完整版 高压输电线路故障仿真分析（短路部分）

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1、摘 要简要介绍了电力系统模型和MATLAB/SIMULINK中SimPowerSystems（电力系统元件库）的主要功能，SimPowerSystems是专门为电力系统设计的仿真分析软件，在对其基本元件进行介绍后，在仿真平台上，通过对一个简单的电力系统输电线路的电路故障进行设计、仿真、分析，得到了理想的仿真效果。关键词：Matlab; 电力系统； 短路故障； 仿真分析AbstractThis article introduces the power system madel and major functions of the simulation analysis software espe

2、cially for power system design,SimPowerSystems,in SIMULINK briefly.On MATLAB simulation flat,after introducing the basic components,we can get ideal simulation results by designing,simulating and analyzing short circuit fault of a simple power system transmission line.Key words:Matlab； power system;

3、 short circuit; simulation analysis目 录摘 要IAbstractII第一章 引言1课题的依据及课题的意义11.2 研究概况11.3 发展趋势21.4 本文的工作内容和目的2第二章 简单不对称故障的分析计算32.1 概述32.2 不对称三相系统中的对称分量法32.3 横向不对称故障的分析计算42.3.1 单相接地短路52.3.2 两相短路72.3.3 两相接地短路112.3.4 几点结论13第三章 高压输电线路短路故障模型建立15对MATLB和SIMULINK的简单介绍153.1.1 MATLAB软件153.1.2 SIMULINK/SimPowerSyste

4、ms介绍15仿真模型的设计与实现16仿真参数设置16第四章 故障仿真的波形分析18三相短路分析184.2 两相相间短路分析244.3 两相短路接地分析324.4 单相接地短路分析39结束语45参考文献46致 谢47第一章 引言意义发电厂发出的电，并不是只供附近的人们使用，还要传输到很远的地方，满足更多的需要。这些电不能直接通过普通的电线传输出去，而是要用高压输电线路传送的。在输送过程中有可能发生故障（短路、断路等），运用MATLAB软件进行仿真从而了解更多的故障方式，防患于未然。电力系统的所有一次设备在运行过程中由于外力、绝缘老化、过电压、误操作、设计制造缺陷等原因会发生如短路、断线等故障。最

5、常见同时也是最危险的故障时发生各种类型的短路。在发生短路时可能产生以下后果：1.通过短路点的很大短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏。2.短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用使其损坏或缩短其使用寿命。3.电力系统中部分地区的电压大大降低，使大量的电力用户的正常工作遭到破坏或产生废品。4.破坏电力系统中各发电厂之间并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至使系统瓦解。通过运用MATLAB软件进行的仿真，了解在输电线路上发生各种故障时的系统变化情况。有针对性的改善输电线路所装设的保护装置，使其能够在线路出现故障时迅速做出反应，保证线路安全运行，同时运行人员也可以根据保护装置动作情况很快地判断

6、出故障点所处位置，为线路检修争取宝贵时间并减少因故障而带来的巨大损失。安置在输电线路上的保护装置，当被保护的元件发生故障时，能自动、迅速、有选择的将故障从电力系统中切除，以保证其余部分恢复正常运行，并使故障元件免于继续受伤害。当被保护元件发生异常运行状态时，经一定延时动作于信号，以使值班人员采取措施。1.2 研究概况1949年，当时除东北有一条220kV和几条154kV线路，京津唐和台湾省建有规模不大的地区高压电网和上海市建有33kV点电压等级的电网外，其他地区只有以城市供电区为中心的发电厂，全国没有一个超高压电网。到1978年，我国建成了330kV输电线路535km和220KV输电线路226

7、7km，相应变电设备容量为490MV.A和2479MV.A。1998年，220K，是1978年的6.2倍和13倍，年均增长9.5%和13.7%。截止2005年底，国家电网公司共有500kV及以上跨区输电线路达11079km，分布在全国18个省市，变电（换流）容量达3412万K；220kV及以上输电线路252000km，变电容量867GV.A。中国已经形成一个比较完善并具有相当规模的电力工业企业。1.3 发展趋势中国已经掌握了先进的300MW、500MW和超临界的600MW火电机组、1000MW级核电机组和500kV交直流输变电工程的设计、施工、调试和运行技术，掌握了高180m级的各类大坝的筑坝

8、，掌握了大型抽水蓄能电站的设计、施工技术，有能力建设像二滩、三峡水电站那样的大型水电工程，开发了先进的大型水，火电厂分散控制系统。各大电网的计算机监控调度系数进入实用化阶段，使电网运行和调度开始走上了自动化。目前正在开展1000kV的特高压工程。电力工业贯彻国务院提出的“政企分开、省为实体、联合电网、统一调度、集资办电”和“因省、因网制宜”的方针，以集资办电为突破口开始了不断深化的电力体制改革，打破了长期以来形成的依靠中央政府一家办电的格局，形成了多渠道、多层次、多形式集资办电的局面，开拓了一条符合中国国情的有利于加速电力工业发展从而满足国民经济发展和人民生活水平日益提高对电力旺盛需求的新路。

