電網(wǎng)經(jīng)過(guò)渡電阻短路時(shí)電流、電壓的分析與仿真畢業(yè)設(shè)計(jì)正文

PAGEPAGEI\電網(wǎng)經(jīng)過(guò)渡電阻短路時(shí)電流、電壓的分析與仿真東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告（論文）誠(chéng)信承諾本人承諾所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告（論文）及取得的成果是在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成，引用他人成果的部分均已列出參考文獻(xiàn)。如論文涉及任何知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛，本人將承擔(dān)一切責(zé)任。學(xué)生簽名：日期：PAGEIII電網(wǎng)經(jīng)過(guò)渡電阻短路的模擬與仿真摘要短路是電力系統(tǒng)中危害最嚴(yán)重的故障，而現(xiàn)實(shí)中短路點(diǎn)往往都存在過(guò)渡電阻，為了保證繼電保護(hù)裝置的可靠正常工作，本文重點(diǎn)分析了電網(wǎng)經(jīng)過(guò)渡電阻各種短路時(shí)的電氣量變化特點(diǎn)，分別討論了相間短路與接地故障時(shí)，電流、電壓的變化規(guī)律與過(guò)渡電阻的關(guān)系。理論分析表明：電流、電壓隨過(guò)渡電阻由零到無(wú)窮大的變化軌跡均為半圓。相間短路時(shí)，兩故障相電流大小相等、方向相反，數(shù)值隨過(guò)渡電阻的增大而減小；故障相電壓變化情況較為復(fù)雜，而非故障相電壓變化規(guī)律不僅與過(guò)渡電阻有關(guān)還與故障點(diǎn)等值阻抗有關(guān)。其他兩種經(jīng)過(guò)渡電阻接地短路時(shí)的電流、電壓變化規(guī)律與之變化情況雖不同但類似。最后利用PSCAD進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果與理論分析相符。關(guān)鍵詞：短路；模擬仿真；過(guò)渡電阻；電流電壓變化規(guī)律；電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)SimulationofPowerSystemShortCircuitThroughFaultImpedanceAbstractShortcircuitisthemostfar-reachingfaultinpowersystem.Whiletherearefaultimpedanceatthefaultpoint.Toensurethereliableoperationofprotectiverelaying,thispaperisaimingatputtingemphasisontheanalysisofthechangingruleofcurrentandvoltagewhenpowersystemoccursshortcircuitthroughfaultimpedance.Thispaperdiscussedtherelationshipbetweenvoltageandcurrentchangingrulewithfaultimpedancewhenlinetolineshortcircuitandlinetogroundfaulttakeplaceinpowersystem.Theoreticalanalyzesthatthetrackofcurrentandvoltagechangewiththefaultimpedancerangesfromzerotoinfinityarebothhalfacircuit.Thecurrentoffaultphaseofthelinetolineshortcircuitareofthesamemagnitudebutintheoppositedirection.Themagnitudeofeachcurrentdecreaseswiththeincreaseofthefaultimpedance.Whilethevoltageruleofthephaseinfaultisquitecomplexandthevoltagenotinfaultchangesnotonlywithfaultimpedancebutalsowiththeequalimpedanceofthefaultpoint.Thecurrentandvoltageofthetwokindsofshortcircuitarenottotallythesamebutsimilartoeachother.FinallyPSCADanalogstheruleofcurrentandvoltage.Keywords:Shortcircuit;faultimpedance;changerule;PSCAD目錄TOC\o"1-3"\h\u2098摘要 I31055Abstract II28792目錄 III2418第一章引言 1269681.1理論背景 157831.2目前的研究現(xiàn)狀 1326911.3研究方案 110946第二章電網(wǎng)經(jīng)過(guò)渡電阻短路故障電流電壓變化規(guī)律的理論分析 229712.1初步分析 2172632.2兩相經(jīng)過(guò)渡電阻接地短路 4193322.2.1短路點(diǎn)K的電流電壓變化規(guī)律 4103732.2.2高壓母線M出的各相電流電壓變化規(guī)律 8261002.2.3發(fā)動(dòng)機(jī)電壓側(cè)H點(diǎn)的各相電壓電流變化規(guī)律 9214402.3單相經(jīng)過(guò)渡電阻接地短路 11280972.3.2高壓母線M點(diǎn)的電流電壓變化規(guī)律 14134442.3.3發(fā)電機(jī)電壓側(cè)H點(diǎn)的電流電壓變化規(guī)律 1594952.4兩相經(jīng)過(guò)渡電阻接地短路 