《供電系統(tǒng)三相短路電流計(jì)算及仿真實(shí)踐探究》9600字（論文）

供電系統(tǒng)三相短路電流計(jì)算及仿真實(shí)踐研究摘要短路電流對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備的選型至關(guān)重要，隨著電力系統(tǒng)行業(yè)的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)趨于復(fù)雜，區(qū)域間電力系統(tǒng)存在電力交互。電網(wǎng)建設(shè)的初期規(guī)劃難以預(yù)測(cè)電力系統(tǒng)短路電流的限值。在此研究背景下，本文基于MATLAB仿真軟件對(duì)電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行仿真模擬。建立由無(wú)窮大功率電源供電的三相供電系統(tǒng)，由短路故障發(fā)生器發(fā)出三相短路故障，通過(guò)仿真得出四種不同的短路工況得到四種不同的短路故障沖擊電流波形圖。通過(guò)對(duì)模擬仿真的三相供電系統(tǒng)的沖擊電流波形圖與短路計(jì)算出的理論值進(jìn)行比對(duì)，說(shuō)明利用Matlab仿真軟件對(duì)三相供電系統(tǒng)進(jìn)行仿真可以得出正確的短路電流、短路電壓。極大提高了對(duì)三相短路故障的分析速率，對(duì)供電系統(tǒng)分析研究有較大的意義，解決了一般工況下電氣設(shè)備選型的問(wèn)題。關(guān)鍵詞：無(wú)窮大功率電源供電系統(tǒng)；短路故障；電氣設(shè)備選型；三相短路計(jì)算；Matlab；三相短路波形圖；Simulink目錄TOC\o"1-3"\h\u137071緒論 456931.1研究的意義與背景 420741.2國(guó)內(nèi)外研究前景 580261.3本論文的主要工作 5227842仿真模型的建立 671822.1簡(jiǎn)單的三相供電系統(tǒng) 6308072.2仿真模型的建立 6212013電力系統(tǒng)短路故障分析 857203.1短路的形成原因 8241633.2短路發(fā)生的后果 8101413.3短路發(fā)生的類型 9152013.4對(duì)稱分量法 9117603.5研究短路計(jì)算的目 1061733.6怎么樣判斷短路故障的類型 10291073.7電氣設(shè)備的選型條件 10172914對(duì)給定的電力系統(tǒng)進(jìn)行三相短路電流的計(jì)算 12321054.1標(biāo)幺值的概念 1282074.2不對(duì)稱短路三種情況的分析 14276574.2.1單相接地短路 14159464.2.2兩相短路 15284644.2.3兩相接地短路 15181615參數(shù)設(shè)置 1671705.2仿真結(jié)果及分析 17298845.2.1三相短路的理論值計(jì)算 17235465.2.2兩相接地短路 1998395.2.3單相接地短路 2123495.2.4兩相短路 2247486結(jié)論 2412589參考文獻(xiàn) 261緒論隨著電氣行業(yè)的蓬勃發(fā)展，供電系統(tǒng)的運(yùn)行愈發(fā)趨于平穩(wěn)，但由于工作人員的不規(guī)范操作或者一些不可控的自然氣象災(zāi)害，致使電力事故仍時(shí)常發(fā)生。而影響三相供電系統(tǒng)正常運(yùn)行的故障有很多，但其中三相短路故障是最為常見(jiàn)且對(duì)三相供電系統(tǒng)危害最大的一種故障，對(duì)會(huì)三相供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行和三相供電系統(tǒng)中的電氣設(shè)備產(chǎn)生十分嚴(yán)重的損害。三相短路故障產(chǎn)生短路沖擊電流會(huì)引起熱電效應(yīng)和電動(dòng)力效應(yīng)，這會(huì)使發(fā)生短路時(shí)的三相供電系統(tǒng)中的沖擊電流要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于三相供電系統(tǒng)在正常運(yùn)行狀態(tài)下的的電流，從而使電氣設(shè)備受到發(fā)熱、變形等嚴(yán)重破壞，進(jìn)而影響日常居民用電的供電質(zhì)量。