9、1.4 本文的工作内容和目的首先简单介绍电力系统行业目前状况，而后说明电力系统出现的故障类型，并对某些故障的分析方法做了简单的阐述。对电力系统故障危害中的横向故障出现的三相短路、单相接地短路、两相短路、两相接地短路进行了分析计算。接着对MATLAB软件和部分仿真工具作了比较简单的介绍，利用MATLAB语言的Simulink工具对高压输电中出现的对称短路和不对称短路进行仿真,并对其各个故障点的电压及电流进行了波形分析,得到了理想的仿真效果。 第二章 简单不对称故障的分析计算2.1 概述在电力系统的故障中，仅在一处发生不对称短路或断线的故障称为简单不对称故障。它通常分为两类,一类叫横向不对称故障，

10、包括两相短路，单相接地短路以及两相接地短路三种类型。这种故障发生在系统中某一点的一些相之间或相与地之间，是处于网络三相支路的横向，故称为横向不对称故障，其特点是由电力系统网络中的某一点（节点）和公共参考点（地接点）之间构成故障端口。该端口一个是高电位点，另一个是零电位点。另一类故障叫纵向不对称故障，本文不做讨论。分析三相短路时，由于电路是对称的，短路电流周期分量也是对称的，只需分析其中的一相就可以了。但是，在系统发生不对称故障短路时，电路的对称性受到破坏，网络中出现了三相不对称的电压和电流，对称电路变成了不对称电路，不能只取一相进行计算，直接地去解这种不对称的电路是相当复杂的。1910年G.H

11、ommel提出了对称分量法，在电力系统分析和计算中得到广泛的应用。电力系统在正常运行时是三相对称的。当系统发生不对称故障时，电源电势及其阻抗仍然对称，但是在故障点处，三相阻抗将不对称。通常采用对称分量法对此类电路进行分析。在此所讨论的各种不对称故障的分析计算中，求出各序电流、各序电压对称分量及各相电流、电压值，一般都是指起始时或稳态时的基频分量。2.2 不对称三相系统中的对称分量法对称分量法：就是将一组不对称的三相相量分解为三组对称的三相相量，或者将三组对称的三相相量合成为一组不对称的三相相量的方法。对称分量法的实质是叠加定理在电力系统中的应用，因此只适用于线性系统的分析。在一个多相系统中，如

12、果各相量的绝对值相等，且相邻两相间的相位差相等，这就构成了一组对称的多相量。在三相系统中，任意不对称的三相量只可能分为三组对称分量，这三组对称分量分别为：（1）正序分量：三相量的正序分量大小相等，彼此相位互差120，且与系统在正常对称运行方式下的相序相同，这就是正序分量。此正序分量为一平衡三相系统，如图2-1（a）所示（图中的 可以为电动势、电压和电流）。正序分量通常又称为顺序分量。（2）负序分量：三相量的负序分量大小相等，彼此相位互差120，且与系统在正常对称运行方式下的相序相反，这就是负序分量。负序分量亦为一平衡三相系统，如图2-1（b）所示。负序分量通常又称为逆序分量。（3）零序分量：是

13、由大小相等，而相位相同的相量组成，如图2-1（c）所示。（a）正序分量 （b）负序分量 （c）零序分量图2-1 三相不对称相量所对应的三组对称分量在正序分量中恒有下列关系：， （2-1）式中： （2-2）显然存在：，在负序分量中恒有下列关系：， （2-3）在零序分量中有： （2-4）2.3 横向不对称故障的分析计算现在以图2-2所示的系统接线为例进行讨论。图2-3给出了与之对应的三序等值网络图。由图2-3写出基本方程如下（下标k表示短路处的量）。 （2-5）为从正序网络故障端口看进去的戴维南等值电动势，其值为故障器前故障点的a相电压。当计算稳态时，网络中的电动势用稳态电动势；当计算暂态时网络中

14、的电动势用暂态电动势或次暂态电动势。图2-2 系统接线图 图2-3 正、负、零序等值网络图为了使分析简单清楚，假定短路是发生在理想的阻抗等于零的引线上，电流的正方向为由电源指向短路点，电压的正方向则为故障点的每相指向地。本节将讨论单相接地短路、两相短路以及两相接地短路时故障点的各序的电流、电压分量以及各序的电流、电压的计算方法及其向量图的绘制。基于所选故障的具体情况，计算中均以a相作为基准相。2.3.1 单相接地短路单相接地短路时，假定a相接地短路，短路处以相量表示的边界条件方程为：； （2-6）转换为对称分量关系： （2-7）可见，单相接地短路时有零序电压，同时也存在零序电流（在中性点直接接

