基于Matlab的輸電線路故障波形仿真研究

徐竟?fàn)帯〕塘种?/p>

【摘 要】為了對(duì)輸電線路故障波形進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的診斷識(shí)別與繪制，本文運(yùn)用Matlab軟件豐富的繪制以及仿真波形的優(yōu)勢(shì)，成功仿真出了輸電線路故障波形圖。利用Simulink軟件包畫(huà)出輸電線路故障模型圖，并重點(diǎn)介紹模型圖中元件的參數(shù)以及具體仿真過(guò)程。結(jié)果表明，輸電線路故障波形圖能準(zhǔn)確反應(yīng)故障類型。對(duì)以后輸電線路故障的診斷具有很好的參考價(jià)值以及實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】輸電線路；故障；Matlab；仿真

【Abstract】In order for the transmission-line fault waveform for fast， accurate diagnosis to identify and draw， draw this paper， the advantages of rich and Matlab software simulation waveforms， the success of a transmission line fault simulation waveforms. Packages using Simulink model diagram drawn transmission line fault， and highlight specific simulation parameters and process model diagram elements. The results show that the transmission line fault waveforms can accurately reflect the type of fault. Has a good reference value for later transmission line fault diagnosis and the realization of the foundation.

【Key words】Transmission-line； Fault； Matlab； Simulation

0 引言

隨著社會(huì)不斷地發(fā)展，電力事業(yè)取得了很大的發(fā)展及進(jìn)步，電能在越來(lái)越廣泛的范圍內(nèi)被使用，已經(jīng)融入了現(xiàn)代社會(huì)和經(jīng)濟(jì)生活的每個(gè)角落，電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行是經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展和社會(huì)安定的重要保證。而輸電線路在實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生各種故障，如單相短路故障、兩相短路、兩相接地短路，三相短路以及斷路故障等。及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)輸電線路進(jìn)行故障診斷就顯得非常重要。由于我國(guó)幅遼闊，地形地貌的多樣性致使輸電線路工作環(huán)境極為惡劣，輸電線路發(fā)生故障導(dǎo)致線路跳閘、停電，對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行造成了很大威脅，所以，在線路發(fā)生故障時(shí)能及時(shí)判別故障類型，減少因故障引起的停電損失，降低尋找故障點(diǎn)的勞動(dòng)強(qiáng)度，盡最大可能降低對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的擾動(dòng)程度，確保電力系統(tǒng)的安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要的意義[1]。

1 輸電線路故障的建模

輸電線路中某一回路或某幾個(gè)回路非正常斷開(kāi)，回路間電流無(wú)法正常流通的故障稱為斷路故障；輸電線路中不同電位的兩點(diǎn)通過(guò)電的良導(dǎo)體連接，使得線路處于非正常工作狀態(tài)的故障，稱為短路故障，短路故障可以分為輸電線路中的某點(diǎn)非正常接地形成的接地故障以及輸電線路中導(dǎo)線通過(guò)導(dǎo)體相連的相間短路。接地故障可以細(xì)分為單相接地故障、兩相接地故障。各種故障的形成原因和故障特征各不相同，下文對(duì)各種故障進(jìn)行特征分析，構(gòu)建一個(gè)輸電線路[2]如圖1所示。

由于本文中只考慮輸電線路中線路故障，所以模型中不設(shè)變壓器及輸電線路附屬設(shè)備等，模型由S1、S2兩個(gè)三相電源L1、L2為兩段分布式輸電線及兩個(gè)三相負(fù)載和測(cè)量器件構(gòu)成，根據(jù)故障類型添加一個(gè)三相故障器件進(jìn)行仿真。

2 故障類型以及故障波形仿真

2.1 單相接地短路故障

在實(shí)際的電路中，單相接地故障時(shí)，負(fù)荷會(huì)有所減小，所以故障相電流按所用負(fù)荷大小而相應(yīng)增大，所以較非故障相有所增加，相電壓則為非故障相對(duì)地電壓，最明顯特征為故障相線電壓急劇減小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于非故障相線電壓，在理想條件下為零。仿真所得到的與計(jì)算分析的規(guī)律一致。單相接地故障特征是：發(fā)生故障的A相電壓遠(yuǎn)小于B、C相對(duì)地電壓，一般情況下，故障相電壓乘以10仍就比非故障相的對(duì)地電壓小，這點(diǎn)可以作為單相接地故障的判據(jù)[3-4]。

用Matlab仿真得到A相接地故障的波形圖如圖2、圖3所示。

圖示中，設(shè)置三相故障器轉(zhuǎn)換時(shí)間為[1/50 5/50]，所以圖中從0.02S開(kāi)始發(fā)生短路故障，在0.1S時(shí)結(jié)束，之后又恢復(fù)正常情況下的波形。

2.2 兩相接地短路故障

兩相接地故障發(fā)生時(shí)，兩故障相的電流有所增大，非故障相電流近似不變，故障相的電壓急劇減小近乎為零，非故障相電壓不變。

兩相接地故障特點(diǎn)：兩故障相電壓降低，故障相的電流增大，與以上分析保持一致。

設(shè)A相與B相發(fā)生兩相接地短路，用Matlab仿真出電流與電壓波形如圖4、圖5所示，設(shè)置三相故障器的參數(shù)不變。

2.3 兩相相間短路故障

兩相相間短路故障的特點(diǎn)是兩故障相的電流增大，電壓降低。

設(shè)A相與B相發(fā)生兩相相間短路，用Matlab仿真出電流波形與電壓波形如圖6、圖7所示。

2.4 三相短路故障

3 結(jié)論

本文首先對(duì)輸電線路各種故障進(jìn)行理論分析，得出各種故障的特征，并在Matlab的Simulink工具中建立輸電線路模型[5]，對(duì)各種故障進(jìn)行仿真，得到故障的電流、電壓波形，驗(yàn)證理論分析出的故障特征。仿真結(jié)果達(dá)到了理論所期望的輸電線路故障波形，符合要求，對(duì)以后進(jìn)一步研究輸電線路故障的診斷具有很好的參考價(jià)值。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]祝龍記，石曉燕.電氣工程與自動(dòng)化控制系統(tǒng)的Matlab仿真[M].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2013.

[3]thomas Dalstein，Benm Kulieke Neural network approach to fault classification for high speed protective relaying[J]. IEEE Trans.On Power Delivery， 1995， 10（2）：1002·1011.

[4]K.Karthikeyan. Power System fault detection and classification by wavelet transforms and adaptive resonance theory neural networks [D]. University of Kentucky， 2007.

[5]姚東，王愛(ài)民，馮峰，王朝陽(yáng)，等.Matlab命令大全[M].人民郵電出版社，2006.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]