這在實(shí)際生活中對(duì)一些大型三相供電系統(tǒng)和居民的日常生活用電負(fù)荷會(huì)產(chǎn)生非常大的危害，所以進(jìn)行短路計(jì)算對(duì)整個(gè)三相供電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)都是非常重要的。本篇論文以實(shí)際生活中的三相供電系統(tǒng)為模板，以無(wú)窮大功率電源為發(fā)電機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)易的數(shù)學(xué)建模，并使用Matlab仿真軟件進(jìn)行仿真，得到三相供電系統(tǒng)的仿真模型。再運(yùn)用Simulnk中的短路故障發(fā)生器模塊人為的設(shè)置短路故障類型，從而在示波器中得出四種不同的短路故障情況下各自的短路故障的沖擊電流的波形圖，再然后利用實(shí)際收集到的三相供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)供電系統(tǒng)發(fā)生三相短路故障進(jìn)行短路計(jì)算，得出理論上的周期電流的幅值大小和沖擊電流的大小。再將短路計(jì)算出的理論值與示波器上的模擬仿真波形圖進(jìn)行比對(duì)，確認(rèn)以Matlab仿真軟件為基礎(chǔ)對(duì)三相供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障進(jìn)行模擬得出的沖擊電流是正確的。由此來(lái)限制因短路故障造成的危害和減小短路故障的影響范圍，進(jìn)而將三相短路故障對(duì)供電系統(tǒng)的損耗降低到最小，保障居民日常生活。1.1研究的意義與背景隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民對(duì)物質(zhì)生活的需求日益增高。電力作為最重要的能源之一，早就滲透進(jìn)了人們生活的各個(gè)方面扮演著重要的角色，因此對(duì)供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量就有了十分高的要求，而要保證供電系統(tǒng)對(duì)居民用戶的供電有較高的質(zhì)量保證，這就要求供電系統(tǒng)必須要盡量減少故障，保障供電系統(tǒng)運(yùn)行的安全和穩(wěn)定，以免故障影響供電系統(tǒng)進(jìn)而對(duì)居民正常使用電力設(shè)備產(chǎn)生影響，但在實(shí)際生活著這是十分有難度的。因?yàn)閷?duì)于大型供電系統(tǒng)的研究，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行科研實(shí)驗(yàn)的難度是巨大且危險(xiǎn)性極高的REF_Ref4634\r\h[4].。因此我們就十分有必要通過(guò)Matlab模擬仿真軟件對(duì)三相供電系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真，以求盡可能的接近實(shí)際生活中的三相供電系統(tǒng)的運(yùn)行工況，達(dá)到我們安全、精準(zhǔn)分析三相供電系統(tǒng)的目的。1.2國(guó)內(nèi)外研究前景隨著電力行業(yè)的飛速發(fā)展，世界各國(guó)的城市化發(fā)展越來(lái)越快，各個(gè)國(guó)家與國(guó)家、城市城市之間的供電系統(tǒng)的規(guī)模也越來(lái)越密集。其中各個(gè)國(guó)家對(duì)于現(xiàn)代化軌道交通，如：地鐵、高鐵等的發(fā)展，已經(jīng)成了緩解交通擁堵的最佳選擇REF_Ref12880\r\h[9]。未來(lái)的幾年中，我國(guó)乃至世界的城市軌道交通建設(shè)將迎來(lái)一輪新的時(shí)代浪潮。而為了保障城市軌道交通供電系統(tǒng)的穩(wěn)定，國(guó)內(nèi)外普遍認(rèn)為：在供電系統(tǒng)的生產(chǎn)和研究當(dāng)中，Matlab仿真軟件的應(yīng)用會(huì)起到?jīng)Q定性的作用。通過(guò)Matlab仿真軟件，三相供電系統(tǒng)的潮流計(jì)算等各種復(fù)雜的穩(wěn)態(tài)問(wèn)題都可以得到解決。1.3本論文的主要工作本次論文主要是利用Matlab對(duì)供電系統(tǒng)故障中最常見(jiàn)的三相短路故障的四種不同的短路情況進(jìn)行分析。