电力系统故障的分析与仿真
电力系统故障的分析与仿真
摘要
电力系统正常运行的破坏多半是由短路故障引起的，如大的短路电流使元件破损，电压的骤降造成系统解裂甚至崩溃，对周围设备的电磁干扰等。发生短路时，系统从一种状态变到另一种状态，并伴随产生复杂的电磁暂态现象。所以有必要对电力系统发生故障时的电磁暂态进行分析。
本设计利用PSCAD软件建立相关的电力系统模型，包括：变压器模型、同步发电机模型、输电线模型、负荷模型等。把各个模型搭建在一起，从而得到与数学模型相对应的仿真模型。利用EMTDC进行模拟计算，并得到各个参数的曲线，说明各个参数的变化情况，并根据曲线进行比较分析得出结论。
本设计建立了简单电力系统，并对其重要参数进行分析比较，得出了三相短路是最严重的短路，其次依次是两相接地短路、单相短路和两相短路；系统越复杂则稳定性越好；阻抗越小则电网强度越大等结论。
关键词：电力系统；暂态；短路；PSCAD/EMTDC
Power system fault analysis and simulation
Abstract
he electrical power system normal operation destruction is mostly caused by the short circuit failure. For example, the great short-circuit current enable the element mangle, the voltage to plummet creates the system solution crack even collapse, interfere to periphery equipment and so on. When the short circuit occurs, condition of the system from one change to another, and concomitance has the complex electromagnetism transition condition phenomenon. Therefore it is necessity to carry on the analysis to the electrical power system of electromagnetism transition condition.
This design uses the PSCAD software establishing electrical power system model, including: Transformer model, synchronous generator model, transmission line model, load model and so on. Each model builds in together, thus obtains the simulation model which corresponds with the mathematical model. Carry on the analog computation using EMTDC, and obtain each parameter curve, explain the change situation of each parameter, and carry on the comparative analysis according to the curve to draw the conclusion.
This design has established the simple electrical power system and carries on the analysis comparison to its important parameter, educe the conclusions that the three-phase short circuit is the most serious short circuit, in turn next is two docking short circuits, the single-phase short circuit and two short-circuits; The electrical power system is intricater then the stability is better; The impedance is smaller then the electrical network intensity is bigger and so on
Keywords：Electrical power system；transient；Short circuit；PSCAD/EMTDC
目录
摘要 ......................................................................................................................................... I Abstract ...................................................................................................................................... II 引言 (1)
第一章电力系统分析 (1)
1.1电力系统分析简介 (1)
1.2电力系统稳态分析 (1)
1.3电力系统故障分析 (1)
1.4电力系统暂态分析 (2)
第二章电力系统故障的类型 (3)
2.1 基本概念 (3)
2.1.1短路产生的原因 (3)
2.1.2 短路的后果 (3)
2.2 短路故障类型 (4)
2.2.1 三相短路 (4)
2.2.2 两相短路接地 (8)
2.2.3 两相短路 (10)
2.2.4 单相短路 (11)
第三章PSCAD/EMTDC软件 (15)
3.1 PSCAD/EMTDC软件功能简介 (15)
3.1.1 PSCAD/EMTDC软件简介 (15)
3.1.2 PSCAD／EMTDC功能简介 (15)
3.1.3 PSCAD／EMTDC主要特点 (16)
3.2 PSCAD/EMTDC模块介绍 (17)
3.2.1 文件管理系统 (17)
1.建模(DRAFT)模块 (18)
3.运行(RUN TIME)模块 (18)
第四章电磁暂态数学模型的建立 (20)
4.1 输电线数学模型的建立 (20)
4.1.1 输电线数学模型 (20)
4.1.2 输电线模型建立 (23)
4.2 同步发电机数学模型的建立 (24)
4.2.1 同步发电机数学模型 (24)
4.2.2 同步机模型建立 (30)
4.3 变压器数学模型的建立 (31)
4.3.1 变压器数学模型 (31)
4.4 电力系统数学模型的建立 (36)
4.4.1 电力系统数学模型 (36)
4.4.2 电力系统模型的建立 (37)
5．1 三相短路故障仿真 (38)
5.2两相短路接地故障仿真 (41)
5.3 两相短路故障仿真 (44)
5.4 单相短路故障仿真 (47)
5.5 仿真结果分析 (51)
5.5.1 分析各种短路的相同点和区别 (51)
5.5.2阻抗对电网强度的影响 (52)
5.6故障引起的过电压的影响分析 (52)
5.6.1跳闸于非故障线路的过电压 (52)
5.6.2跳闸于故障线路的过电压 (54)
5.6.3总结 (55)
5.7改善系统的运行方式 (55)
5.7.1励磁系统 (56)
结论 (56)
参考文献 (57)
致谢 (58)
引言
电力工业是国民经济发展的基础工业。随着经济建设的发展，发电设备的容量也在相应增大。为了更好的保证安全运行，经济运行，并保证电能质量，我们应该考虑任何电力系统故障的情况，并加以研究。
电力系统正常运行的破坏多半是由短路故障引起的。在供电系统中，短路冲击电流会使两相邻导体间产生巨大的电动力，使元件损坏；大的短路电流将使导体温度急剧上升，会使元件烧毁；阻抗电压大幅下降，影响系统稳定性。发生短路时，系统从一种状态变到另一种状态，并伴随产生复杂的电磁暂态现象。所以有必要对电力系统电磁暂态进行研究。
本设计利用PSCAD软件建立了简单电力系统的仿真模型。简单电力系统模型包括：同步发电机模型、负荷模型等。
通过此次设计进一步巩固和加强了四年来所学的知识，并得到了实际工作经验。设计中查阅了大量的相关资料，努力做到有据可循。在设计中逐步掌握了查阅，运用资料的能力，总结了四年来所学的电力工业的相关知识，为日后的工作打下了坚实的基础。
由于我在知识条件等方面的局限，仍存在许多不足，但在指导老师和学院大力支持和帮助下，已有相当大的改进，在此表示衷心的感谢。
第一章第一章电力系统分析
1.11.1电力系统分析简介