16151642.4.1短路點(diǎn)K的各相電流電壓變化規(guī)律 16240332.4.2高壓母線上M點(diǎn)的各相電流電壓變化規(guī)律 21124602.4.3發(fā)電機(jī)電壓側(cè)H點(diǎn)的各相電流電壓變化規(guī)律 222632第三章電網(wǎng)經(jīng)過(guò)渡電阻短路的電壓電流模擬仿真 25166143.1兩相經(jīng)過(guò)渡電阻短路的軟件模擬仿真 25262183.2單相經(jīng)過(guò)渡電阻接地短路的軟件模擬仿真 2978633.3兩相經(jīng)過(guò)渡電阻接地短路的軟件模擬仿真 3111376第四章數(shù)據(jù)采集與分析 343028第五章結(jié)束語(yǔ) 373756致謝 3813065參考文獻(xiàn) 39東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文PAGE40第一章引言1.1理論背景電力系統(tǒng)在發(fā)生各種短路時(shí)，短路點(diǎn)往往都存在過(guò)渡電阻，而這些電阻又都可能在很大的范圍內(nèi)變化。例如相間短路時(shí)往往經(jīng)過(guò)其他異物短接，此時(shí)有異物的電阻和弧光電阻。異物電阻隨物體的不同而異，如鳥獸，樹枝等。而弧光電阻則與短路電流的大小，風(fēng)速及電弧的長(zhǎng)度等因素有關(guān)。接地短路時(shí)的接地電阻也因異物，塔桿及地質(zhì)條件的不同而異。短路點(diǎn)的過(guò)渡電阻不僅影響短路電流，電壓的大小，同時(shí)也影響他們之間的相位關(guān)系。這些對(duì)繼電保護(hù)裝置的正常工作都有影響，所以，在繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)，整定計(jì)算，調(diào)試及運(yùn)行事故分析時(shí)都必須予以考慮。當(dāng)短路點(diǎn)存在過(guò)渡電阻時(shí)，必然使距離保護(hù)的測(cè)量阻抗發(fā)生變化，阻抗的測(cè)量值不能準(zhǔn)確反映短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的正序阻抗，可能導(dǎo)致保護(hù)的超范圍或反方向誤動(dòng)，或造成出口故障時(shí)的拒動(dòng)。一般來(lái)說(shuō)，過(guò)渡電阻對(duì)不同安裝地點(diǎn)的保護(hù)，其影響是不同的。短路點(diǎn)距離保護(hù)安裝處越遠(yuǎn)，則過(guò)渡電阻的影響越小，反之，影響越大。對(duì)單電源線路，短路點(diǎn)的過(guò)渡阻抗總是使距離保護(hù)的測(cè)量阻抗變大，使保護(hù)范圍縮短。在某些情況下，可能導(dǎo)致保護(hù)無(wú)選擇性動(dòng)作。1.2目前的研究現(xiàn)狀目前我國(guó)的輸電線路以高壓、超高壓為主，其主保護(hù)為距離保護(hù)不受電力系統(tǒng)運(yùn)行方式和結(jié)構(gòu)變化的影響，雖通過(guò)大量研究距離保護(hù)的有些問(wèn)題已在一定程度上得到解決，但是由于傳統(tǒng)距離保護(hù)自身的局限性，有些問(wèn)題還是會(huì)變得很突出。短路故障點(diǎn)的過(guò)渡電阻是影響距離保護(hù)正常工作的因素之一。對(duì)此提出解決方案，常規(guī)模擬式保護(hù)阻抗元件有各種構(gòu)成方法及各種動(dòng)作特性。過(guò)渡電阻對(duì)不同動(dòng)作特性阻抗元件的影響程度也不相同，橢圓特性的阻抗繼電器、方向繼電器及全阻抗繼電器受過(guò)渡電阻的影響，在保護(hù)區(qū)內(nèi)故障時(shí)均可能拒動(dòng)。目前常規(guī)距離保護(hù)在防止過(guò)渡電阻影響的方法有：a)采用能容許較大的過(guò)渡電阻而不致拒動(dòng)的阻抗繼電器，如電抗繼電器、四邊形繼電器、偏移特性的阻抗繼電器等。b)采用瞬時(shí)測(cè)定裝置。此類裝置的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)是：短路初瞬電弧電阻不大，測(cè)量阻抗比較正確;稍后電弧電阻將急劇增大。瞬間測(cè)定技術(shù)就是將阻抗繼電器一開始測(cè)量的阻抗固定下來(lái)，使之不受后來(lái)電弧電阻急劇增大的影響，達(dá)到正確測(cè)量短路地點(diǎn)的目的。如今從常規(guī)距離保護(hù)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的微機(jī)距離保護(hù)，其應(yīng)用零序電流極化量的電抗元件，具有較常規(guī)保護(hù)采用的接地距離繼電器優(yōu)越的性能，允許大過(guò)渡電阻且無(wú)超越，但當(dāng)運(yùn)行在受端且過(guò)渡電阻大于一定值時(shí)仍將發(fā)生穩(wěn)態(tài)超越。經(jīng)改進(jìn)過(guò)的具有雙下偏零序電流極化接地距離繼電器的方案，則能保證任何過(guò)渡電阻和系統(tǒng)運(yùn)行方式下不會(huì)引起穩(wěn)態(tài)超越。并且微機(jī)保護(hù)采用軟件算法實(shí)現(xiàn)起來(lái)十分方便，整定調(diào)整也很容易。1.3研究方案本論文理論研究與軟件模擬仿真相輔相成，軟件模擬采用PSCAD軟件，輔助以EXCEL，MATLAB進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析。第二章電網(wǎng)經(jīng)過(guò)渡電阻短路故障電流電壓變化規(guī)律的理論分析2.1初步分析在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不變的情況下，對(duì)應(yīng)于某一個(gè)短路點(diǎn)，相應(yīng)的各序電抗分量是不變的，且為已知的參數(shù)，而短路點(diǎn)的過(guò)渡電阻可能會(huì)出現(xiàn)很大的變化。