但由于供電系統(tǒng)不同的運(yùn)行方式下系統(tǒng)電路圖十分復(fù)雜，所以本文特以無(wú)窮大功率電源供電系統(tǒng)發(fā)生三相短路故障進(jìn)行簡(jiǎn)便仿真。而所謂無(wú)窮大功率電源就是指一種理想下的電源：電源電壓幅值和頻率都人為的設(shè)置成恒定值REF_Ref29775\r\h[5]。再通過(guò)Matlab仿真軟件對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行仿真，人為的地設(shè)置三相短路故障的類型，并記錄下四種不同短路故障類型下的電流、電壓波形圖，然后與供電系統(tǒng)正常工作運(yùn)行時(shí)的波形圖相比較，能夠十分直觀、準(zhǔn)確的觀察到當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生三相短路故障時(shí)的動(dòng)態(tài)特性，加深對(duì)四種不同的短路故障發(fā)生時(shí)對(duì)供電系統(tǒng)的電流和電壓影響的理解。所以，本次論文以無(wú)窮大功率電源供電系統(tǒng)對(duì)發(fā)生三相短路故障模型進(jìn)行理想情況下的仿真。2仿真模型的建立2.1簡(jiǎn)單的三相供電系統(tǒng)三相供電系統(tǒng)是由負(fù)責(zé)生產(chǎn)、輸送、分配和消費(fèi)電能的各種電氣設(shè)備連接在一起而組成的整體。在三相高壓供電系統(tǒng)中，為了計(jì)算電力系統(tǒng)對(duì)稱過(guò)程短路暫態(tài)，通常人為設(shè)定理想條件：假設(shè)電源的容量無(wú)限大,即三相電源保持電壓的幅值和頻率都不變，且電源的內(nèi)阻抗等于零。這樣做的好處有：當(dāng)發(fā)電機(jī)以外的供電系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生三相短路故障時(shí)，原本因?yàn)殡妷汉碗娏鞯淖兓瘡亩鴮?dǎo)致的功率也會(huì)相應(yīng)的隨之變化；在由于無(wú)限大功率三相電源的容量這個(gè)人為設(shè)定背景下，其三相短路故障造成的功率的變化量相對(duì)于三相電源容量來(lái)說(shuō)可以小到忽略不計(jì)。于是，我們可以認(rèn)為在無(wú)窮大功率三相電源作為發(fā)電機(jī)的供電系統(tǒng)中，系統(tǒng)的有功功率和無(wú)功功率總會(huì)保持不變，這樣也對(duì)我們?cè)诤竺娴娜喽搪酚?jì)算中，提供了方便。下圖是一個(gè)由理想情況下無(wú)限大功率三相電源做發(fā)電機(jī)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行供電的簡(jiǎn)單電路圖圖2.1三相供電系統(tǒng)電路圖本篇論文首先對(duì)實(shí)際的三相供電系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)分析，并簡(jiǎn)化了三相供電系統(tǒng)中的各個(gè)模塊，選擇其中一部分重要電氣設(shè)備對(duì)其進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，然后再利用Simulink軟件對(duì)其重要電氣設(shè)備進(jìn)行仿真模型的建立，再人為的在雙繞組三相變壓器的二次側(cè)線路用短路故障發(fā)生器設(shè)置四種不同的三相短路故障，并對(duì)四種不同的三相短路故障分別進(jìn)行仿真模擬，并在示波器的顯示中記錄下三相供電系統(tǒng)的沖擊電流波形圖。2.2仿真模型的建立Matlab模擬仿真軟件，在工具欄中點(diǎn)擊SimulinkLibrary；在彈出Simulink窗口后就可以開始向其中拖入需要的設(shè)備模型進(jìn)行系統(tǒng)建模了。根據(jù)簡(jiǎn)單的三相電源供電系統(tǒng)電路圖可知，構(gòu)成該系統(tǒng)的主要模塊為：無(wú)限大功率三相電源、輸電線、三相負(fù)載RLC、三相雙繞組變壓器、三相短路故障發(fā)生元件和示波器。本此論文在對(duì)供電系統(tǒng)仿真時(shí)，使用三相交流電源（Three-PhaseSource）簡(jiǎn)化的作為供電系統(tǒng)的無(wú)限大功率電源部分；將它們對(duì)照供電系統(tǒng)電路圖布置起來(lái)并連接好。搭建好的仿真電路圖如下圖所示。圖2.2三相供電系統(tǒng)模擬仿真圖3電力系統(tǒng)短路故障分析3.1短路的形成原因其中短路故障有四種不同的短路類型，分別是：①兩相短路②兩相接地短路③單相接地短路④三相短路。