运用数字仿真计算或模拟试验的方法，对电力系统的稳态方式和受到扰动后的暂态行为进行考察的分析研究。对规划、设计的电力系统，通过电力系统分析，可选择正确的系统参数，制定合理的电力系统方案；对运行中的电力系统，借助电力系统分析，可确定合理的运行方式，进行系统事故分析和预想，提出防止和处理事故的技术措施。电力系统分析包括稳态分析、故障分析和暂态分析三方面内容。
1.21.2电力系统稳态分析
主要研究电力系统稳态运行方式的性能，包括系统有功功率和无功功率的平衡，网络节点电压和支路功率的分布等，解决系统有功功率和频率调整，无功功率和电压控制问题。
潮流计算是进行电力系统稳态分析的主要方法。潮流计算的结果可以给出电力系统稳态运行方式下各节点电压相量和各支路功率分布。通过调整系统运行方式的给定条件，进行必要的潮流计算，可以研究并从中选择经济上合理、技术上可行、安全可靠的正常方式，及时发现电力网元件如变压器和线路过负荷、母线电压越限等异常工况并做出适当处理。潮流计算还给出电力网的功率损耗，便于进行网损分析，并进一步制定降低网损的措施。潮流计算还可用于电力系统事故预想，通过模拟发电厂、线路、变压器等元件的开断，分析其引起潮流分布的相应改变，确定事故影响的程度和防止事故扩大的措施。潮流计算也用于输电线路工频过电压研究和调相、调压分析，为确定超高压线路并联补偿容量、变压器可调分接头设置、发电机额定功率因数等系统规划设计的主要参数以及线路绝缘水平提供部分依据。潮流计算还是考虑负荷电流的短路电流计算和稳定计算的基础，为这些计算提供初始运行方式【1】。
1.31.3电力系统故障分析
主要研究电力系统中发生单一或多重故障时，故障电流、电压及其在电力网中的分布。
短路电流计算是故障分析的主要内容。短路电流计算的目的，是通过计算短路电流
大小，确定短路故障的严重程度，选择电气设备参数，整定继电保护，分析系统中正序、负序及零序电流的分布，从而确定其对电气设备和系统的影响等。
电力系统可能发生多重复杂故障的异常工况，如输电线路一点单相接地，同时一侧断路器单相跳开即是一种同时发生的二重复杂故障。复杂故障短路电流的计算对分析电力系统事故、校验继电保护装置整定、分析系统中故障电流的分布等有重要作用【3】。
1.41.4电力系统暂态分析
主要研究系统受到扰动后电磁和机电暂态过程，包括电磁暂态和机电暂态过程。
电磁暂态过程的分析。主要研究电力系统故障和操作过电压及谐振过电压，一次与二次系统相互作用的控制暂态过程，以及电力电子设备的快速暂态过程，为变压器、断路器等高压电气设备和输电线路的绝缘配合和过电压保护的选择，降低或限制电力系统过电压技术措施的制定，以及电力电子控制设备的设计提供依据【4】。
机电暂态过程分析。主要研究电力系统受到大扰动后的暂态稳定和受到小扰动后的静态稳定性能。其中暂态稳定分析是研究电力系统受到诸如短路故障，切除或投入线路、发电机、负荷，发电机失去励磁或者冲击性负荷等大扰动作用下，电力系统的动态行为和保持同步稳定运行的能力。为选择规划设计中电力系统的网络结构，校验和分析运行中电力系统的稳定性能和稳定破坏事故，制定防止稳定破坏的措施提供依据。静态稳定分析是研究电力系统受到小扰动后的稳定性能，为确定输电系统的输送功率，分析静态稳定破坏和低频振荡事故的原因，选择发电机励磁调节系统、电力系统稳定器和其他控制调节装置的型式和参数提供依据。
第二章第二章电力系统故障的类型
2.12.1 基本概念
①短路是电力系统的严重故障。所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地之间（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。几种短路的简略记号：
表2-1 短路记号
短路类型示意图代表符号
三相短路
二相短路
单相短路
二相短路接地
F（3）F（2）F（1）F（1.1）
②断相故障：电力系统一相断开或两相断开的情况，属于不对称性故障。断相种类：一相断开和两相断开。
③复杂故障: 电力系统的不同地点（两处或两处以上）同时发生不对称故障的情况。
2.1.12.1.1短路产生的原因
产生短路的原因很多，主要有如下几个方面：①元件损坏，例如绝缘材料的自然老化，设计、安装及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的动作，架空线路由于大风或导线履冰引起电杆倒塌等；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；
④其他，例如挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。
2.1.22.1.2 短路的后果
随着短路类型、发生地点和持续时间的不同，可能威胁整个系统的安全运行。短路
的后果一般有以下的几个方面：①短路故障使短路点附近的支路中出现比正常值大许多倍的电流，由于短路电流的电动力效应，导体间将产生很大的机械应力，可能使导体和它们的支架遭到破坏。②短路电流使设备发热增加，短路持续时间较长时，设备可能过热以致损坏。③短路时系统电压大幅度下降，对用户影响很大。系统中最主要的电力负荷是异步电动机，它的电磁转矩同端电压的平方成正比，电压下降时，电动机的电磁转矩显著减小，转速随之下降。当电压大幅度下降时，电动机甚至可能停转，造成产品报废，设备损坏等严重后果。④当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并列运行的发电厂可能失去同步，破坏系统稳定，造成大片地区停电。这是短路故障的最严重后果。⑤发生不对称短路时，不平横电流能产生足够的磁通在临近的电路内感应出很大的电动势，这对于架设在高压电力线路附近的通讯线路或铁道讯号系统等会产生严重的影响。
2.22.2 短路故障类型
在三相系统中，三相同时短接的情况称为三相短路。由于各相阻抗相同，三相对称，所以又称为对称短路。电力系统在同一地点所发生的不对称短路有：两相短路、两相接地短路和单相接地短路。在发生此类短路时，三相系统将处于不对称状态。
2.2.12.2.1 三相短路
1.电力系统节点方程的建立
利用节点方程作故障计算，需要形成系统的节点导纳（或阻抗）矩阵。首先根据给定的电力系统运行方式制订系统的等值电路，并进行各元件标幺值参数的计算，然后利用变压器和线路的参数形成不含发电机和负荷的节点导纳矩阵Y N。
发电机作为含源支路通常表示为电势源E i与阻抗Z i的串联支路，接于发电机端节点i和零电位点之间，电势源E i的施加点I’称为电势源节点，而支路的端节点i则为无源节点。在建立节点方程时，经常将发电机支路表示为电流源I i和导纳y i的并联组合，电流源I i的注入点i称为电流源节点，而节点I’则成为零电位点（短路点）。接入发电机支路后，Y N阵中与机端节点i对应的对角线元素应增加发电机导纳y i。
有源支路用电流源表示时，最终形成的系统节点导纳矩阵Y和Y N阵同阶。在需要利用已知电势进行短路计算时，是否需要增设电势源节点并相应扩大导纳矩阵的阶次，这取决于所选用的求解方法。
节点的负荷在短路计算中一般作为节点的接地支路并用恒定阻抗表示，其数值由短
路前瞬间的负荷功率和节点实际电压算出，即
Z LD.K = V 2K /S *LD.K 或 y LD.K =S *LD.K / V 2
K （2-1）
节点K 接入负荷，相当于在Y N 阵中与节点k 对应的对角元素中增加负荷导纳y LD.K 。 最后形成包括所有发电机支路和负荷支路的节点方程如下
。
。
。I V Y = （2-2）
式中，Y 阵与Y N 阶次相同，其差别只在于Y N 阵不含发电机和负荷；节点电流向量I 中只有发电机端节点的电流不为零。有非零电流源注入的节点称为有源节点。
系统中的同步调相机可按发电机处理。在进行起始次暂态电流计算时，大型同步电动机、感应电动机以及以电动机为主要成分的综合负荷，特别是在短路点近处的这些负荷，必要时也可以用有源支路表示，并仿照发电机进行处理。
在电力系统短路电流计算的工程计算中，许多实际问题的解决并不需要十分精确的结果，于是产生了近似计算的方法。在近似算法中主要是对系统元件模型和标幺参数计算作了简化处理。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，负荷忽略不计或只作近似估计。在标幺参数计算方面，选取各级平均额定电压作为基准电压时，忽略各元件的额定电压和相应电压级平均额定电压的差别，认为变压器变比等于其对应侧平均额定电压之比，即所有变压器的标幺变比都等于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。 2.利用节点阻抗矩阵计算短路电流
假如系统中的节点f 经过渡阻抗Z f 发生短路。这个过程阻抗Z f 不参与形成网络的节点导纳（或阻抗）矩阵。
保持故障处边界条件不变，把网络原有部分同故障支路分开。容易看出，对于正常状态的网络而言，发生短路相当于在故障节点f 增加了一个注入电流I f 。因此，网络中任一节点i 的电压可表示为
I
Z I Z V
f
if
j
G
j ij
i
-∑∈=
（2-3）
式中，G 为网络内有源节点的集合。
由式（2-3）可见，任一节点i 的电压都由两相跌加而成。第一项是∑符号下的总合，它表示当0.
