By the contrast and analysis of different short circuit faults, we can obtain a result that the three-phase short circuit fault is the worst situation in the faults of power system. So this situation should be avoided as far as possible in manufacture. Also, by the contrast and analysis of the fault resolution time, we know that clearing the short circuit fault on a minimal time is one way to guarantee the power system running regularly and reduce the loss.

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1、电力系统模型

电力系统中输送和分配电能的部分称为电力网,它包括升降压变压器和各种电压等级的输电线路。动力系统、电力系统和电力网简单示意如图：

图1 动力系统、电力系统和电力网示意图

电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。所以我们应对单相短路引起足够的重视，对单相短路的研究是有其重要意义的，所以本章重点就是研究单相短路故障在MATLAB中的运用和分析。 1.1 电力系统仿真模型

供电系统如图，发电机G1：50MVA、110kV，保持恒定，Y连接；线路L为100km；变压器T为Yn/d接法，SN=10MVA，Uk%=10.5，k=110/11。

图1.1 电力系统接线图

2、电力系统短路的介绍

在三相电力系统中,可能发生的短路有:三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路。

2.1 短路产生的原因有很多，主要有以下几个方面：

1、元件损坏例如绝缘材料的自然老化，设计，安装维护不良所带来的设备缺陷发展成短路等，

2、气象条件恶化例如雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌

3、违规操作，例如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等；

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