為了說(shuō)明問(wèn)題，我們先以一個(gè)簡(jiǎn)單的電阻。電感串聯(lián)電路為例，如圖所示。在外施電壓恒定，電抗保持不變的情況下，當(dāng)電阻由零變化到無(wú)窮大范圍時(shí)，研究電路中電流的變化軌跡。圖中電流表示為,式中Z=R+jx，Y=。圖2.1電阻電感串聯(lián)電路為常向量（通常對(duì)應(yīng)于某一相的電動(dòng)勢(shì)）時(shí)，將隨Y或Z的變化而變化。顯然，只要將Y或Z的變化軌跡找出來(lái)，則的變化軌跡就不難確定了。如果將、、Y或Z當(dāng)做無(wú)量綱的復(fù)數(shù)向量來(lái)對(duì)待，那么，既便于采用統(tǒng)一的直角坐標(biāo)來(lái)描述，又便于了解各電氣量之間的相位關(guān)系。因此，設(shè)，式中，a,b分別表示直角坐標(biāo)系中的實(shí)部和虛部，均隨R的變化而變化。于是有：，比較上式的兩端，可以知道虛部為0，所以有=0.當(dāng)x不等于0的常數(shù)時(shí)，存在不等于0，整理得：，此式為一個(gè)圓的方程，圓心坐標(biāo)為（0，）,半徑為。另外，由上式還可以知道，Y向量的角度為=,再考慮到R恒為正值，因此，Y向量的角度的范圍只可能是-90°~0°，其中R=0時(shí)對(duì)應(yīng)于=-90°，R=∞時(shí)對(duì)應(yīng)于=0°。綜合上述的分析，可以確定：在R由零到無(wú)窮大范圍內(nèi)變化時(shí)，Y向量的軌跡如圖半圓00所示。隨后，再分析向量的軌跡?？紤]到更加一般的情況，假設(shè)電壓向量角度為，于是，=的軌跡相對(duì)于Y的軌跡來(lái)說(shuō)，發(fā)生了的偏移。另外，半圓的直徑也變?yōu)閁/x，因此，在R變化時(shí)，向量端點(diǎn)的變化軌跡如圖半圓所示。在下面的應(yīng)用中，不再考慮Y向量的變化情況，而直接由公式來(lái)分析電流向量的變化軌跡。應(yīng)當(dāng)說(shuō)，在I的變化軌跡中，R=0和R=∞所對(duì)應(yīng)的向量是兩個(gè)關(guān)鍵的端點(diǎn)（尤其是R=0的端點(diǎn)）。確定變化軌跡的具體步驟為：①一個(gè)端點(diǎn)向量為|R=0=-j(/x)，這個(gè)向量落后的角度為90°，其模值U/x就是電流變化半圓軌跡的直徑；②另一個(gè)端點(diǎn)為0，對(duì)應(yīng)于R=∞時(shí)的端點(diǎn)；③電流變化的半圓軌跡在和|R=0兩個(gè)向量限定的90°之間。其中，|R=0表示為R=0時(shí)的電流向量端點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，在直角坐標(biāo)系中，電壓、電流應(yīng)當(dāng)按照各自的比例關(guān)系進(jìn)行向量的作圖繪制。順便指出，考慮到系統(tǒng)中各元件的電阻分量r時(shí)，元件的阻抗為Z=r+jx,此時(shí)，半圓形的電流變化軌跡仍然不變，完全按照本節(jié)的方法予以分析，僅需在基本的分析結(jié)束之后再考慮元件電阻的影響。如圖所示，在半圓軌跡不變的情況下，考慮元件的電阻后，電流向量的一個(gè)實(shí)際端點(diǎn)為圖中的M點(diǎn)，其中，0m線（未畫出）與向量的夾角為=arctan(元件的阻抗角，x,r均為元件的確定參數(shù))。下面，研究一個(gè)如圖所示的單電源系統(tǒng)。當(dāng)短路點(diǎn)K經(jīng)過(guò)渡電阻發(fā)生各種不對(duì)稱故障時(shí)，分析系統(tǒng)中不同地點(diǎn)（如圖中的K、M、H點(diǎn)）各相電流、電壓隨過(guò)渡電阻的變化規(guī)律。為了使分析計(jì)算及作圖簡(jiǎn)便起見，假定①基準(zhǔn)相電源電動(dòng)勢(shì)相對(duì)于短路點(diǎn)K（在變壓器Y側(cè)）的標(biāo)幺值為=j1；②系統(tǒng)中各元件的序阻抗均為純電抗，且為已知。整個(gè)系統(tǒng)對(duì)短路點(diǎn)的等值電抗為：=；==；=（2-1）式中——代表系統(tǒng)電源的正、負(fù)序電抗；——代表變壓器的正、負(fù)、零序電抗，==；——代表輸電線路的正、負(fù)、零序電抗，=<；故障點(diǎn)的過(guò)渡阻抗假定為純電阻，圖示中，為相間的過(guò)渡電阻，為接地電阻。2.2兩相經(jīng)過(guò)渡電阻接地短路圖2.2短路點(diǎn)經(jīng)過(guò)渡電阻短路時(shí)的系統(tǒng)接線圖假定在圖2.2的線路K點(diǎn)經(jīng)發(fā)生BC兩相短路，短路前線路空載。這時(shí)的系統(tǒng)接線就相當(dāng)于圖所示的=∞，=∞，==。2.2.1短路點(diǎn)K的電流電壓變化規(guī)律由《電力系統(tǒng)故障分析》第五章第四節(jié)可知，短路點(diǎn)對(duì)應(yīng)A相的各序及各相電流，電壓可表示為，=-。（2-2）（2-3）（2-4）；（2-5）（2-6）（2-7）（2-8）在式中，電動(dòng)勢(shì)及各序電抗均為常數(shù)，只有是變化的，對(duì)比式可知，向量端點(diǎn)隨變化的軌跡為半圓。另外，由上式可知，一旦確定了向量的變化軌跡，那么其余各電氣量均與成比例關(guān)系，相應(yīng)的變化軌跡就容易確定。因此，先尋求找到的變化軌跡。確定變化軌跡的具體方法如下：①當(dāng)=0時(shí)，可確定的一個(gè)端點(diǎn)，此點(diǎn)的值就是金屬性短路時(shí)的正序電流，即=，按給定的參數(shù)（==j1及電抗），它位于直角坐標(biāo)系實(shí)數(shù)軸上的Q點(diǎn)處，落后于的角度為90°，如圖所示：②當(dāng)=∞時(shí)，=0，位于直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)0，由此可確定半圓的另一個(gè)端點(diǎn)：③由于總為正值，存在與的夾角從0°~90°變化，因此，在==j1的情況下，隨的變化規(guī)矩在實(shí)數(shù)軸的右上方（即第一象限內(nèi)）如圖所示的虛線半圓。