=f I 时由网络内所有电源在节点i 产生的电压，也就是短路前瞬间正常运行
状态下的节点电压，这是节点电压的正常分量，记为V
(0)。第二项是当网络中所有电流源都断开，电势源都短接时，仅仅由短路电流f I .
在节点i 产生的电压，这就是节点电压的故障分量。上述两个分量的叠加，就等于发生短路后节点i 的实际电压，即
f if f f I Z V V .
)
0(..
-= （2-4） 公式（2-4）也适用于故障点f ，于是有
f ff f f I Z V V .
)
0(..
-= （2-5） 式中，j ij G
j f
I Z V
.
)0(.∈∑=是短路前故障点的正常电压；ff Z 是故障节点f 的自阻抗，也称输
入阻抗。方程式（2-4）也可以根据戴维南定理直接写出。方程式（2-4）含有两个未知量f V .
和f I .
，需要根据故障点的边界条件再写出一个方程才能求解。这个条件是
0.
.=-f f f I z V （2-6） 由方程式（2-4）和（2-5）可解出
f
ff f
f z Z V
I +=)0(..
（2-7）
而网络中任一节点的电压
)
0(.)
0(..
f f
ff if i i V z Z Z V V +-= （2-8）
任一支路电流
pq
q
p pq z V V k I .
..
-=
（2-9） 对于非变压器支路，令k =1即可。从计算公式（2-7）和（2-8）可以看到，式中所用到的阻抗矩阵元素都带有列标f 。这就是说，如果网络在正常状态下的节点电压为已知，为了进行短路计算，只须利用节点阻抗矩阵中与故障点f 对应的一列元素。因此，尽量是采用了阻抗型的节点方程，但是并不需要作出全部阻抗矩阵。在短路的实际计算中，一般只需形成网络的节点导纳矩阵，并根据具体要求，求出阻抗矩阵的某一列或某几列元素即可。
在不要求精确计算的场合，可以不计负荷电流的影响。在形成节点导纳矩阵时，所
有节点的负荷都略去不计，短路前网络处于空载状态，各节点电压的正常分量的标幺值都取作等于1，这样，公式（2-7）和（2-8）便分别简化成
f
ff z Z I +=
1
.
（2-10）
f
ff if i z Z Z V +-
=1.
（2-11）
金属性短路时0=f z ，因此只要知道节点阻抗矩阵的相关元素就可以做短路计算了。 3．利用电势源对短路点转移阻抗计算短路电流
在电力系统短路的实际计算中，有时需要知道各电源提供的短路电流，或者按已知的电源电势直接计算短路电流。在这种情况下，电势源对短路点的转移阻抗就是一个很有用的概念。对于一个多源的线性网络，根据叠加原理总可以把节点f 的短路电流表示成
∑∈=G
i fi i f z E I .
.
（2-12）
式中，G 是有源支路的集合，i E .
为第i 个有源支路的电势，fi z 便称为电势源i 对短路点f 的转移阻抗。根据公式（2-12），当网络中只有电势源i 单独存在，其他电源电势都等于零时，电势i E .
与短路点电流fi I .
之比即等于电源i 对短路点f 的转移阻抗fi z ，也就是电势源节点I’和短路点f 之间的转移阻抗；电势i E .与电源支路m 的电流mi I .
之比即等于电源i 和电源m 之间的转移阻抗mi z ，也就是电势源节点I’和电势源节点m’之间的转移阻抗。
利用节点阻抗矩阵可以方便地计算转移阻抗。当电势源i E .
单独存在时，相当于在节点i 单独注入电流i i i z E I .
.
=，这时在节点f 将产生电压i fi fi I Z V .
)
0(.=，若将节点f 短路，便有电流ff fi fi Z V I )
0(..
=。于是可得
i fi
ff fi
i fi z Z Z I E z =
=
.
.
（2-13）
同理可以得到电势源i 和电势源m 之间的转移阻抗为
im m i im Z z z z = （2-14）
通过电流分布系数计算转移阻抗也是一种实用方法。对于多电源系统，令所有电源电势都等于零，只在节点f 接入电势.E ，使产生电流ff f z E I .
.=。这时各电源支路电流对电流f I .
之比便等于该电源支路对节点f 的电流分布系数。电源i 的电流分布系数为f i i I I c .
.
= ,电流分布系数也可以利用节点阻抗矩阵进行计算。
节点f 单独注入电流-f I .
时，第i 个电势源支路的端节点i 的电压为f if if I Z V .
.-=，而该电源支路的电流为
i i i z V I ..
-=。由此可得
i
if f
i i z Z I I c =
=
.
.
（2-15）
对照公式（2-13），计及fi if Z Z =，这样便可得到计算转移阻抗的又一个公式
i
ff fi c Z z =
（2-16）
电流分布系数是说明网络中电流分布情况的一种参数，它只同短路点的位置、网络的结构和参数有关。对于确定的短路点网络中的电流分布是完全确定的。不仅电源支路，而且网络中所有支路都有确定的电流分布系数。若令电势.
E 的标幺值与ff Z 的标幺值相等，便有1.
=f I ，各支路电流标幺值即等于该支路的电流分布系数。分布系数实际上代表电流，它是有方向的，并且符合节点电流定律。 在PSCAD 中的三相短路设置：
r )))71(
图2.1 三相短路设置图
2.2.2
2.2.3 2.2.2 两相短路接地
B 和
C 相短路接地。故障处的三个边界条件为0,0,0.
..===fc fb fa V V I ,这些条件同单
相短路的边界条件极为相似，只要把单相短路边界条件式中的电流换为电压，电压换为电流就是了。
用序量表示边界条件为
)
3(.