當(dāng)供電系統(tǒng)出現(xiàn)三相短路故障時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的沖擊電流會(huì)突然增大，對(duì)電力設(shè)備產(chǎn)生沖擊和由于熱電效應(yīng)產(chǎn)生的高溫?fù)p害，進(jìn)一步的危害供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而其產(chǎn)生的沖擊和高溫甚至?xí)p壞電力設(shè)備，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，因此我們?cè)诜治龉╇娤到y(tǒng)發(fā)生三相短路故障時(shí)，為了分析的準(zhǔn)確性，對(duì)三相短路電流的計(jì)算就成了我們的重要依據(jù)。產(chǎn)生短路的原因有客觀的，也有主觀的。但一般來(lái)說(shuō)，短路就是指一切對(duì)于中性點(diǎn)接地系統(tǒng)的不正常的相與相或相與地之間發(fā)生了非正常連接REF_Ref32690\r\h[8]。但是，對(duì)于不同的供電系統(tǒng)發(fā)生的三相短路故障的原因各不相同，但它們都主要有以下幾個(gè)重要原因:（1）元件損壞：例如母線、穿墻套管等絕緣材料的自然老化；絕緣子的損壞以及維護(hù)不良所帶來(lái)的設(shè)備缺陷進(jìn)而發(fā)展成供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障；（2）自然環(huán)境不可控的惡化：架空線路風(fēng)力過(guò)大或?qū)Ь€結(jié)冰從而引起電桿的倒塌；打雷造成的避雷器動(dòng)作或閃絡(luò)放電等等；（3）操作失誤：運(yùn)行人員的錯(cuò)誤操作。（4）人為事故：放風(fēng)箏，汽車撞電線桿等。（5）其他。3.2短路發(fā)生的后果三相供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)的主要表現(xiàn)特征為；短路電路中的沖擊電流急劇增大，供電系統(tǒng)中各段母線的電壓都有稍微不同的降低。因發(fā)生的短路故障類型不同，短路故障造成的危害也不相同，有時(shí)可能只是影響一部分居民樓的正常供電，有時(shí)也可能會(huì)威脅到整個(gè)地區(qū)的供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。而三相供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障一般有一下幾個(gè)方面的危險(xiǎn)后果：短路故障會(huì)使短路點(diǎn)附近的輸電線中出現(xiàn)沖擊電流，其幅值會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于三相供電系統(tǒng)在正常運(yùn)行下的電流。又由于短路故障產(chǎn)生的沖擊電流會(huì)引起電動(dòng)力效應(yīng)，各個(gè)電氣設(shè)備之間會(huì)產(chǎn)生很大的機(jī)械力。進(jìn)而使得重要的電氣設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重的變形、破壞。(2)當(dāng)三相供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，沖擊電流會(huì)流過(guò)電氣設(shè)備。這會(huì)引起電流的熱效應(yīng)，從而使得電氣設(shè)備發(fā)熱。如果短路故障的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，電氣設(shè)備就有可能會(huì)因?yàn)檫^(guò)熱而收到不可逆的損壞。(3)短路故障發(fā)生時(shí)，供電系統(tǒng)的電壓會(huì)大幅度下降，然后嚴(yán)重影響對(duì)居民日常生活的供電。而在供電系統(tǒng)當(dāng)中最重要的電氣設(shè)備是異步電動(dòng)機(jī)，它的電磁轉(zhuǎn)矩同端電壓的平方成正比REF_Ref1036\r\h[1]。