當(dāng)由0~∞變化時(shí)，端點(diǎn)軌跡的走向是從=0所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)沿圖中所示的方向變化到=∞所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。對(duì)應(yīng)于=0與=∞的兩點(diǎn)連線就是半圓的直徑，其值為金屬性短路時(shí)的電流。由式知道，存在，因此，只要將的半圓乘以，然后，以坐標(biāo)0為圓心，將的半圓變化軌跡按照順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)90°（對(duì)應(yīng)于-j），就得到了隨變化的變化規(guī)律；類似的，考慮到，將的變化軌跡逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)90°，就是隨變化的半圓軌跡。對(duì)應(yīng)于=0的兩個(gè)電流也就是BC相金屬性短路時(shí)兩故障相的電流，其值為最大。B，C相電流總是大小相等，方向相反，數(shù)值上隨的增大而減小。當(dāng)=∞時(shí)，B，C相電流均為0.圖2.3向量軌跡圖2.4電流向量軌跡圖2.5電壓向量軌跡下面，分析三相電壓隨電阻變化的規(guī)律。由式可以看出：B,C兩相電壓也與成線性關(guān)系。于是，可用一普通式表示：,其中，為常向量。由上式可知，當(dāng)由0趨向于∞時(shí)，端點(diǎn)的變化軌跡也為半圓。此半圓的一個(gè)端點(diǎn)為向量（即對(duì)應(yīng)于=∞，=0的點(diǎn)）而向量決定了半圓的旋轉(zhuǎn)角以及縮小放大的程度。在半圓已經(jīng)確定的情況下，上式也可以理解為：將半圓平移，令其原點(diǎn)與向量的端點(diǎn)重疊；保持原點(diǎn)位置不變，再將半圓旋轉(zhuǎn)一個(gè)與向量對(duì)應(yīng)的角度；最后，將半圓的直徑改為||=0|。（1）按接近工程實(shí)際的情況考慮，時(shí)，將其帶入式，可得：（2-9）（2-10）（2-11）由此式可知，當(dāng)=∞時(shí)（對(duì)應(yīng)于=0），就可以分別確定，的一個(gè)半圓端點(diǎn)為：=，。當(dāng)=0時(shí)，由式可知，帶入上式，得到半圓的另一個(gè)端點(diǎn)為：，上式表明，將逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)90°，再與相加，即可確定當(dāng)=0時(shí)半圓的一個(gè)端點(diǎn)。同理，可得出的兩個(gè)端點(diǎn)：當(dāng)=0時(shí)，。從上式也可以得出：將的半圓軌跡乘以，把半圓上對(duì)應(yīng)于=∞的點(diǎn)與的端點(diǎn)重合以后，再順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)180°（對(duì)應(yīng)于公式中的-號(hào)），即可得端點(diǎn)隨變化的軌跡；同樣，將乘以，把半圓中的=∞的點(diǎn)與端點(diǎn)重合，然后將半圓平移過(guò)來(lái)（對(duì)應(yīng)于公式中的+號(hào)），即可得隨變化的軌跡。K點(diǎn)各相電流，電壓向量圖及其變化軌跡圖如圖所示。（2）當(dāng)不等于時(shí)，由式可以看出，此時(shí)與有關(guān)。①當(dāng)>時(shí)，等于在的頂點(diǎn)端加上一個(gè)表達(dá)式為的小半圓，即以頂部為軸心，將的半圓逆時(shí)針選擇90°，然后疊加在的頂端，此時(shí)有大于等于。②當(dāng)<時(shí)，，此時(shí)，相當(dāng)于以頂端為軸心，將表達(dá)式為的半圓順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，再疊加到上，此時(shí)有小于等于，其變化軌跡如圖2.5中的下面的小半圓所示。另外，當(dāng)不等于時(shí)，與上式相比較，，的軌跡也會(huì)發(fā)生稍微的變化，不再詳細(xì)畫出。2.2.2高壓母線M出的各相電流電壓變化規(guī)律對(duì)單電源系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，M點(diǎn)各相電流與K點(diǎn)對(duì)應(yīng)相的電流完全相同，因?yàn)楦飨嗔鬟^(guò)的是同一個(gè)電流，如，所以，M點(diǎn)與K點(diǎn)的各相電流隨變化的軌跡一樣。順便指出，如果是雙電源系統(tǒng)，則M點(diǎn)的各相電流還需要考慮一個(gè)電流分布系數(shù)，時(shí)有：，（<1）（2-12）由圖可知，只要將式中的，分別用代替并進(jìn)行整理：（2-13）（2-14）（2-15）,比較式與上式可知，M點(diǎn)各相電壓都是的線性函數(shù)，故他們隨由0向無(wú)窮大變化時(shí)的軌跡均為半圓。（1）當(dāng)=時(shí)，有（2-16）（2-17）（2-18）按與K點(diǎn)相似的方法，可以畫出M點(diǎn)各相電壓隨變化的軌跡如圖2.6所示。圖2.6M點(diǎn)電壓向量及其變化軌跡圖從圖2.6中可以看出，由于<，故此時(shí)，較K點(diǎn)的半圓小了些。（2）當(dāng)與不相等時(shí)，,若為正值，則隨的變化軌跡在下部右邊的小半圓；若若為負(fù)值，則的變化軌跡為在上部左邊的小半圓，如圖所示。2.2.3發(fā)動(dòng)機(jī)電壓側(cè)H點(diǎn)的各相電壓電流變化規(guī)律此處的電流，電壓與K點(diǎn)和M點(diǎn)的大不相同，因?yàn)橹虚g經(jīng)過(guò)了YNd11連接的變壓器。