)
2(.
)
1(.
)3(.
)2(.
)
1(.
fa fa fa fa fa fa V
V
V
I
I
I ===++ （2-17）
根据边界条件可得
)
3()2()1(0
.)1(.
//(ff ff ff f
fa X
X X j V I += （2-18）
以及
)
1(.
)
0()2()0()2()
3(.
)
2(.
)
1(.
)
1(.
)
0()2()2()0(.)
1(.
)
0()2()0()
2(.fa ff ff ff ff fa fa fa fa ff ff ff fa fa ff ff ff fa I
X X X X j
V
V
V
I X X X I I
X X X I
+===+-
=+-
= （2-19）
短路点故障相的电流为
)
1(.
)
0()2()0(2
)2(2)0(.
)2(.2)1(..)
1(.
)
0()2()0()2(2
)0(.
)2(.)1(.2
.
)()(fa ff ff ff ff fa fa fa fc fa ff ff ff ff fa fa fa fb I X X X a X a I I a I a I I X X aX X a I I a I a I ++-
=++=++-
=++= （2-20）
根据上式可以求得两相短路接地时故障相电流的绝对值为
)1(2
)2()0()2()0()
1.1()(13fa ff ff ff ff fc fb f
I X X X X I I I
+-
=== （2-21）
短路点非故障相电压为
)1(.
)
0()2()0()2()1(.
.33fa ff ff ff ff fa fa I X X X X j
V V +== （2-22）
在PSCAD 中的两相短路接地设置：
r )71
(
图2.2 两相短路接地设置图
2.2.4 2.2.3 两相短路
B 相和
C 相短路。故障处的三个边界条件为fc
fb
fc
fb fa V
V
I
I
I .
.
..
.
.
,0,0==+=,用对称分
量表示为
)
0(.
)
2(.
2
)
1(.
)
0(.
)
2(.
)
2(.2)0(.
)2(.2
)1(.
)0(.)2(.)1(.2
)0(.
)2(.
)1(.
00
fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa V
V
a V
a V
V
a V
a I I a I a I I a I a I I I ++=++=+++++=++
（2-23） 整理后可得
)
2(.
)
1(.)2(.
)1(.)0(.
00
fa fa fa fa fa V
V
I I I ==+=
（2-24）
根据这些条件，我们可用正序网络和负序网络组成两相短路的复合序网。因为零序电流等于零，所以复合序网中没有零序网络。 利用这个复合序网可以求出
)
()2()1()0(.)1(.
ff ff f
fa X X j V
I +=
（2-25）
)
1(.
)2()2(.)2()
2(.
)
1(.)1(.
)2(.
fa ff fa ff fa fa fa fa I jX I jX V
V
I I =-==-=
（2-26）
短路点故障相的电流为
)
1(.
.
.
)1(.
)1(.2
)0(.
)2(.)1(.2
.
33)(fa fb fc fa fa fa fa fa fb I j I I I j I a a I I a I a I =-=-=-=++=
（2-27）
B 、
C 两相电流大小相等，方向相反。它们的绝对值为
)1()2(3fa fc fb f I I I I === （2-28）
短路点各相对地电压为
fa
fa fb
fc
fa
fa fa fa fa fb
fa ff fa fa fa fa fa
V
V
V
V
V
V
V
V
a V a V
I X j V
V
V
V
V
.)
1(...
.)
1(.
)
0(.
)
2(.
)
1(.
2.
)
1(.
)2()
1(.
)
0(.
)
2(.
)1(.
.2
12
122-=-==-=-=++===++=
（2-29）
可见，两相短路电流为正序电流的3倍；短路点非故障相电压为正序电压的两倍，而故障相电压只有非故障相电压的一半而且方向相反。在PSCAD 中的两相短路设置：
图2.3 两相短路设置图
2.2.5 2.2.4 单相短路
单相短路接地时，故障处的三个边界条件为0,0,0.
..===fc fb fa V V I ，用对称分量表示为
00
)0(.
)2(.
2)1(.
)0(.
)2(.
)1(.
2)0(.
)
2(.
)1(.=++=++=++fa fa fa fa fa fa fa fa fa I I a I a I I a I a V
V
V
经过整理后便得到序量表示的边界条件为
)
0(.
)2(.
)1(.)
0(.
)
2(.
)
1(.0
fa fa fa fa fa fa I I I V
V
V
===++ （2-30）
联立方程组 )
0(.
)0(.)0()
2(.
)2(.
)2()
1(.
)1(.)1(.fa fa ff fa fa ff fa fa ff eq V
I jX V
I jX V
I jX E =-=-=- （2-31）
及（2-30）可得
)
()0()2()1()
0(.)1(.
ff ff ff f
fa X X X j V I ++=
（2-32）
公式（2-32）是单相短路计算的关键公式。短路电流的正序分量一经算出，根据边界条件（2-30）和方程式（2-31），即能确定短路点电流和电压的各序分量
)
1(.
)0()
0(.)1(.
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2(.
)
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)0()2()1(.)1()0(.)
1(.
)
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)0(.
)2(.
)(fa ff fa fa ff fa fa ff ff fa ff f
fa fa fa fa I jX V
I jX V I X X j I jX V
V I I I -=-=+=-=== （2-33）
电压和电流的各序分量，也可以直接应用复合序网来求得。根据故障处各序量之间的关系，将各序网络在故障端口联接起来所构成的网络称为复合序网。与单相短路的边界式（2-30）相适应的复合序网。用复合序网进行计算，可以得到与以上完全相同的结果。 利用对称分量的合成算式，可得短路点故障相电流
)1(.
)0(.)2(.)1(..)
1(.3fa fa fa fa fa f I I I I I I =++== （2-34） 或 )
(3)0()2()1()
0(.)
1(.ff ff ff f
f X X X j V I ++=
（2-35）
由上式可见，单相短路电流是由短路点的各序输入电抗之和限制。)1(ff X 和)2(ff X 的大小与短路点对电源的电气距离有关，)0(ff X 则与中性点接地方式有关。通常)2()1(ff ff X X ≈，当)1()0(ff ff X X <时，单相短路电流将大于同一点的三相短路电流。 短路点非故障相的对地电压
)
1(.
)0()2(2)
2(.
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.
)1(.
)0(2
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0(.
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)
1(.
2
.
])1()[(])1()[(fa ff ff fa fa fa fc fa ff ff fa fa fa fb
I X a X a a j V
V
a V
a V
I X a X a a j V V
a V a V -+-=++=-+-=++= （2-36）
选取正序电流)1(.
fa I 作为参考向量，可以作为短路点的电流和电压向量图。
)0(.fa I 和)2(.
fa I 都与)1(.fa I 方向相同、大小相等，)
1(.
fa V 比)1(.fa I 超前90°，而)
2(.
fa V
和)
0(.
fa V
都要比)1(.
fa I 落后
90°。
非故障相电压fb
V
.和fc V .