15、地的系统中）。由式（2-7）可知，A相接地短路时选基准相为a相，故障点b相和c相的序电压、序电流就没有式（2-7）的简单关系。同样，b相接地时选基准相位b相，c相接地时选基准相位c相，基准相的序电压、序电流具有式（2-7）的关系。故障处以序分量表示的边界条件指明了三序网络在故障端k处的联接方式。分析式（2-7），由于，所以正序网、负序网、零序网应串联。同时因为+，故三个序网串联后应短接，画出复合序网如图2-4所示。由复合序网可求出故障处的各序电流和电压。 图2-4单相接地短路时的复合序网图 （2-8） （2-9）短路处的各序功率为： （s=1,2,0） (2-10)根据对称分量的合成公式，可得

16、各相电流、电压为： （2-11） （2-12）由式（2-12）可得： （2-13）式（2-13）说明，两个非故障相电压的幅值比M与其间的相位差与的比值有关。因，作出电流相量关系如图2-5（b）所示。假定和得阻抗角相等（或为纯电抗），由，可知，滞后的相位角为，滞后的相角为，又，作出故障点电压相量图如图2-5（a）所示。图中示出的电压相量关系对应的是的情况，根据式(2-13),此时。图2-5 单相接地故障处电压、电流相量图从以上的分析计算可知，单相接地短路有以下一些基本特点：（1）短路处故障中的各序电流大小相等，方向相同，故障相中的=3=3=3，而两个非故障相中的电流均为零。（2）短路处正序电流的

17、大小与在短路点原正序网络上增加一个附加阻而发生三相短路时的电流相等。（3）短路点故障相的电压等于零。（4）在假定和的阻抗角相等的情况下，两个非故障相电压的幅值总等，相位差角的大小决定于的比值，当比值在范围内变化时，的变化范围为，对应比值为的情况，对应比值接近于零的情况。2.3.2 两相短路两相短路时，假定在K点发生bc两相短路。这种情况下以相量表示的边界条件方程如下：； （2-14）转换为对称分量：可得： ， （2-15） 即： （2-16）于是，以序分量表示的bc相短路的边界条件为：； ； （2-17）应当注意，bc相短路时选基准相为a相，故障点基准相的序电流、序电压才有式（2-17）的关系

18、，b相和c相的序电流、序电压就没有这样的关系。当然ac相短路时选b相为基准相，ab相短路时选c相为基准相，其故障点的序电流、序电压同样有这一关系。图2-6所示系统的各序等值网络。图2-6中k点bc两相短路时，因，故零序网络开路；又、，所以复合序网是正序网和负序网并联而成的，如图2-6（b）所示。图2-6 两相短路时的序网及复合序网图由复合序网可求得： （2-18）与之间的相位差为： （2-19）由此可知，等于系统负序阻抗的阻抗角。短路点的各序复数功率按下列式进行计算：正序功率： （2-20）负序功率： （2-21）式中 、-短路点的正序及负序电流的共轭值。故障处的各相电流、电压有序分量计算得：

19、 （2-22） （2-23）当时，由式（2-20）可知，此时有： （2-24）式中为同一故障点发生三相短路时的A相短路电流，。式（2-24）说明，如果故障点的（故障点远离电源），则两侧短路电流等于该点三相短路电流的倍。下面讨论故障点电压、电流的相量关系。由式（2-17）先作出、相量，再作出其他相的序分量电压，将同一相得各序电压合成，得故障点的电压相量如图2-7（a）所示。为了绘图简便，考虑纯电感电路，根据式（2-18），所以滞后的相位角为，同时，故相量作出后，可方便作出、相量。故障点的电流相量关系如图2-7（b）所示。若电路不为纯感性，则与间的相位角可按式（2-19）具体给出。由向量图也可求出

20、各相的电流和电压，用他们可以判断计算的结果是否正确。同时可以从相量图上一目了然地看出三相电流、电压的相对大小以及他们之间的相位关系。如在图2-7（b），因假定系统综合阻抗为纯电抗，有，则、与相重合等。图2-7 两相短路故障处电压、电流相量图从以上的分析计算可知，两相短路有以下几个基本特点：（1）短路电流及电压中不存在零序分量。（2）两故障相中的短路电流的绝对值相等，而方向相反，数值上为正序电流的倍。（3）当时，两相短路的故障相电流为同一点发生三相短路时的短路电流的倍，因此可以通过对序网进行三相短路计算来近似求两相短路的电流。（4）短路时非故障相电压在短路前后不变，两故障相电压总是大小相等，数值

21、上为非故障相电压的一半，两故障相电压相位上总是同相，但与非故障相电压方向相反。 两相接地短路两相接地短路时，假定bc两相接地短路。短路处以向量表示的边界条件为：， （2-25）转换成对称分量关系为： （2-26）可见，与单相接地情况相同，具有零序电压，也有零序电流（在中性点直接接地的系统中）。另外，bc相接地短路故障时选基准相为a相，自然，ca相相接地短路故障时选基准相为b相，ab相接地短路故障时选基准相为c相，与两相短路时的基准相选择完全相同。根据式（2-26）作出bc相接地的短路时的复合序网如图2-8所示。 图2-8 两相接地短路复合序网图由复合序网可求得非故障相各序的电气量如下： （2-