因此當(dāng)三相供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，電壓會(huì)下降，進(jìn)而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩明顯減小，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速隨之下降。當(dāng)短路故障持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，電壓會(huì)大幅度下降，甚至可能導(dǎo)致異步電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，造成電氣設(shè)備永久損壞、報(bào)廢等難以想象的后果。3.3短路發(fā)生的類型在三相供電系統(tǒng)當(dāng)中，主要發(fā)生的三相短路故障有：兩相短路、三相短路、單相接地短路和兩相接地短路一共四種REF_Ref238\r\h[7]。其中，三相短路也叫做三相對(duì)稱短路，三相供電系統(tǒng)中各相和系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)下各相一樣處于對(duì)稱狀態(tài)。而其它短路都是不對(duì)稱短路。3.4對(duì)稱分量法當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，對(duì)稱分量法就成了電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算的基本方法，其主要目的是將一組不對(duì)稱的ABC量，轉(zhuǎn)換成為三組各自對(duì)稱的三相相量，分別叫做：①正序、②負(fù)序、③零序。與各序電壓、電流量相對(duì)于，供電系統(tǒng)也分為：①正序網(wǎng)絡(luò)、②負(fù)序網(wǎng)絡(luò)、③零序網(wǎng)絡(luò)。供電系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱三相短路故障后產(chǎn)生的不對(duì)稱電壓、電流量，通過(guò)應(yīng)用對(duì)稱分量法，可以將不對(duì)稱的電壓、電流量分解到三個(gè)序網(wǎng)，再按照序電壓、序電流對(duì)稱的方式對(duì)各序網(wǎng)進(jìn)行分析，之后再合成為實(shí)際的ABC量，從而極大地簡(jiǎn)化了不對(duì)稱三相短路故障的計(jì)算REF_Ref1036\r\h[1]。因此，雖然供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障分別有對(duì)稱式的短路故障運(yùn)行狀態(tài)和不對(duì)稱式的短路故障運(yùn)行狀態(tài)。但在對(duì)稱分量法的幫助下，我們都可以將不對(duì)稱式的短路故障轉(zhuǎn)化成對(duì)稱式的短路故障,然后再參照對(duì)三相對(duì)稱短路故障的分析方法進(jìn)行分析。所以，對(duì)三相對(duì)稱短路的研究就有其非常重要的意義REF_Ref13292\r\h[10]。3.5研究短路計(jì)算的目在三相供電系統(tǒng)的運(yùn)行和電氣設(shè)備的選型當(dāng)中，短路計(jì)算作為一種理論計(jì)算，是解決這一些關(guān)鍵問(wèn)題所必須運(yùn)用的基本計(jì)算，因此可以認(rèn)為短路計(jì)算是對(duì)三相供電系統(tǒng)進(jìn)行分析所不可或缺的實(shí)際應(yīng)用方法，具有十分重要的意義。(1)選擇有足夠電動(dòng)力穩(wěn)定和電流的熱效應(yīng)穩(wěn)定性的電氣設(shè)備REF_Ref8829\r\h[1]；(2)合理分析三相供電系統(tǒng)，并按其供電系統(tǒng)的運(yùn)行工況選擇合適的繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置，并整定其參數(shù)REF_Ref1036\r\h[1]；(3)選擇最佳的主接線方案；(4)進(jìn)行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)態(tài)的計(jì)算等；3.6怎么樣判斷短路故障的類型當(dāng)三相供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，判斷短路故障類型只需觀察故障點(diǎn)處的電流電壓：①單相接地短路：故障點(diǎn)處的A相的故障電流激增，而B、C兩相電流只有一些微弱的增大。