的绝对值总是相等，其相角V θ与比值)2()0(/ff ff X X 有关。当
)0(→ff X 时，相当于短路发生在直接接地的中性点附近，0)
0(.≈fa V ，fb
V
.
与fc V .
正好
反相，即0180=V θ，电压的绝对值为
)
0(2
3f V 。当∞→)0(ff X 时，即为不接地系统，单相短路电流为零，非故障相电压即等于故障前正常电压，夹角为120°。 在PSCAD 中的单相短路设置：
图2.4 单相短路设置图
电力系统故障的智能诊断综述
智能电网技术及装备专刊·2010年第8期 21 电力系统故障的智能诊断综述 李再华1 刘明昆2 （1.中国电力科学研究院，北京 100192；2.北京供电公司海淀供电分公司，北京 100086） 摘要 电力系统是人类制造的最复杂的系统，故障诊断是现代复杂工程技术系统中保障其可靠运行的非常重要的手段，故障的智能诊断是该领域的热点和难点。本文综述了电力系统故障的智能诊断技术的发展现状，总结了几种常用的智能技术在故障诊断应用中存在的若干问题以及解决这些问题的相关新技术。最后，展望了智能诊断技术的发展趋势：以专家系统为基础，融合其他先进的智能技术，以提高诊断的速度和准确度，及其对电力系统发展的适应性，逐步实现在线诊断。 关键词：电力系统；智能故障诊断；专家系统；发展趋势 Review of Intelligence Fault Diagnosis in Power System Li Zaihua 1 Liu Mingkun 2 （1.China Electric Power Research Institute ，Beijing 100192； 2. Haidian branch Company, Beijing Power Supply Company, Beijing 100086） Abstract Power system is the most complex system by man-made in the world, fault diagnosis is a kind of very important methods to ensure the reliable operation of modern complex engineering system. Intelligence fault diagnosis (IFD) is the hot and difficult subject in this field. The paper reviews the actual state of development of IFD in power system, and then summarizes some existing problems in application and new relation technology to resolve these problems. IFD technologies include expert system (ES), artificial neural network (ANN), decision-making tree (DT), data mining (DM), fuzzy theory (FT), Petri network (PN), support vector machine(SVM), bionic theory (BT), etc. To adopt these kinds of methods synthetically is very helpful to improve the intelligence of ES. At last, development trends of IFD are expected: based on ES, integrates with other advanced intelligence technologies, to heighten the speed and accuracy of fault diagnosis, and the adaptability to the development of power system, so as to realize online IFD gradually. Key words ：power system ；intelligence fault diagnosis ；expert system ；development trend 1 引言 电网的发展和社会的进步都对电网的运行提出了更高的要求，加强对电网故障的诊断处理显得尤为重要。随着计算机技术、通信技术、网络技术等的发展，采用更为先进的智能技术来改善故障诊断系统的性能，具有重要的研究价值和实际意义。 故障的智能诊断技术也被称为智能故障诊断技 术，包括专家系统（Expert System ，ES ）、人工神 经网络（Artificial Neural Network ，ANN ）、决策树（Decision Tree ，DT ）、数据挖掘（Data Mining ， DM ）、模糊论（Fuzzy Theory ，FT ）、Petri 网理论（Petri Network Theory ，PNT ）、支持向量机（Support Vector Machine ，SVM ）、仿生学理论（Bionics Theory ，BT ）的应用等，其中前四种技术得到了较多的研究，相对比较成熟和常用。本文对电力系统故障诊断领域的智能诊断技术的发展现状以及存在的问题进行综述，并对解决相关问题的方法进行了总结。 2 智能故障诊断技术发展现状 美国是对故障诊断技术进行系统研究最早的国家之一，1961年美国开始执行阿波罗计划后，出现了一系列设备故障，促使美国航天局和美国海军积
实验二 电力系统故障仿真分析
实验二电力系统故障仿真分析 1、实验目的 1）能熟练运用计算机对不同的短路故障进行仿真； 2）能够分析各种短路故障下电压电流的变化过程； 3）掌握不对称短路的分析方法； 2、预习要求 复习《电力系统分析》中电力系统故障分析的相关内容，了解电力系统短路故障时的电磁暂态过程。 3、实验内容及步骤 利用实验一建成的系统模型，完成以下实验内容：（故障开始时间均为0.4，故障持续时间1s） 1）在AB段任选一处设单相接地故障，在过渡电阻分别为0、50欧、100欧和200欧时，仿真并记录故障点的三相电压电流波形。 2）在AB段首端10km处、AB段200km处及BC段末端10km处分别设单相接地故障，过渡电阻分别为0，仿真并记录故障点的三相电压电流波形。（对传输线重新分段） 3）同时在AB段，BC段任选一处设相间接地短路，过渡电阻为0，仿真并记录两个故障点的三相电压电流波形； 4）同时在AB段，AD段任选一处设相间短路，等效过渡电阻为0，仿真并记录两个故障点的三相电压电流波形； 实验仿真结果： 故障开始时刻：0.4s；故障持续时间：1.0s；仿真时间1.6s。 1、单相接地故障发生在线路AB的中点： 过渡电阻为0Ω，点A处的电压、电流波形
（2）过渡电阻为50Ω，点A处的电压、电流波形 （3）过渡电阻为100Ω，点A处的电压、电流波形
（4）过渡电阻为200Ω，点A处的电压、电流波形 2、过渡电阻为0时，单相接地故障发生在不同位置： （1）距AB段首端10km处，点A处的电压、电流波形
（2）距AB段首端200km处，点A处的电压、电流波形 （3）距BC段末端10km处，点B处的电压、电流波形
电力系统建模及仿真课程设计
某某大学 《电力系统建模及仿真课程设计》总结报告 题目：基于MATLAB的电力系统短路故障仿真于分析 姓名 学号 院系 班级 指导教师
摘要：本次课程设计是结合《电力系统分析》的理论教学进行的一个实践课程。 电力系统短路故障，故障电流中必定有零序分量存在，零序分量可以用来判断故障的类型，故障的地点等，零序分量作为电力系统继电保护的一个重要分析量。运用Matlab电力系统仿真程序SimPowerSystems工具箱构建设计要求所给的电力系统模型，并在此基础上对电力系统多中故障进行仿真，仿真波形与理论分析结果相符，说明用Matlab对电力系统故障分析的有效性。实际中无法对故障进行实验，所以进行仿真实验可达到效果。 关键词：电力系统；仿真；短路故障；Matlab；SimPowerSystems Abstract: The course design is a combination of power system analysis of the theoretical teaching, practical courses. Power system short-circuit fault, the fault current must be zero sequence component exists, and zero-sequence component can be used to determine the fault type, fault location, the zero-sequence component as a critical analysis of power system protection. SimPowerSystems Toolbox building design requirements to the power system model using Matlab power system simulation program, and on this basis, the power system fault simulation, the simulation waveforms with the theoretical analysis results match, indicating that the power system fault analysis using Matlab effectiveness. Practice can not fault the experiment, the simulation can achieve the desired effect. Keywords: power system; simulation; failure; Matlab; SimPowerSystems - 1 - 目录 一、引言 ............................................ - 3 -