22、27） （2-28） （s=1,2,0） （2-29）各序分量求出来以后，根据对称分量的合成公式可求出故障处的各相电气量： （2-30）当、为纯电抗时，两故障相电流为：； （2-31）将，代入式（2-31），并将对其两端取绝对值，经整理后得： （2-32）两相接地短路时，流入地中的电流为： （2-33）故障处的各相电压为： （2-34）图2-9 两相短路接地故障处电压、电流相量图由作出电压相量，如图2-9（a）所示。假定和的阻抗角相等（或为纯电抗），根据，可作出、相量；又因，故可作出相量，从而、可作出。同时，接地电流 也可作出。电流相量关系如图2-9（b）所示。另外，分析式（2-30）可知，两

23、故障相电流、的幅值之比及其相位差与、的比值有关。图中示出的电流相量关系对应的是的情况，此时与的相位差。由以上分析可知，两相接地短路有以下几个基本特点：（1）短路处正序电流与在原正序网络上增接一个附加阻抗 后而发生三相短路时的短路电流相等。（2）短路处两故障相电压等于零。（3）在假定和的阻抗角相等的情况下，两故障相电流的幅值总是相等，其间的夹角随的不同而不同，当由0变到时，由变到，即。（4）流入地中的电流等于两故障相电流之和，大小由式（2-33）决定。 几点结论综合以上的分析计算，可得以下结论：由前述分析可知，在求解各种不对称故障时，故障支路的正序电流分量可用如下公式表示：（2-35）。式中-故

24、前故障点基准相的运行相电压；-与短路故障类型有关的阻抗（三相短路时，；两相短路时，；两相接地短路时，；单相接地短路时，）。由式（2-35）可见，不对称短路故障时故障支路的正序分量电流 ，等于故障点每相加上一个附加阻抗后发生三相短路的电流。这就是正序等效定则。故障点故障相电流的绝对值与故障支路的正序分量电流成正比，可表示为：。式中为与短路类型有关的比例系数，其值见表2-1。表2-1 不同短路故障类型的故障类型 三相短路 两相短路 两相接地短路 单相接地短路 1 3电力系统某一故障点的正序网络、负序网络及零序网络，属于基本序网，与故障类型、故障相别无关；但由各序网络组合成的复合序网与短路故障的类型

25、、相别有关。如前述，对同一类型的短路故障，不论发生在哪些相上，以特殊相位基准相所表示的边界条件是不变的，因而复合序网的形式是一样的，也是最为简单的。换言之，当不对称支路中有两相阻抗相同时，以特殊相为对称分量的基准相作出的复合序网图，在各序网之间可以不用互感器而直接连接起来。由以上所讨论的三种短路时复合序网图可以看出：单相接地短路时的复合序网是按三个序电压之和等于零和三个序电流相等的边界条件，由三个独立的序网络相串联而成的，所以常称这种故障为串联型故障；两相接地短路（或两相短路）时复合序网是按三个（或两个）序电流之和等于零和三个（或两个）序电压相等的边界条件，由各独立序网络并联而成的，所以称这种

26、故障为并联型故障。第三章 高压输电线路短路故障模型建立在建立仿真模型的过程中我们使用MATLAB软件中的Simulation工具，下面对它们作简单介绍。 MATLAB软件任何科学研究和工程设计，都无法离开数学运算。从最初一个新的设计构思到通过软件进行实际情况的模拟，再到应用到具体的工程之中，大量反复的数学计算让技术人员、科研人员费劲心思。其工作量之大往往消耗了大量的精力，但也许因为一个小小的计算失误而前功尽弃。因而科研人员根据自己的工程编制了不同的计算程序，但是浪费了大量的人力、物力。MATLAB就是基于这种需要诞生的。在MATLAB的数值计算方面，提供了矢量、矩阵、数组、线性代数、函数与多项

27、式、微积分等各方面的内容。不管是科学研究还是工程技术所涉及到的数值处理技术，MATLAB都给出了完善的解决方案。MATLAB在科学研究个工程设计方面的另一个重要内容，是推出了与数值处理联系紧密的图形绘制功能。众所周知，图形的直观表示对于科学分析有着举足轻重的作用。单凭数据的累计，技术人员和科研人员无法从繁芜的数据中提取重要的信息。MATLAB的图形处理功能对此进行了完美的解决。 SIMULINK/SimPowerSystems介绍MATLAB软件中的SIMULINK是用来对动态系统进行建模、仿真和分析的集成开发环境，是结合了框图界面和交互仿真能力的非线性动态系统仿真工具。SIMULINK 专用

