【优秀毕业论文】基于MATLAB的电力系统短路故障分析与仿真

由于具有强大的计算功能良好的动态仿真环境以及丰富的内置工具箱，因此逐渐成为电路电力电子以及电力系统等模块的重要仿真工具。

短路故障分析近年来短路故障我们先来看几组数据年月日时分，河南省洛阳市老城区的东都商厦发生特大火灾，正在二三楼施工的部分民工以及四楼歌舞厅内的多人被大火围困。

经有关部门确认，火灾已造死亡，此次火灾是由于线路老化而造成短路引起的灾难。

年月日时分，黑龙江省龙煤矿业公司七台河分公司东风煤矿发生特大事故，造死亡，人受伤，直接经济损失达万元。

事故原因是采掘机电机短路引起火花，从而引发瓦斯爆炸。

年月日时分，深圳龙岗区舞王俱乐部发生火灾，导致人死亡，人受伤，直接经济损失达七千万。

事故的直接原因是舞台照明线路和施放焰火同时起火引发的。

年月日时分，河南平顶山市鲁山县城西琴台办事处三里河村老年康复中心发生火灾，经过抢险人员全力抢救，共救出人，其中人死亡人轻伤人重伤，事故原因为线路老化。

以上报道，不是危言耸听，都是发生的真实案例。

据统计，年全国电气火灾数量占总火灾比重为，但人员伤亡比重为，经济损失比重为。

由此可见，电气火灾事故往往会造成更高的人员伤亡和更大的经济损失。

短路的定义及其分类短路是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接。

根据短路发生的部位不同，短路故障可以分为种类型三相短路单相接地短路两相短路和两相接地短路，。

三相短路属于对称性短路，而其他形式为不对称短路。

在电力系统中，发生单相短路的概率最大，大约能占到故障发生总数的而发生三相短路的概率最小，但是般情况下，特别是远离电源发电机的工厂供电系统中，三相短路的短路电流最大，因此它造成的危害也最严重。

三相短路是指三相供配电系统三相导体间的短路，如图所示。

两相短路是指三相供配电系统中任意两相导体间的短路，如图所示。

电源负荷图三相短路电源负荷图两相短路单相短路是指供配电系统中任相经大地与中性点或与中线发生的短路，如图所示。

两相接地短路是指中性点不接地系统中任意两相发生单相接地而产生的短路，如图所示。

电源负荷图单相短路电源负荷图含中性线的单相短路电源负荷图两相接地短路短路故障产生的原因及危害工厂供电系统要不间断地正常地对用电负荷供电，从而保证工厂生产和生活的正常进行。

但是，由于种种原因，也会难免出现故障，进而使得电力系统的稳定性运行遭到破坏。

在实际生活中，造成短路故障的原因有很多，其中最主要的原因是电气设备载流部分的相间绝缘或者相地绝缘遭到破坏，例如设备被过电压包括雷电过电压击穿设备长期连续运行绝缘自然老化设备质量低劣绝缘强度不够设备发生闪络，被正常电压击穿设备受到外力的作用使绝缘受损而击穿老鼠等咬坏线路，或者跨越在线路之间工作人员误操作。

总之，短路故障产生的原因既有客观因素，也有主观因素，只要监管人员有较强的责任心，严格执行各种规章制度，以身作则，就可以把短路故障控制在个最小的范围之内，从而得到最大效益。

短路发生后，系统中出现的短路电流要比正常负荷电流大得多。

在大电力系统中，短路电流可以达到几万甚至几十万安培。

短路电流如此之大，所产生的危害也是巨大的短路电流通过导体时，产生的热效应会引起导体或其绝缘受损导体由于受到电动力的冲击而变形，甚至损坏短路会引起电网中电压降低，并且越靠近短路点，电压下降越多，结果可能是使部分用户的供电受到破坏。

不对称接地短路所引起的不平衡电流所产生的不平衡磁通，会在邻近的平行通信线路内感应出相当大的电动势，造成对通信系统的干扰，甚至危及设备和人身的安全。

短路会破坏发电机的同步性，从而造成系统瓦解，严重时会引发大片地区停电。

预防措施预防短路故障的主要措施是限制短路电流缩短短路电流的持续时间减少发生短路的机会。

具体讲就是为了保证电气设备的额定电压与线路的额定电压相符，必须进行短路电流的计算，正确选择及校验电气设备。

为了确保发生短路时迅速将故障切除，减少短路所造成的危害，我们应该采用电流速断保护装置，并且要正确选择熔体的额定电流和继电保护的整定值。

为了减少雷击损害，必须在变压器附近安装避雷器，在线路和变电站上安装避雷针。

为了限制短路电流，可以采用电抗器增加系统阻抗。

为了使非故障部分能继续运行，需要把故障线路或设备从电力系统中迅速除掉。

要经常对线路设备进行巡视检查，及时发现缺陷，并迅速进行检修。

线路施工完毕后应立即拆除接地线。

保证架空线路施工质量，加强线路维护，始终保持线路弧垂致并符合规定。

严格执行电力系统五防措施，即防止务分务合断路器防止带负荷分合隔离开关防止带电挂接地线防止带接地线合隔离开关防止误入带电间隔。

为了防止粉尘进入电气设备，要及时清理为了防止小动物进入变电站，要加强管理，严格把关。

短路故障的分析诊断方法电力系统短路故障随时都有可能发生，因此我们要对设备进行实时监测，旦发生故障，要迅速作出诊断，确定发生故障的类型并及时排除。

当然，分析短路短路故障，非故障处电流依然等于，而接地相即相电流瞬间增大，通过更改故障切除时间，可以发现，相的电流波形逐渐下移，最终会处于个对称的状态故障切除后，相电流逐渐恢复至。