初中物理电路故障分析--珍藏版
一、初中物理电路故障分析 1、电压表示数为零的情况 A 电压表并联的用电器发生短路 (一灯亮一灯不亮，电流表有示数) B 电压表串联的用电器发生断路 (两灯都不亮，电流表无示数) C 电压表故障或与电压表连线发生断路 (两灯都亮，电流表有示数) 2、电压表示数等于电源电压的情况 A 电压表测量的用电器发生断路 （两灯都不亮，电流表无示数） 注：此时不能把电压表看成断路，而把它看成是一个阻值很大的电阻同时会显示电压示数的用电器，由于电压表阻值太大，根据串联电路分压作用，电压表两端几乎分到电源的全部电压，电路中虽有电流但是很微弱，不足以使电流表指针发生偏转，也不足以使灯泡发光。如果题目中出现“约”、“几乎”的字眼时，我们就锁定这种情况。 B 电路中旁边用电器发生短路 （一灯亮一灯不亮，电流表有示数） 总结：如图，两灯泡串联的电路中，一般出现的故障问题都是发生在用电器上，所以通常都有这样一个前提条件已知电路中只有一处故障，且只发生在灯泡L1或L2上。 若两灯泡都不亮，则一定是某个灯泡发生了断路，如果电压表此时有示数，则一定是和电压表并联的灯泡发生了断路，如果电压表无示数，则一定是和电压表串联的灯泡发生了断路。此两种情况电流表均无示数。 若一个灯泡亮另一个灯泡不亮，则一定是某个灯泡发生了短路，如果电压表此时有示数，则一定是和电压表串联的灯泡发生了短路，如果电压表此时无示数，则一定是和电压表并联的灯泡发生了短路。此两种情况电流表均有示数 3、用电压表电流表排查电路故障 A、用电压表判断电路故障，重要结论：电压表有示数说明和电压表串联的线路正常，和电压表并联的线路有故障。若电路中只有一处故障则电压表无示数时，和电压表并联的线路一定正常。
基于Matlab的电力系统故障研究仿真
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。
基于MATLAB的电力系统短路故障的仿真报告
《电力系统建模及仿真课程设计》 总结报告 课题名称基于MATLAB的电力系统短路故障的仿 真与分析 姓名 学号 院系 班级 指导教师
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 Simulation and Analysis of Power System Short Circuit Fault Based on Matlab Zhang Jun-yue College of Physics and Electronic Information Electrical Engineering and Automation No: 070544037 Tutor: Wu Yan 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.
基于MATLAB的电力系统仿真
《电力系统设计》报告题目: 基于MATLAB的电力系统仿 学院：电子信息与电气工程学院 班级: 13级电气 1 班 姓名:田震 学号: 日期：2015年12月6日 基于MATLAB的电力系统仿真 摘要：目前，随着科学技术的发展和电能需求量的日益增长，电力系统规模越来 越庞大，超高压远距离输电、大容量发电机组、各种新型控制装置得到了广泛的应用，这对于合理利用能源，充分挖掘现有的输电潜力和保护环境都有重要意义。另一方面，随着国民经济的高速发展，以城市为中心的区域性用电增长越来越快，大电网负荷中心的用电容量越来越大，长距离重负荷输电的情况日益普遍，电力系统在人们的生活和工作中担任重要角色，电力系统的稳定运行直接影响着人们的日常生活。从技术和安全上考虑直接进行电力试验可能性很小，因此迫切要求运用电力仿真来解决这些问题。 电力系统仿真是将电力系统的模型化、数学化来模拟实际的电力系统的运行，可以帮助人们通过计算机手段分析实际电力系统的各种运行情况，从而有效的了解电力系统概况。本文根据电力系统的特点，利用MATLAB的动态仿真软件Simulink搭建了无穷大电源的系统仿真模型，得到了在该系统主供电线路电源端发生三相短路接地故障并由故障器自动跳闸隔离故障的仿真结果，并分析了这一暂态过程。通过仿真结果说明MATLAB 电力系统工具箱是分析电力系统的有效工具。 关键词：电力系统；三相短路；故障分析；MATLAB仿真 目录 一．前言.............................................. 二．无穷大功率电源供电系统仿真模型构建............... 1.总电路图的设计......................................
电力系统故障诊断专家系统
电力系统故障诊断专家系统 李向峰 （哈尔滨工程大学信息与通信工程工程学院，黑龙江哈尔滨１５０００１）摘要:针对电力系统故障诊断问题存在的大量不确定性，提出了将模糊集和模糊推理方法结合专家系统进行故障诊断的新方案。同时，尝试将分布式问题求解方法用于电力系统故障诊断问题，开发了基于模糊推理的分布式电力系统故障诊断专家系统。为方便用户使用，开发了图形建模和模糊知识学习平台，以及故障信息管理系统通过在某地区电网的测试表明，所提方案具有准确的诊断结果和很好的实用性关键词:故障诊断;模糊推理;专家系统;分布式问题求解;故障信息管理。 关键词:故障诊断; 模糊推理; 专家系统; 分布式问题求解; 故障信息管理 Power System Fault Diagnosis Expert System LiXiangfeng (Information and Communication Engineering, Engineering, Harbin Engineering University, Harbin) Abstract: Fault detection system of power exists a lot of uncertainty, the proposed fuzzy sets and fuzzy inference method combines expert system for fault diagnosis of the new program. At the same time, try to distributed problem solving method for power system fault diagnosis, develop a distributed power system fault diagnosis expert system based on fuzzy reasoning. For the convenience of users, the development of graphical modeling and fuzzy knowledge learning platform, and fault information management system through a regional grid in the test shows that the proposed scheme has an accurate diagnosis and good usability Key words: fault diagnosis; fuzzy reasoning; expert system; distributed problem solving; fault information management. Keywords：fault diagnosis; fuzzy inference; expert system; distributed problem solving 1引言 电力系统故障诊断是近年来十分活跃的研究课题之一，人们对此进行了大量研究[1~9]，取得了许多有价值的理论研究成果，提出了多种解决方案，如采用专家系统方法[2，4，6，8]和神经网络方法[4]等. 由于实际运行中用于故障诊断的断路器和保护动作信息存在着大量的不确定性，近年来有学者将模 糊推理方法应用于电力系统故障诊断[3，5~7，9]。但以 前的研究大多集中在理论探讨上，在解决电力系统运行过程中出现的实际问题方面进展不大。现代电网互联规模和运行复杂性越来越大，运行越来越接近极限，一旦发生故障，造成的损失也较以往增大，因此对运行人员迅速准确处理事故的能力的要求进一步提高。电力系统故障自动诊断系统不仅可以成为运行人员在处理事故时的得力助手，还可成为运行人员培训的有力工具。 本文在前期开发的面向对象的电力系统故障 诊断专家系统[8]的基础上，借鉴其他研究成果[3，5~7] 增加了基于模糊集的报警信息处理，不但考虑了开关和保护动作的不确定性，还将故障时电压、电流不同于正常运行时的特征信息用模糊集表示，利用模糊推理来提高诊断结果的准确性和可用性；同时开发了模糊集学习平台，以缓解专家系统知识获取 的难题;利用网络通信技术和分层分布式问题求解 方法，解决电力系统信息分层和应用于实际电力系统故障诊断时出现的问题，提出了两种分层分布式故障诊断问题求解方案，并就其中一种方法进行了
电力系统故障录波数据分析.