假定電流，電壓均用標(biāo)幺值表示，此時(shí)變壓器變比等同于1.H點(diǎn)各相電流為：（2-19）（2-20）（2-21）由上式可以看出：H點(diǎn)的各相電流均與成正比，故他們隨變化的軌跡均為半圓，如下圖所示。圖中表明，a相和c相的電流的變化規(guī)律相同，而bx相電流在數(shù)值上為ac兩相的2倍，且方向與a,c兩相剛好相反。已知，故得H點(diǎn)的各相電壓為：（2-22）（2-23）（2-24）如假定=則：（2-25）（2-26）（2-27），式中，——變壓器三角形側(cè)的電源電動(dòng)勢(shì)，數(shù)值上（標(biāo)幺值）與，，相等而相位上超前30°。由此可知，H點(diǎn)的各相電壓均為的線性函數(shù)，因此各相電壓隨的變化軌跡也均為半圓，如圖2.7所示。圖2.7H點(diǎn)電流向量軌跡如假定=則：（2-28）（2-29）（2-30）式中，——變壓器三角形側(cè)的電源電動(dòng)勢(shì)，數(shù)值上（標(biāo)幺值）與，，相等而相位上超前30°。圖2.8電壓向量軌跡2.3單相經(jīng)過(guò)渡電阻接地短路系統(tǒng)接線如圖2.9所示。假定A相經(jīng)過(guò)渡電阻接地短路，相當(dāng)于圖中的=0，==∞時(shí)的情況，且短路前線路空載。圖2.9短路點(diǎn)K的各相電流電壓變化規(guī)律A相經(jīng)過(guò)渡電阻接地短路時(shí)，短路點(diǎn)各序電流，電壓為：（2-31）（2-32）（2-33）（2-34）在上列各式中，及各元件的序電抗均為常數(shù)且已知，只有是變量。從前面的分析計(jì)算可知，各序電流，電壓隨的變化軌跡為半圓。K點(diǎn)的各相電流，電壓為：=3=；==0（2-35）（2-36）（2-37）（2-38）現(xiàn)在為了簡(jiǎn)化計(jì)算和作圖，假定=，此時(shí)有（2-39）=3（2-40）==0（2-41）（2-42）（2-43）（2-44）由以上各式可以看出:：K點(diǎn)各相電流，電壓均是的線性函數(shù)，故K點(diǎn)各項(xiàng)電流，電壓隨由0變化至∞的軌跡均為半圓。仿照與兩相短路時(shí)類似的做法，可以畫出K點(diǎn)各相電流電壓向量及其變化軌跡如圖所示。當(dāng)>時(shí)，，隨變化的軌跡為右邊小半圓；<時(shí)，則為左邊的小半圓。從圖2.10中可以看出，在變化時(shí)，非故障相的電壓幅值可能大于電源電動(dòng)勢(shì)的幅值。圖2.10A相經(jīng)過(guò)渡電阻接地短路的K點(diǎn)向量軌跡2.3.2高壓母線M點(diǎn)的電流電壓變化規(guī)律電流的變化情況與K點(diǎn)完全一樣。電壓可用下列方程式表示：（2-45）（2-46）（2-47）同樣，為了簡(jiǎn)便，假定=，即=，則：（2-48）（2-49）（2-50）從此式可以看出：M點(diǎn)的各相電壓相當(dāng)于在原電動(dòng)勢(shì)，，端點(diǎn)分別疊加上與成比例的半圓，使半圓上=∞所對(duì)應(yīng)的那一點(diǎn)分別于，，的端點(diǎn)重合，然后以此點(diǎn)位軸心，將與成正比的半圓分別按順時(shí)針?lè)较颍ˋ相）和逆時(shí)針?lè)较颍˙,C相）旋轉(zhuǎn)90°，即可得出M點(diǎn)各相電壓隨變化的軌跡，如圖2.11所示。圖2.11M點(diǎn)向量軌跡2.3.3發(fā)電機(jī)電壓側(cè)H點(diǎn)的電流電壓變化規(guī)律因H點(diǎn)在變壓器的三角形結(jié)連側(cè)，因此，將星形側(cè)短路點(diǎn)的的對(duì)稱分量轉(zhuǎn)變到三角形側(cè)是，需要經(jīng)過(guò)相位變換。按與兩相短路時(shí)相同的變換關(guān)系，可得H點(diǎn)的各相電流，電壓為：=（2-51）（2-52）（2-53）（2-54）（2-55）設(shè)=，則上式可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：（2-56）（2-57）（2-58）根據(jù)上式就可以畫出H點(diǎn)各相電流電壓隨的變化軌跡。順便指出，單相經(jīng)過(guò)渡電阻接地短路是工程中常常需要分析的情況。圖2.12A相經(jīng)過(guò)渡電阻接地短路時(shí)的發(fā)電機(jī)電壓側(cè)H點(diǎn)的電流電壓變化規(guī)律2.4兩相經(jīng)過(guò)渡電阻接地短路系統(tǒng)接線圖如圖2.13所示。假定BC兩相經(jīng)公共的接地短路，相當(dāng)于圖中的=∞，==0時(shí)的情況。圖2.13系統(tǒng)接線圖2.4.1短路點(diǎn)K的各相電流電壓變化規(guī)律按系統(tǒng)接線圖，可得出復(fù)合序網(wǎng)圖如圖所示。為了便于分析，將其變換為如圖所示的形式?？傻茫?，其中=；=。由此式可以看出，，及均為常量且已知，而只有是變化的。故向量端點(diǎn)的變化軌跡為半圓。由圖可知，只要找出隨變化的關(guān)系式，就能確定，和各相電流，電壓向量端點(diǎn)隨變化的軌跡。由復(fù)合序網(wǎng)圖可知，短路點(diǎn)的序電壓為：===+（2-59）于是：（2-60）（2-61）式中——兩相短路時(shí)的正序電流，。假定=，則有=，=，=，于是，各序電流可化簡(jiǎn)為如下：（2-62）（2-63）（2-64）由于為常向量，而則隨過(guò)渡電阻而變化，其向量端點(diǎn)變化的軌跡為半圓。因各序電流都是的線性函數(shù)，所以他們的向量端點(diǎn)隨而變化的軌跡也均為半圓。同樣，=0和=∞所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位半圓直徑的兩個(gè)端點(diǎn)。