110 kV輸電線路短路故障仿真分析

彭皓+李玉慶

摘 要 利用MATLAB和ATP兩種不同的軟件，對110 kV輸電線路短路故障進(jìn)行仿分析。通過兩種仿真軟件對線路故障的仿真分析進(jìn)一步掌握在故障時輸電線路的電壓變化情況。

關(guān)鍵詞 兩相短路接地；故障發(fā)生器；ATP仿真；MATLAB仿真

中圖分類號：TM755 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）02-0103-01

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對電力傳輸?shù)目煽啃圆粩嗵岣?。在現(xiàn)在的電力傳輸過程中輸電線路的故障占據(jù)所有故障的70%以上，在線路故障中單相故障占大多數(shù)。在此應(yīng)用MATLAB和ATP軟件對單相短路、兩相短路故障進(jìn)行仿真分析。

1 短路故障分析

短路是電力系統(tǒng)的嚴(yán)重故障，在三相電力系統(tǒng)中，可能發(fā)生的短路有：三相短路、兩相短路、兩相短路接地和單相接地短路。

電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗表明，在各種類型的短路中，單相短路占大多數(shù)，兩相短路較少，三相短路的機(jī)會最少。單相故障是最為常見，最易于發(fā)生的故障。對于單相短路故障的研究已經(jīng)做了很多。下面以兩相短路接地故障為例進(jìn)行仿真分析。

2 MATLAB與ATP建模與仿真對比分析

MATLAB是功能強(qiáng)大的仿真軟件，SIMULINK在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也是極為廣泛，其功能這里不在贅述。

ATP（選擇性暫態(tài)程序）是EMTP的免費(fèi)版本，ATP中提供了大量的元件模型，同時支持自建模型設(shè)立。同時ATP得到眾多軟件程序的支持。這些軟件為電力系統(tǒng)建模提供了強(qiáng)大的支持，使其成為進(jìn)行電力系統(tǒng)研究的主流軟件。ATP軟件包括一系列的應(yīng)用程序：包括預(yù)處理軟件ATPDraw、繪圖程序plotxy、mtplot等、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序Converter、電力線纜程序LCC等。

2.1 MATLAB仿真故障點(diǎn)電壓模型建立與實現(xiàn)

圖1 故障點(diǎn)電壓波形圖

在MATLAB軟件中運(yùn)行Simulink Library Browser建立輸電線路短路故障模型。在電力系統(tǒng)的故障中，可能發(fā)生短路有電相接地短路、兩相短路、兩相接地短路和三相短路四種，以兩相接地短路為例進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。在設(shè)置三相故障發(fā)生器參數(shù)對話框里，選擇A、B兩相短路接地故障，故障發(fā)生時間是0.02 s ～0.04 s。

將故障點(diǎn)ABC三相的電壓作為測量電氣量。點(diǎn)擊仿真按鈕，在0.02 s～0.04 s之間故障發(fā)生器AB兩相發(fā)生短路故障，故其電壓理論上應(yīng)該為零；C相沒有發(fā)生故障電壓正常，在0.04 s以后相當(dāng)于故障切除，故電壓波形理論上恢復(fù)正常，從實際情況出發(fā)電壓在恢復(fù)正常之前有一個電壓短時間的波動作為緩沖。仿真波形圖如1所示。

通過電壓波形圖可以看出在0.04 s故障被切除后電壓并沒有瞬間恢復(fù)正常，而是通過短時間的電壓波動，這也正與上面的理論分析相符。

2.2 ATP仿真故障點(diǎn)電壓模型的建立與實現(xiàn)

ATP軟件在高壓仿真方面的有著獨(dú)特的優(yōu)勢，其仿真精度高、波形清晰。打開ATPDraw建立輸電線路短路故障模型。

模型中所用短路開關(guān)是三相短路開關(guān)，可以單獨(dú)設(shè)置每一相的通斷。接地故障是通過設(shè)置短路開關(guān)的打開和關(guān)閉時間來實現(xiàn)的。又通過電壓表和電流表來監(jiān)視輸電線路的電壓的動向。為了與MATLAB仿真效果圖進(jìn)行對比分析，設(shè)置短路開關(guān)的AB兩相在0.02 s～0.04 s時，閉合開關(guān)，來模擬線路接地故障。在0.04 s以后短路開關(guān)斷開相當(dāng)于故障切除，電壓理論上恢復(fù)正常。

電壓源采用110 kV的高電壓，輸電線1、2設(shè)置相同參數(shù)。設(shè)置電壓表測量故障點(diǎn)的三相電壓，通過仿真模型得出故障點(diǎn)電壓的仿真波形，如圖2所示。

圖2 故障點(diǎn)電壓波形圖

從圖中可以明顯的看出電壓波形的在故障排除后逐漸趨于穩(wěn)定的過程，圖中波形可以清晰的看到AB兩相在0.02 s時電壓變?yōu)榱?，?.04 s以后電壓有逐漸恢復(fù)的全過程。

通過兩種軟件仿真波形對比來看，ATP軟件在清晰度和精確度方面要比MATLAB強(qiáng)。如此在高電壓等精確度要求較高的仿真更適合用ATP軟件，但值得注意的是ATP軟件在仿真過程中對元器件參數(shù)的要求比較嚴(yán)格，對于那些精確度要求不是很高的情況用MATLAB也是非常不錯的。不過在波形圖輸出方面ATP的波形圖更清晰。

3 結(jié)論

利用MATLAB和EMTP/ATP兩種不同的軟件對同一故障進(jìn)行仿真分析，兩種軟件仿真得出的仿真波形圖都與理論結(jié)果一致。利用仿真圖形加深對各種短路故障狀態(tài)的研究，以便于對線故障做出精準(zhǔn)的判斷，從而針對不同的故障類型采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理，最大程度的減少經(jīng)濟(jì)損失。

參考文獻(xiàn)

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