研究与开发 年第期 6 电力系统故障录波数据分析 邵玉槐 许三宜 何海祥 丁周方 (太原理工大学电气与动力工程学院,太原 030024 摘要电力系统故障录波数据是电力系统故障分析和保护动作判据的重要依据。本文提出了据电力系统故障录波数据完善了频率分析、谐波分析、故障定位的数学分析方法。采用 java 编程语言完成部分过程的编制工作。同时针对目前双端测距存在的伪根问题,提出了一种新的求解过程。 关键词:电力故系统故障分析;故障录波数据;双端测距 Power System Fault Recorder Data Analysis Shao Y uhuai X u Sa nyi He Haixiang Ding Zhoufang (College of Electrical and Power Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024 Abstr act The power system fault recorder data provides the important basis for fault analysis and protective operating criterion. The paper improved frequency measurement mathematical analysis algorithm and harmonic analysis mathematical
analysis algorithm as well as fault location mathematical analysis algorithm by use of those data. Using java programming language as development tools and accomplish some function. At the same time, the paper proposes a new solving process aiming at false roots in two-terminal fault location. Key words :power system fault analysis ; fault recorder data ; two-terminal fault location 1引言 电力系统故障录波系统是电力系统发生故障及振荡时能自动记录的一种系统或一种装置。近年来, 不同类型的故障录波器已在电力系统中得到广泛应用, 所记录的各种故障录波数据为电力系统故障分析及各种保护动作行为的分析和评价提供了数据来源和依据。 目前,电网调度端已能通过专用网或电话网将电网故障录波数据集中到一起,但如何有效管理和利用这些信息进行必要的故障分析、保护动作行为评价及故障测距等并没有统一的标准 [1]。 2系统总体设计 java 的最大优势就是跨平台,通俗地说可以用于各种操作系统,本系统是以java 为平台开发的基于 IEEE 标准的 COMTRADE 数据格式的面向对象的可视化程序,下面简单说一下设计思路: (1数据采用的格式 目前故障录波器基本上采用 IEEE 的 COMTRADE 标准。每个 COMTRADE 记录都有一组 4个与其相关的文件,其中 CFG 和 DA T 文件有严格的格式,用于存储通道数据和相关解释信息; HDR 没有固定格式。 COMTRADE 文件遵循固定的记录格
电力系统故障分析
1故障类型 电力系统的线路故障总的来说可以分为两大类：横向故障和纵向故障。横向故障是指各种类型的短路，包括三相短路、两相短路、单相接地短路及两相接地短路。三相短路时，由于被短路的三相阻抗相等，因此，三相电流和电压仍是对称的，又称为对称短路。其余几种种类型的短路，因系统的三相对称结构遭到破坏，网络中的三相电压、电流不再对称，故称为不对称短路。运行经验表明，电力系统各种短路故障中，单相短路占大多数，约为总短路故障数的65%，三相短路只占5%～10%。三相短路故障发生的几率虽然最小，但故障产生的后果最为严重，必须引起足够的重视。此外，三相对称短路计算又是一切不对称短路计算的基础。纵向故障主要是指各种类型的断线故障，包括单相断线、两相断线和三相断线。 2对称分量法和克拉克变换 2.1对称分量变换 三相电路中，任意一组不对称的三相相量都可以分解为三组三相对称的分量，这就是所谓的“三相相量对称分量法”。对称分量法是将不对称的三相电流和电压各自分解为三组对称分量，它们是： （1） 正序分量：三相正序分量的大小相等，相位彼此相差2pi/3，相序与系统正常运行方 式下的相同； （2） 负序分量：三相负序分量的大小相等，相位彼此相差2pi/3，相序与正序相反； （3） 零序分量：三相零序分量的大小相等，相位相同。 为了清楚起见，除了仍按习惯用下标a 、b 和c 表示三个相分量外，以后用下标1、2、0分别表示正序、负序和零序分量。设. a F 、. b F 、. c F 分别代表a 、b 、c 三相不对称的电压或电流相量，. 1a F 、. 2a F 、. 0a F 分别表示a 相的正序、负序和零序分量；. 1b F 、. 2b F 、. 0b F 和 .1c F 、.2c F 、. 0c F 分别表示b 相和c 相的正、负、零序分量。 通常选择a 相作为基准相，不对称的三相相量与其对称分量之间的关系为： ..21..2 2..01113111a a a b a c F F a a a a F F F F ???? ??? ? ? ? ?= ? ? ? ? ? ??? ? ????? 式中，运算子120j a e = ，2240j a e = ，且有31a =，2310a a ++=； 我们令 2211111a a S a a ?? ?= ? ??? 称为对称分量变换矩阵。我们有： 120abc F SF = 它的逆
电力系统故障诊断及其处理办法的分析
电力系统故障诊断及其处理办法的分析 发表时间：2017-03-31T10:48:51.030Z 来源：《北方建筑》2016年12月第36期作者：童鑫 [导读] 在各种方法之间扬长避短是我国电力工作者今后对于电力系统故障的主要研究方向。我国对于电力系统故障的诊断还有很长的路要走。 华东送变电工程公司上海 201100 摘要：要保证电力安全稳定运行，必须综合处理好方方面面的事情，任何不规范的行为，在电网运行中都有可能对电网的安全、稳定运行造成不良影响，甚至引发重大事故。本文对电力系统设备常见故障及其特征进行简单分析，并提出有效的诊断和检修措施。 关键词：故障特征；处理办法；分析 1 一般故障的特征以及处理办法 1.1 一般故障的特征 一般故障主要包括PT保险熔断、断线、系统接地、谐振等。在经消弧线圈接地或者不直接接地的小电流接地系统中，这四种故障发生时，中央信号均会发报“10（35kV）系统接地”报文或光字牌，这主要是由于小电流接地系统的母线辅助线圈的开口三角连接着电压继电器，在整个系统三相平衡运行时开口三角电压近似为零。