當(dāng)=0時(shí)，即為金屬性兩相接地短路時(shí)的情況，此時(shí)有：（2-65）=-（2-66）=-（2-66）當(dāng)=∞是，相當(dāng)于BC兩相短路的情況，此時(shí)有：=0，=-=（2-67）各序電流向量端點(diǎn)的變化軌跡如圖所示。圖2.14為兩相經(jīng)過(guò)渡電阻接地短路時(shí)的復(fù)合序網(wǎng)圖圖2.15BC兩相接地短路時(shí)各序電流短路隨變化軌跡及其相互關(guān)系圖K點(diǎn)的各相電流為：（2-68）（2-69）=（2-70）流入地中的電流為：。設(shè)=0和=∞，可求出各相電流向量端點(diǎn)隨變化軌跡的兩個(gè)特殊點(diǎn)（半圓直徑的兩短點(diǎn)）。當(dāng)=0時(shí)，相當(dāng)于兩相金屬性短路接地，有；0，與的幅值相等。當(dāng)=∞時(shí)，相當(dāng)于兩相金屬性短路，此時(shí)有=0，=-=；與大小相等方向相反。如圖所示，畫出了K點(diǎn)各相電流向量端點(diǎn)隨變化的規(guī)律。K點(diǎn)的各序和各相電壓為：（2-71）（2-72）（2-73）（2-74）（2-75）（2-76）以=0代入上列各式，可得：（2-77）（2-78）（2-79）這相當(dāng)于BC相金屬性接地短路時(shí)的情況。以=∞代入上列各式，可得：=（2-80）（2-81）（2-82）這相當(dāng)于BC兩相金屬性短路時(shí)的情況。以上兩式可以確定三相電壓的半圓軌跡端點(diǎn)，再參照的變化軌跡和的相移，縮小或放大系數(shù)，即可畫出K點(diǎn)各相電壓向量端點(diǎn)隨的變化軌跡，如圖所示。對(duì)于K點(diǎn)A相電壓的變化情況再做一些說(shuō)明：由式可知當(dāng)>時(shí)，的變化軌跡如圖2.16所示中頂端左邊的小半圓；當(dāng)<時(shí)，端點(diǎn)的變化軌跡中右邊個(gè)小半圓。圖2.16BC兩相接地短路時(shí)K點(diǎn)電流電壓向量及其變化軌跡圖圖2.17BC兩相接地短路時(shí)K點(diǎn)電壓向量及其變化軌跡圖2.4.2高壓母線上M點(diǎn)的各相電流電壓變化規(guī)律M點(diǎn)各相電壓電流變化規(guī)律與K點(diǎn)完全一樣，如圖所示。M點(diǎn)的各序電壓為：（2-83）（2-84）（2-85）假定與相等，可得各相電壓如下：（2-86）（2-87）（2-88）根據(jù)此式可以畫出M點(diǎn)各相電壓向量端點(diǎn)隨的變化軌跡如圖所示。圖2.18M點(diǎn)各相電壓向量端點(diǎn)變化軌跡2.4.3發(fā)電機(jī)電壓側(cè)H點(diǎn)的各相電流電壓變化規(guī)律H點(diǎn)是處于變壓器的三角形連結(jié)側(cè)，在將YN側(cè)的對(duì)稱分量轉(zhuǎn)黃到三角形連結(jié)側(cè)時(shí)必須考慮相位變換才能進(jìn)行計(jì)算。H點(diǎn)的零序電流，電壓為零，正，負(fù)序電流電壓分別為：（2-89）（2-90）（2-91）H點(diǎn)的各相電流為：（2-92）（2-93）H點(diǎn)電流隨變化的軌跡如圖所示。假定與相等，則H點(diǎn)的各相電壓可以表示為：（2-94）（2-94）（2-95）令分別等于0和∞，可以確定各相電壓變化的端點(diǎn)位置，接著便不難畫出H點(diǎn)各相電壓向量隨變化的軌跡，如圖所示。由圖可以看出：當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生BC兩相接地短路時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)B相的電流，電壓都是與無(wú)關(guān)的；B相電流最大，AC兩相電流的絕對(duì)值總是相等；B相電壓數(shù)值較小而AC兩相電壓的絕對(duì)值總是相等，其變化規(guī)律也是相似的。順便指出，在BC兩相經(jīng)公共電阻發(fā)生接地短路的情況下，當(dāng)由0變化至∞時(shí)，短路狀態(tài)實(shí)質(zhì)上就是沖兩相金屬性接地短路短路狀態(tài)向兩相短路狀態(tài)變化。各相電流。電壓都是的線性函數(shù)，他們的向量端點(diǎn)隨的變化軌跡均為半圓。圖2.19H點(diǎn)電流向量軌跡圖2.20H點(diǎn)電壓向量軌跡第三章電網(wǎng)經(jīng)過(guò)渡電阻短路的電壓電流模擬仿真3.1兩相經(jīng)過(guò)渡電阻短路的軟件模擬仿真圖3.1建模圖1采用如圖3.1，圖3..2所示的建?！诤?jiǎn)單電力系統(tǒng)距離保護(hù)模型的修改，電源內(nèi)阻抗設(shè)為33歐姆，阻抗角可變。采取的方案是設(shè)置可變電阻以仿真變化的短路電阻，接地電阻。如圖3.2所示。該模型中有分別采集ABC三相電流電壓電流向量數(shù)據(jù)的信號(hào)采集器。時(shí)間邏輯空間用以控制故障發(fā)生的時(shí)間和故障持續(xù)的時(shí)間。圖3.2仿真建模2下面簡(jiǎn)述一下自動(dòng)運(yùn)行的設(shè)置。如圖所示：圖3.3變量設(shè)置圖1第一個(gè)界面是設(shè)置變量，目前我們有一個(gè)變量。圖3.4變量設(shè)置2這個(gè)下拉菜單是用來(lái)設(shè)置短路電阻的，步長(zhǎng)決定圖線的細(xì)致程度。輸出通道1VSMB為短路電壓B相的幅值，輸出通道2VSPB為短路電壓B相的相角。輸出通道3VSMC為短路電壓C相的幅值，輸出通道4為短路電壓C相的相角。輸出通道5ISMA為短路電流A相的幅值，輸出通道6ISPA為短路電流A相的相角。圖3.5數(shù)據(jù)記錄名稱數(shù)據(jù)記錄文件名的設(shè)置。圖3.6故障類型設(shè)置設(shè)置短路類型準(zhǔn)備開始進(jìn)行模擬仿真。A相故障，B相故障，不接地。圖3.7AB短路波形圖為AB兩相短路的波形圖，具體運(yùn)行數(shù)據(jù)參照EXCEL文件。3.2單相經(jīng)過(guò)渡電阻接地短路的軟件模擬仿真建模依舊如上，設(shè)置短路類型如圖3.8所示，A相故障，短路接地。