matlab仿真电力系统短路故障分析_毕业论文(编辑修改稿)

matlab仿真电力系统短路故障分析_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

（ 1） 短路 发生时 往往会 伴 有电弧产生，它不仅能烧坏故障元件本身，也可能烧坏周围设备和伤害周围的人员 ； （ 2）产生从电源到短路故障点巨大的短路电流，可达正常负荷电流的几倍到几十倍；短路电流通过电气设备， 一方面会使导体大量发热， 导致设备因过热而损坏； 另一方面巨大的短路电流还将产生很大的电动力作用于导体 ，使导体变形、扭曲或损坏； （ 3） 短路也同时引起系统电压大幅度降低，特别是靠近短路点处的电压降低得更多，从 而可能导致部分用户或全部用户的供电遭到破坏。 网络电压的降低，使供电设备的正常工作受到损坏，也可能导致工厂的产品报废或设备损坏，如电动机过热受损等 ； （ 4） 电力系统中出现短路故障时，系统功率分布的突然变化，可能破坏各发电厂并联运行的稳定性， 导致 整个系统解列 甚至瓦解和崩溃。 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 7 （ 5） 发生不对称短路时 ， 三相不平衡电流会在相邻的通讯线路感应出电动势 ， 产生的不平衡交变磁场对周围的通信网络、信号系统、晶闸管触发系统及自动控制系统产生干扰。 短路故障分析的内容和目的 电力系统的安全运行，首先是电力设备的安全运行 ，当电力设备发生短路故障时，首先要求快速准确的切除故障，这就要求在电力系统的设计和运行中，需要合理的选择电气设备、电气接线，正确的配置和设计继电保护以及限制短路电流的措施。 例如，选择断路器，必须保证断路器的开断容量大于系统发生短路时流过本支路的最大短路电流，同时还要进行短路后的热稳定和动稳定校验。 再比如，继电保护的整定，也需要对系统进行短路计算和分析。 短路故障的分析和计算，主要是短路电流的计算和分析。 当系统突然发生短路时，短路电流将从故障前的正常运行电流过渡到故障后的稳态电流，短路电流是从短路后随着时间的 变化而变化的，因此有必要对电力系统三相短路后的故障暂态过程进行分析。 另外，同步发电机转子中的暂态电流将导致在定子中感应出衰减的工频分量、衰减的倍频分量和衰减的直流分量。 下面将分别对无穷大电源系统和同步发电机机端发生三相短路后，短路电流的过渡过程进行分析和计算。 2 .2 简单无穷大电源系统三相短路电流分析 简单无穷大电源供电系统的三相短路暂态电流 如图 21 所示的简单对称三相系统，电源为无限大功率电源，即恒定电势源，A 相的电源 )c o s ()( 0  tEte mA ， B 相和 C 相的电 源依次与 A 相相差 120 度。 假设在 t=0 时刻，突然在 F 点发生三相短路时，分析其暂态过程。 图 21 无穷大电源三相系统 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 8 短路后的暂态过程分析 对于图 21所示的三相电路，短路发生前，电路处于稳态，其 a相的电流表达式为 ： )s in ( 00   tIi ma (21) 式中2220 )()( LLRRUI mm   (22) )( )(0 RR LLarctg    (23) 当突然发生三相短路时，这个电路即被分成两个独立的回路。 左边 的回路仍与电源连接，而右边的回路则变为没有电源的回路。 在右边回路中，电流将从短路发生瞬间的值不断地衰减，一直衰减到磁场中储存的能量全部变为电阻中所消耗的热能，电流即衰减为零。 在与电源相连的左边回路中，每相阻抗由原来的   R R j L L  减小为 R j L ，其稳态电流值必将增大。 短路暂态过程的分析与计算就是针对这一回路的。 短路的全电流为： aTtmmma eIItIi  )]s i n()s i n([)s i n( 00  (24) 由于三相电路对称，只要用 )120(  和 )120(  代替式（ 24）中的  就可分别得到 b 相和 c相电流表达式。 