当发生高压保险熔断、系统接地、系统断线、铁磁谐振时，三相电压不平衡，在开口三角电压到达整定值时，电压继电器即开始工作，发出接地信号。仅仅只是以报文或者光字牌尚还不能完全判定故障性质，还应该统筹结合其他的一些现象来判断定。当有一相降低或趋于零，另外的两相超过相电压却小于或者等于线电压者即为接地；当有一相或者两相电压趋于零时，其他两相或一相为相电压者为高压保险熔断；当有一相发生降低，两相升高达到了线电压或者三相均超过了相电压并且有摆动者即为谐振；当有一相发生升高，另外的两相发生降低时即为线路断线。 1.2 一般故障的处理办法 不同的故障应该采取不同的处理办法。判断接地应该进行一次设备巡视，应该认真检查一下母线及连接设备、变压器有无异常情况，查看设备上的瓷质部分有没有损坏，有无放电闪络，有无小动物或者外力破坏，设备上有没有落物，有无断线接地，认真查看互感器、电缆头、避雷器等有无击穿损坏现象。如果经果检查，发现站内设备无异常情况，这就有可能是某一线路发生了故障，而其接地故障保护失灵，此时应用瞬停的办法，尽快查明故障线路；判定保险熔断需要检测二次电压，以确定是否为高压保险熔断；若判断为谐振，即应该通过瞬间改变设备的运行方式以消除谐振，比如可用解列或者瞬时并列、瞬时拉合空载线路的开关等方法；若判定是线路断线则应即刻汇报调度，及时安排查线。总之，对于事故性质的判定是妥善正确处理事故的第一步。 2 跳闸故障的特征以及处理办法 2.1 主变开关跳闸故障的特征以及处理办法 依据断路器的跳合位置、事件记录器（监控系统）的指示及负荷状况、保护的动作掉牌或信号等，判定是否变压器故障跳闸，并及时向调度汇报；检查变压器跳闸前的油温、负荷、油位、油色，压力释放阀是否动作或有其它明显故障迹象，变压器有无冒烟、喷油，瓷套有无破裂、闪络；检查站用电切换是否正常，直流系统是否正常工作，分析微机保护打印报告机故障录波的波形是否正常。变压器的主保护同时动作跳闸，在没有查清楚原因及消除故障前不得强送；在变压器的瓦斯或者差动保护动作跳闸经过检测判定非变压器内部故障而属保护误动时，若系统急需可强送一次；若变压器后备过流保护动作跳闸发生，当查明故障并隔离后，一般可对变压器试送一次。 2.2 瓦斯保护动作的特征以及处理办法 瓦斯保护是依据当变压器内部发生故障时将分解或产生气体这一特点设计制造的，它的保护范围为变压器内部匝间短路、多相短路、匝间与铁芯或外部短路等。若铁芯故障，油面奖下降或者发生漏油，分为接头接触不良或导线焊接不良两种情况。若重瓦斯保护动作，应该重点检测变压器本身是否有着火、喷油、爆炸、漏油等情况发生；检查变压器本体及有载分接开关油位的情况；检测气体继电器内有无气体积聚情况。在没有彻底查明原因消除故障前不得将变压器投入使用运行。 2.3 产生差动保护动作故障的原因以及处理办法 2.3.1 差动保护动作故障产生的原因 （1）变压器及其套管引出线，各侧差动电流互感器以内的一次设备故障。（2）差动电流互感器开路或者因为电流回路极性错接等，差动保护范围以外的故障导致差动保护误动作。（3）变压器内部发生故障。 2.3.2 差动保护动作故障的处理办法 一次设备的检查范围是主变三侧差动CT间瓷质部分保持是否完整，有没有闪络放电痕迹：各侧断路器以及变压器、避雷器、隔离开关、绝缘子等有没有发生接地短路的现象，有没有异物落在了设备上面。若干差动保护动作同时，瓦斯保护亦动作，则表明为变压器内部故障，故障若不排除，不得投入运行变压器；若检查发现为差动保护范围内故障，要想办法修复故障设备，恢复变压器的正常运行：若检查为差动保护范围外故障，应该对差动保护误动作的原因予以检查，检查重点为电流互感器二次回路；若检查结果为主变和差动区均正常，则可判定为保护误动。 2.4 主变后备保护动作单侧开关跳闸故障特征及处理办法 主要分为如下三种情形：越级跳闸、母线故障或母差保护拒动、开关误动。具体为哪一种情形要具体通过对二次侧及一次设备的检查情况分析判断。当主变三侧，某一侧过流等后备保护动作，即可通过对保护动作的检查情况及对站内设备的检查做出初步的分析判断。对于线路保护和主变保护同时动作，线路开关拒动的情形，其故障比较容易判断。因机械原因拒动的开关的故障处理起来相对较简单，可以先手动断开开关，再拉开两侧刀闸，随后恢复对其他设备的送电。对于是母线故障或者线路故障因保护拒动而越级的故障，应该根据对设备的检查情况作出判断。 3 现在电力系统故障诊断的发展方向 虽然，目前国内外已经针对于不同的电力系统提出了不同的故障诊断方法，对于不同的故障诊断中所存在的各种问题也都在积极的改进。但是现在我国对于整个电力系统故障诊断还存在着很多的问题。所以我国应该从以下几个方面重点的解决电力系统中存在的问题，并确定我国以后电力系统故障诊断的发展方向。 首先是在不完全信息的情况下如何做好电力系统的故障诊断。针对这种情况，在实际应用时，可以适当的建立一些简单的假设，将问
基于MATLAB仿真的电力系统故障分析
毕业设计（论文）基于MATLAB仿真的电力系统故障分析 学院名称学院名称 专业名称专业名称 学生学号学生学号 学生姓名学生姓名 指导教师教授姓名 助理指导老师老师姓名 202 年月
摘要........................................................................ I Abstract.................................................................... II 1 绪论. (1) 1.1 电力系统短路故障的危害 (1) 1.2 基于Matlab仿真系统故障的前景 (1) 2 无穷大功率电源供电系统三相短路仿真 (1) 2.1无穷大功率电源供电系统三相短路的暂态过程 (2) 2.2无穷大功率电源供电系统仿真模型构建 (3) 2.3 Matlab仿真模型及结果分析 (9) 3 基于Matlab仿真的同步发电机突然短路的暂态过程分析 (11) 3.1同步发电机突然三相短路暂态过程分析 (12) 3.2 同步发电机突然三相短路暂态过程的数值计算与Matlab仿真 (13) 3.2.1同步发电机突然三相短路暂态过程的数值计算 (13) 3.2.2同步发电机突然三相短路暂态过程的Matlab仿真 (15) 4 基于Matlab仿真的小电流接地系统单相故障分析 (19) 4.1 小电流接地系统单相故障特点简介 (19) 4.2 小电流接地系统仿真模型构建 (21) 4.2.1中性点不接地系统的仿真模型及计算 (21) 4.2.2中性点经消弧线圈接地系统的仿真模型及计算 (24) 4.3小电流接地系统单相故障仿真结果及分析 (25) 4.3.1中性点不接地系统的仿真结果及分析 (26) 4.3.2中性点经消弧线圈接地系统的仿真结果及分析 (28) 5 结论与展望 (29) 参考文献 (31) 致谢 (32)
matlab仿真电力系统短路故障分析毕业论文
本科生毕业设计（论文） 题目：运用Matlab仿真分析短路故障 学生： 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