圖3.8故障類似設(shè)置數(shù)據(jù)記錄設(shè)置如圖所示：自動(dòng)運(yùn)行步數(shù)為6，輸出文件名為AG.out圖3.9數(shù)據(jù)輸出運(yùn)行的波形圖如圖3.10所示：圖3.10A相接地短路波形具體運(yùn)行數(shù)據(jù)參見EXCEL文件。3.3兩相經(jīng)過(guò)渡電阻接地短路的軟件模擬仿真建模照舊，短路類型設(shè)置如圖3.11所示。A相故障，B相故障，接地短路。圖3.11兩相接地短路故障設(shè)置數(shù)據(jù)記錄與輸出設(shè)置如圖3.13：自動(dòng)運(yùn)行步數(shù)為6，輸出文件名為ABG.out圖3.12數(shù)據(jù)輸出最終運(yùn)行的波形如圖所示：圖3.13AB兩相接地短路波形詳細(xì)運(yùn)行數(shù)據(jù)參見EXCEL文件。第四章數(shù)據(jù)采集與分析輸出的數(shù)據(jù)文件如圖所示，采用EXCEL軟件進(jìn)行處理。表4.1為AB兩相經(jīng)過(guò)渡電阻短路模擬仿真的輸出數(shù)據(jù)VSMB為短路電壓B相的幅值，VSPB為短路電壓B相的相角，VSMC為短路電壓C相的幅值，VSPC為短路電壓C相的相角。ISMA為短路電流A相的幅值，ISPA為短路電流A相的相角。由此表可以看出，A相短路電流為0，BC兩相的短路電壓之差為B相短路電流與故障電阻的乘積。B相電壓幅值，相角均隨過(guò)渡電阻增大而增大。C相電壓幅值隨過(guò)渡電阻增大而逐漸減小，相角穩(wěn)定不變。A相電流幅值逐漸減小，相角隨過(guò)渡電阻增大。相間短路時(shí)，兩故障相電流大小相等、方向相反，數(shù)值隨過(guò)渡電阻的增大而減?。还收舷嚯妷鹤兓闆r較為復(fù)雜，而非故障相電壓變化規(guī)律不僅與過(guò)渡電阻有關(guān)還與故障點(diǎn)等值阻抗有關(guān)。采用同樣的方法導(dǎo)出的A相單相接地?cái)?shù)據(jù)表格如表4.2所示：表4.2A相單相接地?cái)?shù)據(jù)表格VSMB為短路電壓B相的幅值，VSPB為短路電壓B相的相角，VSMC為短路電壓C相的幅值。VSPC為短路電壓C相的相角。ISMA為短路電流A相的幅值，ISPA為短路電流A相的相角。VSMB為短路電壓B相的幅值，VSPB為短路電壓B相的相角，VSMC為短路電壓C相的幅值。VSPC為短路電壓C相的相角。ISMA為短路電流A相的幅值，ISPA為短路電流A相的相角。由數(shù)據(jù)表格可以看出，B相電壓的幅值和相角均不隨過(guò)渡電阻增大而變化，很穩(wěn)定。C相電壓的幅值相角與B相情況相似均不隨過(guò)渡電阻增大而變化。A相電流的幅值隨過(guò)渡電阻的增大而減小，相角逐漸增大但仍未負(fù)。采用同樣方法導(dǎo)出的兩相接地短路數(shù)據(jù)如表4.3所示：表4.3兩相接地短路輸出數(shù)據(jù)VSMB為短路電壓B相的幅值，VSPB為短路電壓B相的相角，VSMC為短路電壓C相的幅值。VSPC為短路電壓C相的相角。ISMA為短路電流A相的幅值，ISPA為短路電流A相的相角。由該數(shù)據(jù)表格可以看出：B相電壓的幅值隨過(guò)渡電阻的增大而緩慢增大，當(dāng)過(guò)渡電阻增大到一定程度以后增大幅度較小不明顯。C相電壓的幅值和相角均不隨過(guò)渡電阻的變化而變化。A相電流的幅值隨過(guò)渡電阻增大而減小，相角隨過(guò)渡電阻增大但仍未負(fù)。第五章結(jié)束語(yǔ)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)理論分析是以劉萬(wàn)順版《電力系統(tǒng)故障分析》中相關(guān)章節(jié)為基礎(chǔ)的。然后采用PSCAD仿真平臺(tái),將電力系統(tǒng)從繁瑣的建模、編程中解放出來(lái)。通過(guò)對(duì)電網(wǎng)經(jīng)過(guò)渡電阻短路的電流、電壓的仿真研究,克服理論分析上的抽象性,直觀地研究電流、電壓的變化曲線特性。本論文重點(diǎn)分析了電網(wǎng)經(jīng)過(guò)渡電阻各種短路時(shí)的電氣量變化特點(diǎn)，分別討論了相間短路與接地故障時(shí)，電流、電壓的變化規(guī)律與過(guò)渡電阻的關(guān)系。理論分析表明：電流、電壓隨過(guò)渡電阻由零到無(wú)窮大的變化軌跡均為半圓。兩相經(jīng)過(guò)渡電阻短路時(shí)，過(guò)渡電阻主要由電弧阻抗和鐵塔阻抗組成，數(shù)值并不是很大。其相應(yīng)的電流非故障相電流為0，兩故障相電流大小相等方向相反。兩故障相電壓向量之差為其中故障相電流向量與過(guò)渡電阻的乘積。單相接地短路的過(guò)渡電阻主要是鐵塔阻抗，樹木以及竹子等接觸物的阻抗。電流電壓的變化規(guī)律為兩非故障相的短路電流為0.故障相電壓向量為故障相電流與過(guò)渡電阻的乘積。兩相經(jīng)過(guò)渡電阻接地短路的阻抗性質(zhì)與單相接地的相似。非故障相的短路電流為0，兩故障相電壓向量相等，均為過(guò)渡電阻與兩故障相短路電流向量和的乘積。即與過(guò)渡電阻成正比。本畢業(yè)設(shè)計(jì)通過(guò)PSCAD軟件建模仿真，驗(yàn)證了理論分析中的結(jié)果。致謝這篇論文是我?guī)讉€(gè)月來(lái)刻苦努力的結(jié)晶。但是，這并不是我一個(gè)人的成果。在論文完成之際，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師的熱情關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。