28、元件库包含以下一些子元件库：Communications Blockset（通信元件库）、DSP Blockset （数字信号处理元件库）、SimPowerSystems（电力系统元件库）、Neural Network Blockset （神经网络元件库）等。这些元件库为解决具体的工程问题提供了更为快速、准确和简洁的途径，避免了用SIMULINK 提供的基本元件来构造模型的繁琐。SimPowerSystems（电力系统元件库）涵盖了电路分析、电力电子、电力系统等电气工程学科中基本元件的仿真模型。它包括：Electrical Sources（电力元件），Elements（线路元件），Power

29、Electronics（电力电子元件），Machines（电机元件），Connectors（连接器元件），Measurements（电路测量仪器），Extras（附加元件），Demos（演示教程）和Powergui（电力图形用户接口）等元件。3.2仿真模型的设计与实现在电力系统中，大多数故障时由于短路故障引起的。在发生短路故障的情况下，电力系统从一种状态变化到另一种状态，产生复杂的暂态现象。在三相系统中，可能发生短路有三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路。我们设定仿真模型使用理想三相电压源作为电路的供电电源，使用分布参数输电线路作为输电线路，输电线line1的长度为100km，输电线

30、路line2的长度为100km；使用三相电路短路故障发生器进行不同类型的短路。电压源为Y接类型，输电线路line2端为中性点接地。在Simulation菜单中选择需要的各种元件、节点等，进行合理放置并连接如图3-1所示。图3-1 恒定电压源电路短路模型当电路图设计完成后，对其进行参数的设置。（1）在前面设置三相电路短路故障发生器时，将接地短路的时间设置为0.01 0.04。根据接地短路发生时间设置仿真参数。（2）在电路图的菜单选项中，选择Simulation菜单，激活Configuration Parameters命令，弹出Configuration Parameters对话框。根据对暂态过程

31、时间的估算，对仿真参数进行如下设置：Start time: 0;Stop time: 0.1;Type: Variable-step,ode15s(stiff/NDF);Max step size: auto;Min step size: auto;Intial step size:auto;Relative tolerance: le-3;Absolute tolerance:auto。结束后还要对每个元件进行参数设置，然后才可以进行仿真实验。第四章 故障仿真的波形分析在三相电路短路故障发生器参数中将三相故障同时选中，并选择故障相接地选项。设置完电路图和仿真参数后，下面进行电路仿真。激活仿真

32、按钮，查看仿真波形。（1）故障点电流波形图。选择故障点A相电流作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A相电流波形如图4-1所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点A相电流由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而电流为0A。在时,三相电路短路故障发生器闭合,此时电路发生三相短路,故障点A相电流发生变化,由于闭合时由初始输入量和初始状态量，因而故障点A相电流波形下移。在时,三相电路短路故障发生器打开,相当于排除故障,此时故障点A相电流迅速下降为0A。 图4-1故障点A相电流波形图 图4-2 故障点B相电流波形图选择故障点B相电流作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点B相电流波形如图4-2

33、所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点B相电流由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而电流为0A。在时,三相电路短路故障发生器闭合,此时电路发生三相短路,故障点B相电流发生变化,由于闭合时由初始输入量和初始状态量，因而故障点B相电流波形上移。在时,三相电路短路故障发生器打开,相当于排除故障,此时故障点B相电流迅速上升为0A。选择故障点C相电流，作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点C相电流波形如图4-3所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点C相电流由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而电流为0A。在时,三相电路短路故障发生器闭合,此时电路发生三相短路,故障点C相电流发

34、生变化,由于闭合时由初始输入量和初始状态量，因而故障点C相电流波形上移。在时,三相电路短路故障发生器打开,相当于排除故障,此时故障点C相电流迅速下降为0A。选择故障点A相电流，故障点B相电流和故障点C相电流，作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点三相电流波形如图4-4所示。 图4-3 故障点C相电流波形图 图4-4 故障点三相电流波形图（2）故障点电压波形图。选择故障点A相电压作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A相电压波形如图4-5所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点A相电压由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而电压为正弦波形。在时,三相电路短路故障发生器闭合,此时电路发生

35、三相短路,故障点A相电压发生变化,突变为0。在时,三相电路短路故障发生器打开,相当于排除故障,此时故障点A相电压波动恢复正弦波形。选择故障点B相电压作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点B相电压波形如图4-6所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点B相电压由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而电压为正弦波形。在时,三相电路短路故障发生器闭合,此时电路发生三相短路,故障点B相电压发生变化, 突变为0。在时,三相电路短路故障发生器打开,相当于排除故障,此时故障点B相电压波动恢复正弦波形。 图4-5故障点A相电压波形图 图4-6 故障点B相电压波形图 图4-7故障点C相电压波形图 图4-