故障點(diǎn)處的A相的故障電壓斷崖式下降為0，而B、C兩相的電電壓有較大的增加REF_Ref2126\r\h[11]。②兩相短路：故障點(diǎn)處的A、B兩相的故障電流發(fā)生較大變化，C相的故障電流幾乎維持穩(wěn)定。故障點(diǎn)處的A、B兩相的故障電壓快速變?yōu)?，而C相的故障電壓幅值迅速增大。。③兩相接地短路：故障點(diǎn)處的A相故障電流迅速增大然后逐步減小，B相故障電流迅速減小然后逐步增大，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后A、B兩相故障電流幅值趨于相等，而C相電流能夠幾乎維持不變，故障點(diǎn)處的A、B兩相的故障電壓迅速減小至0，而C相故障電壓立即出現(xiàn)激增。④三相對(duì)稱性短路：故障點(diǎn)處的A、B、C三相的故障電流都發(fā)生了劇烈變化，并且A相故障電流的幅度變化最大，隨后再逐漸與B、C兩相故障電流相匹配。故障點(diǎn)處的A相的故障電壓斷崖式下降為0，而B、C兩相的故障電壓有較大的增加。3.7電氣設(shè)備的選型條件通過(guò)短路電流的計(jì)算，選擇有足夠動(dòng)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的電氣設(shè)備，需要滿足的穩(wěn)定條件是： iet≥式中iet表示電器的極限通過(guò)電流峰值，i

4對(duì)給定的電力系統(tǒng)進(jìn)行三相短路電流的計(jì)算4.1標(biāo)幺值的概念電力系統(tǒng)從發(fā)電側(cè)到傳輸側(cè)、分布側(cè)再到負(fù)載簡(jiǎn)單概括包括：發(fā)電機(jī)，線路損耗，升壓變壓器，降壓變壓器，負(fù)載。通常情況下在對(duì)三相供電系統(tǒng)進(jìn)行短路計(jì)算時(shí)，計(jì)算中的電壓默認(rèn)為線電壓，而電氣設(shè)備的參數(shù)都是一個(gè)十分龐大的數(shù)值，這十分不利于我們進(jìn)行短路計(jì)算，導(dǎo)致短路計(jì)算時(shí)的計(jì)算難度急劇飆升，費(fèi)時(shí)且費(fèi)力還容易算錯(cuò)。因此，在引入標(biāo)幺值的概念后，將各個(gè)電氣設(shè)備的實(shí)際值除以基準(zhǔn)值一般都能得到一個(gè)較小的數(shù)字。這就為我們的短路計(jì)算減小了計(jì)算難度是計(jì)算時(shí)間，提高了計(jì)算的準(zhǔn)確性，提供了極大地便利，但又由于變壓器的存在，每段線路的電壓基準(zhǔn)值不一樣，導(dǎo)致有線路損耗，且在畫單相等效電路圖的時(shí)候無(wú)法將等效圖化簡(jiǎn)到一個(gè)簡(jiǎn)單的串聯(lián)回路。對(duì)于傳統(tǒng)的三相供電系統(tǒng)，但是系統(tǒng)的電壓等級(jí)就那么固定的幾種，基準(zhǔn)值得統(tǒng)一到了同一側(cè)，采用標(biāo)幺值自然是很方便的。而有了標(biāo)幺值，就把三相供電系統(tǒng)中龐大的電氣設(shè)備的參數(shù)都等效到一個(gè)基準(zhǔn)值了。標(biāo)幺值的公式如下：標(biāo)幺值=在三相供電系統(tǒng)中，通常指定系統(tǒng)的電壓等級(jí)為基準(zhǔn)值，而這個(gè)基準(zhǔn)值用下標(biāo)“B”表示，標(biāo)幺值用下標(biāo)“*”表示。因?yàn)閷?shí)際值和基準(zhǔn)值是同一單位的量綱，那么可以得到標(biāo)么值就是一個(gè)沒(méi)有單位的數(shù)值比。當(dāng)標(biāo)幺值是一個(gè)沒(méi)有量綱的數(shù)值，因此可以認(rèn)為，對(duì)于同一電氣設(shè)備的實(shí)際值,由于基準(zhǔn)值選取的不一樣，電氣設(shè)備的標(biāo)幺值也就不意義了。那么就說(shuō)明當(dāng)標(biāo)定三相供電系統(tǒng)中的某一個(gè)電氣設(shè)備的標(biāo)幺值時(shí)，一定要同時(shí)標(biāo)定它的基準(zhǔn)值，否則，標(biāo)幺值就沒(méi)有意義REF_Ref1036\r\h[1]。人為的設(shè)置電氣設(shè)備的電壓、電流、功率和阻抗等參數(shù)的基準(zhǔn)值，并分別記為：UB、IB、SB U?= I?= S?= Z?=在三相供電系統(tǒng)對(duì)電氣設(shè)備使用標(biāo)幺值進(jìn)行短路計(jì)算，主要是因?yàn)樗哂幸幌聨讉€(gè)優(yōu)點(diǎn):能夠統(tǒng)一計(jì)算公式。