现将三相短路电流表达式综合如下： aaaTtmmmcTtmmmbTtmmmaeIItIieIItIieIItIi)]120s i n ()120s i n ([)120s i n ()]120s i n ()120s i n ([)120s i n ()]s i n ()s i n ([)s i n (000000 (25) 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 9 图 22三相电流短路波形图 图 22 示出三相电流变化的情况（在某一初始相角为  时）。 由图可见，短路前三相电流和短路后三相的交流分量均为幅值相等、相角 相差 120 的三个正弦电流，直流分量电流使 t=0 时短路电流值与短路前瞬间的电流值相等。 由于有了直流分量，短路电流曲线的对称轴不再是时间轴，而直流分量曲线本身就是短路电流曲线的对称轴。 因此，当已知一短路电流曲线时，可以应用这个性质把直流分量从短路电流曲线中分离出来，即将短路电流曲线的两根包络线间的垂直线等分，如图 22 中 ci 所示，得到的等分线就是直流分量曲线。 由图 22 还可以看出，直流分量起始值越大，短路电流瞬时 值越大。 在电源电压幅值和短路回路阻抗恒定的情况下，由式（ 24）和（ 25）可知，直流分量的起始值与电源电压的初始相角  （相应于  时刻发生短路）、短路前回路中的电流值 0mI 有关。 由式（ 24）可见，由于短路后的电流幅值 mI 比短路前的电流幅值 0mI 大很多，直流分量起始值 0ai 的最大值（绝对值）出现在 | 0ai | 的值最小、 | 0pai |的值最大时，即  90||  ， 00 mI 时。 在高压电网中，感抗值要比电阻值大得多，即 RL ，故 90 ，此时， 0 或 180。 三相中直流电流起始值不可能同时最大或同时为零。 在任意一个初相角下，总有一相的直流电流起始值较大，而有一相较小。 由于短路瞬时是任意的，因此必须考虑有一相的直流分量起始值为最大值。 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 10 根据前面的分析可以得出这样的结论：当短路发生在电感电路中、短路前为空载的情况下直流分量电流最大，若初始相角满足  90||  ，则一相（ a相）短路电流的直流分量起始值的绝对值达到最大值，即等于稳态短路电流的幅值。 短路冲击电流 短路电流在前述最恶劣短路情况下的最大瞬时值，称为短路冲击 电流。 根据以上分析，当短路发生在电感电路中，且短路前空载、其中一相电源电压过零点时，该相处于最严重的情况。 以 a相为例，将0 0mI 、 0 、 90代入式（ 25）得 a相全电流的算式如下： aTtmma eItIi  c os （ 26） 图 23 直流分量最大时短 路电流波形 ai 电流波形示于图 23。 从图中可见，短路电流的最大瞬时值，即短路冲击电流，将在短路发生经过约半个周期后出现。 当 f为 50Hz 时，此时间约为。 由此可得冲击电流值为： 0 .01 0 .011aaTTM m m m M mi I I e e I K I     （ 27） 式中 MK 称为冲击系数，即冲击电流值对于交流电流幅值的倍数。 很明显， MK 值中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 11 为 1～ 2。 在使用计算中， MK 一般取为 ～。 冲击电流主要用于检验电气设备和载流导体的动稳定度。 最大有效值电流 在短路暂态过程中，任一时刻 t 的短路电流有效值 tI ，是以时刻 t为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值，即 222/2/22/2/2 )2/()(11 atmTtTt atptTtTttiIdtiiTdtiTI    （ 28） 式中假设在 t 前后一周内 ati 不变。 由图 24 可知，最大有效值电流也是发生在短路后半个周期时   2222 )()2/()2/( 39。 mMmamM IiIstiII 2222 )1(212)1()2/(  MmMmm KIKII （ 29） MK 时， )2( mM II  ； MK 时， )2( mM II 。 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 12 第三章 电力系统短路电流的实用计算 上一章讨论了无限电源供大 电的系统三相短路电流的变化情形，认为短路后电源电压和频率均保持不变，忽略了电源内部的暂态变化过程，但是当短路点距电源较近时，必须。