36、8 故障点三相电压波形图选择故障点C相电压作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点C相电压波形如图4-7所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点C相电压由于三相电路短路故障发生器处于断开状态， 因而电压为正弦波形。在时,三相电路短路故障发生器闭合,此时电路发生三相短路,故障点C相电压发生变化, 突变为0。在时,三相电路短路故障发生器打开,相当于排除故障,此时故障点C相电压波动恢复正弦波形。选择故障点A相电压，故障点B相电压和故障点C相电压，作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点三相电压波形如图4-8所示。（3）电源端电流波形图。在电源端输出的电流信号，分别选择A、B、C三相电流作为测量电气

37、量。激活仿真按钮，则电流波形图如图4-9所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时，三相电流由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而电流呈正弦变化。在时,三相电路短路故障发生器闭合,此时电路发生三相短路, 电流发生变化,A相电流波形整体上移；B相电流波形整体上移；C相波形整体下移。在时,三相电路短路故障发生器打开,相当于排除故障,此时三相电流波动恢复正弦变化。在三相短路期间，三相电流的波形比较变化，A相电流和B相电流呈整体下降趋势，C相电流呈整体上升趋势，三相电流的幅值增大。图4-9 电源端三相电流波形图图4-10 电源端三相电压波形图（4）电源端电压波形图。激活仿真按钮，则电流波形图如图4-

38、10所示。由图形可以得出以下结论：在三相短路过程中，电源端的三相电压只有一些波动，但没有发生显著变化。（5）故障点A相电流序分量波形图。选择故障点A相电流、故障点B相电流和故障点C相电流；使用矢量选择器选择故障点A相电流正序分量为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A相电流正序分量波形如图 4-11所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时故障点A相电流正序分量由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而幅值为0，相角为0。在时,三相电路短路故障发生器闭合,此时电路发生三相短路。在故障点A相电流正序分量发生变化,幅值迅速上升，相角下降，至大约-90deg时稳定，在三相电路短路故障发生器打开,相当于排

39、除故障，此时故障点A相电流正序分量的幅值下降，至时幅值为0；故障点A相电流正序分量的相角继续下降，至时降为大约-180deg，然后波动稳定到0。图4-11 故障点A相电流正序分量波形图图4-12 故障点A相电流负序分量波形图选择故障点A相电流、故障点B相电流和故障点C相电流；使用矢量选择器选择故障点A相电流负序分量为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A相电流负序分量波形如图4-12所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时故障点A相电流负序分量由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而幅值为0，相角为0。在时,三相电路短路故障发生器闭合,此时电路发生三相短路。在故障点A相电流负序分量发生变化,幅

40、值正弦变化，稳定在20V，相角大约180deg至-180deg之间线性下降。在三相电路短路故障发生器打开,相当于排除故障，此时故障点A相电流负序分量的幅值继续变化，至时幅值为0；故障点A相电流负序分量的相角持续变化，在后波动稳定到0。图4-13 故障点A相电流零序分量波形图选择故障点A相电流、故障点B相电流和故障点C相电流；使用矢量选择器选择故障点A相电流零序分量为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A相电流零序分量波形如图4-13所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时故障点A相电流零序分量由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而幅值为0，相角为0。在时,三相电路短路故障发生器闭合,此时电路

41、发生三相短路。在故障点A相电流零序分量没有显著变化,幅值为0。在三相电路短路故障发生器打开,相当于排除故障，此时故障点A相电流零序分量产生波动，稳定在0；幅角也产生一些波动,稳定为0。选择故障点A相电流、故障点B相电流和故障点C相电流作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A相电流正序、负序和零序分量波形图如图4-14所示。图4-14 故障点A相电流正序、负序和零序分量波形图图4-15 故障点A相电压正序、负序和零序分量波形图（6）故障点A相电压序分量波形图。选择故障点A相电压、故障点B相电压和故障点C相电压，作为测量电气量。激活仿真按钮,则故障点A相电压正序、负序、零序分量波形图如图4-15所

42、示。由波形图可以得出如下结论：在发生三相短路时，正序分量和负序分量发生较大的变化，而零序分量几乎没有变化。4.2 两相相间短路分析将三相电路短路故障发生器中的故障相选择为B相和C相故障,即发生B相和C相两相短路故障。设置完电路图和仿真参数后，下面进行电路仿真。激活仿真按钮，查看仿真波形图。（1）故障点电流波形图。选择故障点A相电流作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A相电流波形如图4-16所示。由图形可以得出以下结论：在B、C 发生两相短路时，故障点A相电流没有变化，始终为0。 图4-16 故障点A相电流波形图 图4-17 故障点B相电流波形图选择故障点B相电流作为测量电气量。激活仿真按钮，

43、则故障点B相电流波形如图4-17所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点B相电流由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而电流为0A。在时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生B、C两相短路，故障点B相电流发生变化，波形下移，呈正弦波形变化。在时，三相电路短路故障发生器打开，相当于排除故障。此时故障点B相电流迅速上升为0A。 图4-18 故障点C相电流波形图 图4-19故障点三相电流波形图选择故障点C相电流作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点C相电流波形如图4-18所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点C相电流由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而电流为0A。在时，