单相短路故障点的电流波形在仿真模型中，我们用了三个相序分析仪，分别测量正序负序零序的幅值和相序，得到如图所示的波形。

正序负序零序图单相短路故障处各序分量的电流波形观察图像，很明显三序分量的幅值波形完全相同，在即故障发生期间，它们的相位完全相同，由此我们可以验证结论，当发生单相接地短路故障时，有两相短路以相短路为例电压分析勾选选项，以此来模拟两相短路的过程。

先来看下发电机端电压波形，如图。

在发生故障时，相电压保持不变，两相电压瞬间降低，随后按正弦规律变化时刻故障切除，相电压依然不受影响，而两相的变化规律相同，最终趋于稳态，即恢复初始状态。

两相短路发电机端电压波形接着看故障点的电压，如图。

故障发生前，三相电压完全对称时刻故障发生，两相的电压波形瞬间重合，但是幅值较原来有所降低，而非故障相即相的电压保持不变时刻故障切除，两相电压随着直流分量的衰减逐步恢复至初始状态。

图两相短路故障点的电压波形电流分析由图可以看出，在以前，三相电流对称故障发生时，两相的电流幅值明显增大，相位不变，相电流幅值和相位均保持不变故障切除，两相电流幅值迅速衰减，并且衰减频率增大，这是因为出现了谐波，经过无数次的摆动，三相电流又恢复初始状态。

图两相短路发电机端电流波形下面来研究故障点的电流波形，如图所示。

故障前，三相的电流均为时触发故障信号，两相电流迅速增加，且按正弦规律变化，两个电流除了大小相等，方向相反，相电流依然为故障切除后，两相短路电流按正弦规律逐渐衰减至，三相系统又达到稳态。

图两相短路故障点的电流波形再来看下故障点的三序电流分量波形，如图。

可以发现，正序与负序分量的波形完全相同，虽然零序的波形在故障期间有较大波动，但是最大幅值才，即接近于，由此可以验证结论。

当发生两相直接短路故障时，有即不存在零序电流。

正序负序零序图两相短路故障处各序分量的电流波形两相接地短路以相短路为例电压分析勾选选项，以此来模拟两相接地短路的过程。

先来看下发电机端电压波形，如图。

在发生故障时，两相的电压幅值降低，相电压保持不变时刻故障切除，两相的电压幅值升高，最终电压波形恢复至初始状态。

两相接地短路发电机端电压波形接着看故障点的电压，如图。

故障发生前，三相电压完全对称时刻故障发生，两相的电压波形瞬间重合，即变为，而非故障相即相的电压波形幅值骤增，通过分析可知变为线电压时刻故障切除，相电压立即恢复至初始状态，而两相电压在小范围波动之后恢复至初始状态。

图两相接地短路故障点的电压波形电流分析由图可以看出，在以前，三相电流对称故障发生时，两相的电流幅值明显增大，相位不变，相电流幅值和相位均保持不变，并且两相电流大小相等，方向相反故障切除，两相电流幅值迅速衰减，并且衰减频率增大，经过无数次的摆动，三相电流又恢复初始状态。

图两相接地短路发电机端电流波形下面来研究故障点的电流波形，如图所示。

故障前，三相的电流均为时触发故障信号，两相电流迅速增加，且按正弦规律变化，两个电流除了大小相等，方向相反，相电流依然为故障切除后，两相短路电流按正弦规律逐渐衰减至，三相系统又达到稳态。

图两相接地短路故障点的电流波形以上所有分析，与两相直接短路时完全相同，下面来研究下短路点的各序电流分量波形，如图。

通过对比可以发现，正序与负序分量波形同两相直接短路时相同，差别仅在于零序分量，最大幅值约为，即产生零序电流。

正序负序零序图两相接地短路故障处各序分量的电流波形结论本文围绕电力系统短路故障展开研究，基于当前故障试验的复杂程度，我们采用对其进行仿真。

通过仿真我们发现，中的电力系统仿真工具箱不仅可以迅速建立仿真模型，而且可以迅速得到结果。

将所得到的波形与理论波形对比，实际上是没有差别的。

同时，我们可以发现，在诊断方法上，专家系统是比较常用的方法。

由此我们可以得出结论，具有强大的仿真功能，在现实工程中有较大的实用意义和价值，应该得以推广和应用。

前景与展望仿真工具凭借其强大的功能已经成功运用于生产调度的线，成为电力系统规划控制与运行的有效分析工具。

电力系统设备技术的进步以及计算机软件技术的飞速发展和数学方法的不断创新，促进了电力系统仿真技术的不断完善和更新。

当今国内外些大型电力系统仿真软件正向着统数据库基础上的多功能综合分析的方向发展，集成化程度越来越高，仿真能力将得到进步加强，并将具有更简洁的操作模式和更好的开放性。

可以预见，随着系列新技术新方法的进步完善和应用，电力系统仿真软件必将迎来个崭新的发展空间。

参考文献黄扬威，卑舒颖基于的电力系统故障分析与仿真中国电力教育ć，ć，马新惠电力系统短路电流暂态解析法计算及其软件开发长沙长沙理工大学，麻常辉基于输电线路参数估计的故障测距算法研究济南山东大学，顾丹珍，艾芊基于的大型电力系统暂态稳定仿真电力系统自动化，佚名近年来中国重大电气火灾事故回顾互联网，刘介才工厂供电第版北京机械工业出版社，李光琦电力系统暂态分析第三版北京中国电力出版社，徐勉浅谈电力系统运行中的故障与排除互联网吴欣基于改进贝叶斯网络方法的电力系统故障诊断研究