在供電系統(tǒng)中，由于計(jì)算中使用的電壓默認(rèn)為線電壓。但由于計(jì)算時(shí)不小心或弄錯(cuò)等不可控因素，就會(huì)有將相電壓當(dāng)做線電壓帶入計(jì)算公式的情況發(fā)生，這就會(huì)使短路計(jì)算出的理論值出現(xiàn)巨大的誤差，從而使得對(duì)三相供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)的分析出現(xiàn)極大地偏差。這是不能夠容忍的。而使用標(biāo)幺值進(jìn)行短路計(jì)算時(shí)通過(guò)選取不同的線電壓基準(zhǔn)值或相電壓基準(zhǔn)值，通過(guò)標(biāo)幺值的計(jì)算公式，會(huì)出現(xiàn)線電壓與相電壓的標(biāo)幺值相等，三相功率與單相功率的標(biāo)幺值相等的情況，這就大大的提升了短路計(jì)算的正確性。（2）將三相供電系統(tǒng)巨大的電氣設(shè)備帶電量通過(guò)標(biāo)幺值計(jì)算后將數(shù)字變小，減小了計(jì)算難度，有利于短路計(jì)算的便利性。（3）將三相供電系統(tǒng)電氣元件歸算到同一側(cè)，簡(jiǎn)化了三相供電系統(tǒng)電路圖，將原本耦合的電路圖歸算到同一側(cè)進(jìn)而可以畫出簡(jiǎn)化后三相供電系統(tǒng)的π形電路圖在三相供電系統(tǒng)中，電氣設(shè)備之間的基準(zhǔn)值有以下關(guān)系： SB= UB= ZB=4.2不對(duì)稱短路三種情況的分析4.2.1單相接地短路圖4.1單相接地短路示意圖故障處邊界條件為： Vfa=0，用對(duì)稱分量法表示為： Vfa(1)+Vfa(2) a2Ifa(1)+ aIfa(1)+a故障處的邊界條件為： Vfa(1)+ Ifa(1)=4.2.2兩相短路圖2.2兩相短路示意圖故障處的邊界條件為： Ifb+用對(duì)稱分量法表示為: Ifa a2I a2V4.2.3兩相接地短路圖4.3兩相短路示意圖故障處的邊界條件為： Ifa用序分量表示的邊界條件為: Ifa Vfa5參數(shù)設(shè)置5.1參數(shù)收集現(xiàn)收集到三線供電系統(tǒng)參數(shù)如下，并人為設(shè)置：線路參數(shù)設(shè)置為：線路L=200km，X1=0.4Ω/km，R1=0.17Ω/km；變壓器的額定容量值SN=20MV·A，短路電壓大小US%=10.5，空載損耗?P0=22kW，短路損耗?PS(1)變壓器T采用如Simulink模擬仿真模型所示，根據(jù)給定的數(shù)據(jù)，計(jì)算折算到110kV側(cè)的參數(shù)如下：變壓器的電阻為：RT變壓器的電抗為:XT則變壓器的漏感為：L變壓器的勵(lì)磁電阻為：R變壓器的勵(lì)磁電抗為：X變壓器的勵(lì)磁電感為：L(2)輸電線L采用如圖1所示的模型，根據(jù)給定的參數(shù)計(jì)算可得：RXL5.2仿真結(jié)果及分析5.2.1三相短路的理論值計(jì)算現(xiàn)參照所搭建的三相供電系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，利用收集到的實(shí)際三相供電系統(tǒng)中各個(gè)電氣設(shè)備的帶電量設(shè)置仿真參數(shù)。在短路故障發(fā)生器模塊中人為的設(shè)置短路故障類型，通過(guò)短路計(jì)算得到?jīng)_擊電流大小以及電流周期分量幅值REF_Ref29855\r\h[6]。短路電流周期分量幅值為：I==5.315KA時(shí)間常數(shù)TaT于是可得短路沖擊電流為：i在三相短路故障模塊中輸入短路故障時(shí)刻為0.02s，對(duì)仿真模型進(jìn)行運(yùn)行，并在電流示波器和電壓示波器—Scope1和Scope2中查看得到的三相短路故障發(fā)生時(shí)三相供電系統(tǒng)的電流、電壓波形圖REF_Ref31093\r\h[3]。如圖1和圖2所示：圖1三相供電系統(tǒng)發(fā)生三相短路的短路電流波形圖圖2三相供電系統(tǒng)發(fā)生三相短路的電壓波形圖由圖1以顯而易見(jiàn)的知道，在0.02s故障發(fā)生前三相供電系統(tǒng)處于ABC三相處于穩(wěn)定狀態(tài)，但0.02s在發(fā)生故障以后A、B、C三相電流都發(fā)生了劇烈變化，并且A相幅度變化最大，隨后再逐漸與B、C兩相電流相匹配。