44、三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生B、C两相短路，故障点C相电流幅值发生变化，波形上移，呈正弦波形变化。在时，三相电路短路故障发生器打开，相当于排除故障。此时故障点C相电流迅速下降为0A。选择故障点A相电流、B相电流和C相电流作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点三相电流波形如图4-19所示。由图形可以得出以下结论：当电路发生B、C两相短路故障时，A相电流没有变化，B相电流波形下移，C相电流波形上移。（2）故障点电压波形图。选择故障点A相电压作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A相电压波形如图4-20所示。由图形可以得出以下结论： A相为非故障相，其电压波形仅在两相短路期间波的幅值变大

45、，但是波形不变。 图4-20 故障点A相电压波形图 图4-21故障点B相电压波形图选择故障点B相电压作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点B相电压波形如图4-21所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点B相电压由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而电压为正弦变化。在时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生B、C两相短路，故障点B相电压发生变化，突变为0。在时，三相电路短路故障发生器打开，相当于排除故障。此时故障点B相电压波动恢复正弦波形。选择故障点C相电压作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点C相电压波形如图4-22所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点C相电压由于三相

46、电路短路故障发生器处于断开状态，因而电压为正弦变化。在时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生B、C两相短路，故障点C相电压发生变化，突变为0。在时，三相电路短路故障发生器打开，相当于排除故障。此时故障点C相电压波动恢复正弦波形。 图4-22 故障点C相电压波形图 图4-23故障点三相电压波形图选择故障点A相电压、B相电压和C相电压作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点三相电压波形如图4-23所示。由图形可以得出以下结论：在B、C两相发生短路故障时，故障A相电压波形幅值增大。B相和C相电压降为0V。（3）电源端电流波形图。在电源端输出的电流信号，分别选择A、B、C三相电流作为测量电气量。激

47、活仿真按钮，则电流波形图如图4-24所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时，A相为非故障相，在B、C两相发生短路时，波形没有变化。B、C两相电流由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而两相电流呈正弦变化。在时,三相电路短路故障发生器闭合,此时电路发生B、C两相短路,两相电流发生变化,B相电流波形整体上移，C相电流波形整体下移，B、C两相电流的幅值增大。在时,三相电路短路故障发生器打开,相当于排除故障,此时两相电流波动恢复正弦变化。图4-24电源端三相电流波形图（4）电源端电压波形图。在电源端输出的电压信号，分别选择A、B、C三相电压作为测量电气量。激活仿真按钮，则电压波形图如图4-25所示

48、。由图形可以得出以下结论：在两相短路过程中，电源端的三相电压只有一些波动，但是没有发生显著的变化。图4-25电源端三相电压波形图图4-26 故障点A相电流正序分量波形图（5）故障点A相电流序分量波形图。选择故障点A相电流、故障点B相电流和故障点C相电流；选择故障点A相电流正序分量作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A相电流正序分量波形如图4-26所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点A相电流正序分量由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而幅值为0，相角为0。在时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生B、C两相短路，故障点A相电流正序分量发生变化，幅值迅速上升，相角下降，至大约

49、-90deg时稳定。在时，三相电路短路故障发生器打开，相当于排除故障。此时故障点A相电流正序分量幅值下降，至时幅值为0；故障点A相电流正序分量的相角继续下降，至时降为大约-180deg，然后稳定到0。选择故障点A相电流、故障点B相电流和故障点C相电流；选择故障点A相电流负序分量作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A相电流负序分量波形如图4-27所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点A相电流负序分量由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而幅值为0，相角为0。在时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生B、C两相短路，故障点A相电流负序分量发生变化，幅值迅速上升，相角突变为大约12

50、0deg，下降至大约90deg时稳定。在时，三相电路短路故障发生器打开，相当于排除故障。此时故障点A相电流负序分量幅值下降，至时幅值为0；故障点A相电流正序分量的相角继续下降，至时稳定到0。 图4-27 故障点A相电流负序分量波形图图4-28 故障点A相电流零序分量波形图选择故障点A相电流、故障点B相电流和故障点C相电流；选择故障点A相电流零序分量作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A相电流零序分量波形如图4-28所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点A相电流零序分量由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而幅值为0，相角为0。在时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生B、C两

51、相短路，故障点A相电流零序分量幅值缓慢波动上升，相角保持不变。在时，三相电路短路故障发生器打开，相当于排除故障。此时故障点A相电流零序分量幅值缓慢波动下降，至时稳定在0，相角不变。在发生突变后稳定至0。选择故障点A相电流、故障点B相电流、故障点C相电流作为电气测量量，激活仿真按钮，则故障点A相电流正序、负序、零序分量波形如图4-29所示。由图形可以得出，故障时,A相电流正序、负序的幅值变化较大，零序分量变化不大。A相电流正序滞后负序分量180deg。图4-29 故障点A相电流正序、负序和零序分量波形图图4-30 故障点A相电压正序分量波形图（6）故障点A相电压序分量波形图。选择故障点A相电压、