在我撰寫論文的過(guò)程中，宋老師傾注了大量的心血和汗水，無(wú)論是在論文的選題、構(gòu)思和資料的收集方面，還是在論文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了宋麗群老師和韓笑老師悉心細(xì)致的教誨和無(wú)私的幫助，特別是她廣博的學(xué)識(shí)、深厚的學(xué)術(shù)素養(yǎng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和一絲不茍的工作作風(fēng)使我終生受益，在此表示真誠(chéng)地感謝和深深的謝意。在論文的寫作過(guò)程中，也得到了許多親友的寶貴建議，在此一并致以誠(chéng)摯的謝意。感謝所有關(guān)心、支持、幫助過(guò)我的良師益友。最后，向在百忙中抽出時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行評(píng)審并提出寶貴意見的各位專家表示衷心地感謝！參考文獻(xiàn)[1]許正亞.電力系統(tǒng)故障分析[M].北京：水利水電出版社1993[2]劉萬(wàn)順.電力系統(tǒng)故障分析（第三版）[M].北京：中國(guó)電力出版社2010[3]王顯平.電力系統(tǒng)故障分析[M].北京：中國(guó)電力出版社2008[4]韓笑．電氣工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指南繼電保護(hù)分冊(cè)[M]．北京：中國(guó)水利水電出版社．2003[5]王晶等.電力系統(tǒng)的MATLAB/SIMULINK仿真與應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社.2008[6]許正亞.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)[M].北京：中國(guó)電力出版，1997[7]張保會(huì)，尹項(xiàng)根.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)[M].北京：中國(guó)電力出版，2005：[8]李風(fēng)光，陳少華等.基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)接地距離保護(hù)應(yīng)用研究.中國(guó)高等學(xué)校電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)第二十五屆學(xué)術(shù)年會(huì).2009-10[9]呂艷萍.一種消除過(guò)渡電阻對(duì)距離保護(hù)影響的新算法.電力與電工.2009年3期[10]王春，柳煥章.電力系統(tǒng)不對(duì)稱狀態(tài)計(jì)算.1993.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào).13（6）[11]馮剛，龔文強(qiáng).微機(jī)型距離保護(hù)與常規(guī)保護(hù)的技術(shù)特點(diǎn)比較.中國(guó)電力資料網(wǎng).2009-05[12]GrossCA.PowerSystemAnalysis.JohnWiley&SonsInc,1979[13]PAULM.ANDERSON.AnalysisofFaultedPowerSystems.1973附錄80196單片機(jī)IP研究與實(shí)現(xiàn),TN914.42AT89S52單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用,TG155.1F406基于單片機(jī)的LED三維動(dòng)態(tài)信息顯示系統(tǒng),O536TG174.444基于單片機(jī)的IGBT光伏充電控制器的研究,TV732.1TV312基于89C52單片機(jī)的印刷品色彩質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的研究,TP391.41基于單片機(jī)+CPLD體系結(jié)構(gòu)的信標(biāo)機(jī)設(shè)計(jì),TU858.3TN915.62基于單片機(jī)SPCE061A的汽車空調(diào)控制系統(tǒng),TM774TM621.3帶有IEEE488接口的通用單片機(jī)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與研究,TN015基于VC的單片機(jī)軟件式開發(fā)平臺(tái),TG155.1F406基于VB的單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)軟件的研究與開發(fā),TG155.1F406采用單片機(jī)的電阻點(diǎn)焊智能控制器開發(fā),TG155.1F406基于51系列單片機(jī)的PROFIBUS-DP智能從站研究,TG155.1F406八位單片機(jī)以太網(wǎng)接入研究與實(shí)現(xiàn),TG155.1F406基于單片機(jī)與Internet的數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā),R319TP319基于單片機(jī)和DSP控制的醫(yī)用輸液泵的研究,U467.11基于單片機(jī)控制新型逆變穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與仿真,F426.22TP311.52基于8位單片機(jī)的摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元軟硬件的開發(fā),TB61基于430單片機(jī)的變壓器監(jiān)控終端的研究,TG155.1F406逆變點(diǎn)焊單片機(jī)控制系統(tǒng)研究,TG131TG113.14單片機(jī)控制數(shù)字變量柱塞泵的研究,F426.22TP311.52基于單片機(jī)控制的高通量藥物篩選及檢測(cè)系統(tǒng)開發(fā),R730.55R734.2MCS8051以及DS80C320單片機(jī)軟核的設(shè)計(jì),TP391\t"_blan