由圖2可以顯而易見(jiàn)的知道，在0.02s前供電系統(tǒng)A、B、C三相電壓均處于穩(wěn)定狀態(tài)，但0.02s短路故障模塊發(fā)出三相短路故障信號(hào)后，A、B、C三相電壓斷崖式跌落為0。由圖1、圖2直觀的讀出短路電流周期分量的幅值大約為5.35KA，沖擊電流大約為8.4KA，這與短路計(jì)算的理論計(jì)算有些許誤差，但這可能是由于電源模塊的內(nèi)阻設(shè)置不同造成的。5.2.2兩相接地短路人為設(shè)置短路故障發(fā)生器發(fā)生故障時(shí)間為[0.02,0.3],然后運(yùn)行Simulink仿真模型，檢查電壓、電流示波器Scope1和Scope2并記錄下兩相故障情況下的系統(tǒng)電壓、電流波形圖圖3三相供電系統(tǒng)發(fā)生兩相接地短路的電流波形圖圖4三相供電系統(tǒng)發(fā)生兩相接地短路的電壓波形圖由圖4直觀的可知，在0.02s短路故障模塊發(fā)出兩相接地短路故障信號(hào)前三相供電系統(tǒng)的A、B、C三相電流均處于穩(wěn)定狀態(tài)，但在0.02s短路故障發(fā)生器發(fā)出兩相接地短路故障信號(hào)后A相電流迅速增大然后逐步減小，B相電流迅速減小然后逐步增大，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后A、B兩相電流幅值趨于相等，而C相電流能夠幾乎維持不變。在0.3s故障切除以后，A、B兩相的電流迅速減小到零，而C相電流幾乎保持不變。由圖5不難發(fā)現(xiàn)，在0.02s短路故障模塊發(fā)出兩相接地短路故障信號(hào)前三相供電系統(tǒng)的A、B、C三相電壓均處于穩(wěn)定狀態(tài)，但在0.02s短路故障發(fā)生器發(fā)出兩相接地短路故障信號(hào)后A、B兩相的電壓迅速減小至0，而C相電壓立即出現(xiàn)激增。在0.3s短路故障切除后A、B兩相電壓升高，C相電壓降低，三相供電系統(tǒng)恢復(fù)兩相接地短路故障發(fā)生前的穩(wěn)態(tài)。5.2.3單相接地短路圖5三相供電系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路的電流波形圖圖6三相供電系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路的電壓波形圖由圖5可明顯的觀察到，在0.02s短路故障模塊發(fā)出單相接地短路故障信號(hào)前三相供電系統(tǒng)的A、B、C三相電流均處于穩(wěn)定狀態(tài)，但在0.02s短路故障發(fā)生器發(fā)出單相接地短路故障信號(hào)后A相電流激增，而B、C兩相電流只有一些微弱的增大。但在0.1s單相接地短路故障切除以后，供電系統(tǒng)的A、B、C三相電流均恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。由圖6可明顯的觀察到，在0.02s短路故障模塊發(fā)出單相接地短路故障信號(hào)前三相供電系統(tǒng)的A、B、C三相電壓均處于穩(wěn)定狀態(tài)，但在0.02s短路故障發(fā)生器發(fā)出單相接地短路故障信號(hào)后，A相的電壓斷崖式下降為0，而B、C兩相的電電壓有較大的增加。在0.1s單相接地短路故障切除以后,A相電壓急劇升高至單相接地短路故障發(fā)生前的幅值，而B、C兩相電壓則降低單相接地短路故障發(fā)生前的幅值，三相供電系統(tǒng)恢復(fù)至單相接地短路故障發(fā)生前的穩(wěn)定狀態(tài)。5.2.4兩相短路圖7三相供電系統(tǒng)發(fā)生兩相短路的電流波形圖圖8三相供電系統(tǒng)發(fā)生兩相短路的電壓波形圖由圖7可明顯的觀察到，在0.02s短路故障模塊發(fā)出兩相短路故障信號(hào)前三相供電系統(tǒng)的A、B、C三相電流均處于穩(wěn)定狀態(tài)，但在0.02s短路故障發(fā)生器發(fā)出兩相短路故障信號(hào)后，三相供電系統(tǒng)中的A、B兩相電流發(fā)生較大變化，C相電流幾乎維持穩(wěn)定。由圖8可明顯的觀察到，在0.02s短路故障模塊發(fā)出兩相短路故障信號(hào)前三相供電系統(tǒng)的A、B、C三相電壓均處于穩(wěn)定狀態(tài)，但在0.02s短路故障發(fā)生器發(fā)出兩相短路故障信號(hào)后，三相供電系統(tǒng)中的A、B兩相電壓快速變?yōu)?，而C相電壓幅值迅速增大。在0.1s兩相短路故障切除后，供電系統(tǒng)中的A、B兩相