52、故障点B相电压和故障点C相电压；选择故障点A相电压正序分量作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A相电压正序分量波形如图4-30所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点A相电压正序分量由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而幅值为线性上升，相角为0。在时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生B、C两相短路，故障点A相电压正序分量发生变化，幅值波动后稳定在20000V左右，相角在0deg左右缓慢波动。在时，三相电路短路故障发生器打开，相当于排除故障。此时故障点A相电压正序分量继续线性上升，至时幅值为45000V；故障点A相电压正序分量的相角继续缓慢波动，最后稳定到0。图4-31 故

53、障点A相电压负序分量波形图图4-32 故障点A相电压零序分量波形图选择故障点A相电压、故障点B相电压和故障点C相电压；选择故障点A相电压负序分量作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A相电压负序分量波形如图4-31所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点A相电压负序分量由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而幅值正弦变化，相角为线性下降变化趋势。在时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生B、C两相短路，故障点A相电压负序分量发生变化，幅值波动上升后稳定在2000V左右，相角突变后，在180deg处下降至0，然后-100deg处波动。在时，三相电路短路故障发生器打开，相当于排除故障

54、。此时故障点A相电压负序分量幅值迅速下降，至时幅值为0V；故障点A相电压负序分量的相角继续缓慢波动，最后在后突变。选择故障点A相电压、故障点B相电压、故障点C相电压；选择故障点A相电压零序分量作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A相电压零序分量波形如图4-32所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点A相电压零序分量由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而幅值为0，相角为0。在时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生B、C两相短路，故障点A相电压零序分量发生变化，幅值迅速上升后，稳定在20000V左右，相角突变后，从大约60deg处下降，稳定在0deg左右。在时，三相电路短路故障

55、发生器打开，相当于排除故障。此时故障点A相电压零序分量幅值迅速下降，至时幅值为0；故障点A相电压零序分量的相角继续缓慢波动，然后迅速突变到0。图4-33 故障点A相电压正序、负序、零序分量波形图选择故障点A相电压、故障点B相电压、故障点C相电压；使用矢量选择器选择故障点A相电压正序、负序、零序分量作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A相电压正序、负序、零序分量波形如图4-33所示。由图形可以得出以下结论:故障时A相电压正序、负序、零序的幅值相同为45000V左右。从相角上看，A相电压正序分量基本在0deg波动，负序和零序分量基本在100deg和-100deg处波动。4.3 两相短路接地分析将

56、三相电路短路故障发生器参数中选择为B相和C相故障，并选择故障相接地选项。即发生B相和C相两相短路接地故障。设置完电路图和仿真参数后，下面进行电路仿真。激活仿真按钮，查看仿真波形图。（1）故障点电流波形图。选择故障点A相电流，作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A相电流波形如图4-34所示。由图形可以得出以下结论：由图形可以得出以下结论:在B相和C相发生两相短路接地时,故障点A相电流没有变化,始终为0。 图4-34 故障点A相电流图 图4-42 故障点B相电流图 图4-36 故障点C相电流图 图4-37 故障点A相电压图选择故障点B相电流，作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点B相电流波形如图

57、4-35所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点B相电流由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而电流为0A。在时,三相电路短路故障发生器闭合,此时电路发生B相和C相短路接地,故障点B相电流发生变化,由于闭合时由初始输入量和初始状态量，因而故障点B相电流波形上移，呈正弦波形变化。在时,三相电路短路故障发生器打开,相当于排除故障,此时故障点B相电流迅速上升为0A。选择故障点C相电流，作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点C相电流波形如图4-36所示。在稳态时，故障点C相电流由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而电流为0A。在时,三相电路短路故障发生器闭合,此时电路发生B相和C相两相

58、短路接地,故障点C相电流发生变化，由于闭合时由初始输入量和初始状态量，因而故障点C相电流波形下移。在时，三相电路短路故障发生器打开，相当于排除故障，此时故障点C相电流迅速下降为0A。（2）故障点电压波形图。选择故障点A相电压，作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点A相电压波形如图4-37所示。由图形可以得出以下结论：A相为非故障相，其电压波形仅在两相短路期间发生震荡，但是波形不变。选择故障点B相电压，作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点B相电压波形如图4-38所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点B相电压由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而电压为正弦变化。在时,三相电路短路故障发生器闭合,此时电路发生B相和C相短路接地,故障点B相电压发生变化,突变为0。在时,三相电路短路故障发生器打开,相当于排除故障,此时故障点B相电压波动恢复正弦波形。 图4-38 故障点B相电压图 图4-39 故障点C相电压图选择故障点C相电压，作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点C相电压波形如图4-39所示。由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点C相电压由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而电压为正弦波形。在时,三相电路短路故障发生器闭合,此