110 kV输电线路短路故障仿真分析

彭皓+李玉庆

摘 要 利用MATLAB和ATP两种不同的软件，对110 kV输电线路短路故障进行仿分析。通过两种仿真软件对线路故障的仿真分析进一步掌握在故障时输电线路的电压变化情况。

关键词 两相短路接地；故障发生器；ATP仿真；MATLAB仿真

中图分类号：TM755 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）02-0103-01

随着经济的不断发展，对电力传输的可靠性不断提高。在现在的电力传输过程中输电线路的故障占据所有故障的70%以上，在线路故障中单相故障占大多数。在此应用MATLAB和ATP软件对单相短路、两相短路故障进行仿真分析。

1 短路故障分析

短路是电力系统的严重故障，在三相电力系统中，可能发生的短路有：三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路。

电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。单相故障是最为常见，最易于发生的故障。对于单相短路故障的研究已经做了很多。下面以两相短路接地故障为例进行仿真分析。

2 MATLAB与ATP建模与仿真对比分析

MATLAB是功能强大的仿真软件，SIMULINK在电力系统中的应用也是极为广泛，其功能这里不在赘述。

ATP（选择性暂态程序）是EMTP的免费版本，ATP中提供了大量的元件模型，同时支持自建模型设立。同时ATP得到众多软件程序的支持。这些软件为电力系统建模提供了强大的支持，使其成为进行电力系统研究的主流软件。ATP软件包括一系列的应用程序：包括预处理软件ATPDraw、绘图程序plotxy、mtplot等、数据转换程序Converter、电力线缆程序LCC等。

2.1 MATLAB仿真故障点电压模型建立与实现

图1 故障点电压波形图

在MATLAB软件中运行Simulink Library Browser建立输电线路短路故障模型。在电力系统的故障中，可能发生短路有电相接地短路、两相短路、两相接地短路和三相短路四种，以两相接地短路为例进行参数设置。在设置三相故障发生器参数对话框里，选择A、B两相短路接地故障，故障发生时间是0.02 s ～0.04 s。

将故障点ABC三相的电压作为测量电气量。点击仿真按钮，在0.02 s～0.04 s之间故障发生器AB两相发生短路故障，故其电压理论上应该为零；C相没有发生故障电压正常，在0.04 s以后相当于故障切除，故电压波形理论上恢复正常，从实际情况出发电压在恢复正常之前有一个电压短时间的波动作为缓冲。仿真波形图如1所示。

通过电压波形图可以看出在0.04 s故障被切除后电压并没有瞬间恢复正常，而是通过短时间的电压波动，这也正与上面的理论分析相符。

2.2 ATP仿真故障点电压模型的建立与实现

ATP软件在高压仿真方面的有着独特的优势，其仿真精度高、波形清晰。打开ATPDraw建立输电线路短路故障模型。

模型中所用短路开关是三相短路开关，可以单独设置每一相的通断。接地故障是通过设置短路开关的打开和关闭时间来实现的。又通过电压表和电流表来监视输电线路的电压的动向。为了与MATLAB仿真效果图进行对比分析，设置短路开关的AB两相在0.02 s～0.04 s时，闭合开关，来模拟线路接地故障。在0.04 s以后短路开关断开相当于故障切除，电压理论上恢复正常。

电压源采用110 kV的高电压，输电线1、2设置相同参数。设置电压表测量故障点的三相电压，通过仿真模型得出故障点电压的仿真波形，如图2所示。

图2 故障点电压波形图

从图中可以明显的看出电压波形的在故障排除后逐渐趋于稳定的过程，图中波形可以清晰的看到AB两相在0.02 s时电压变为零，到0.04 s以后电压有逐渐恢复的全过程。

通过两种软件仿真波形对比来看，ATP软件在清晰度和精确度方面要比MATLAB强。如此在高电压等精确度要求较高的仿真更适合用ATP软件，但值得注意的是ATP软件在仿真过程中对元器件参数的要求比较严格，对于那些精确度要求不是很高的情况用MATLAB也是非常不错的。不过在波形图输出方面ATP的波形图更清晰。

3 结论

利用MATLAB和EMTP/ATP两种不同的软件对同一故障进行仿真分析，两种软件仿真得出的仿真波形图都与理论结果一致。利用仿真图形加深对各种短路故障状态的研究，以便于对线故障做出精准的判断，从而针对不同的故障类型采取相应的措施进行处理，最大程度的减少经济损失。

参考文献

[1]何仰赞，温增银.电力系统分析[M].华中科技大学出版社，2006.

[2]袁军，陈继刚，张闻俊.基于MATLAB的电力输电线路短路分析[J].科学技术与工程，2008，15（43）：19-21.

[3]王海祥.基于EMTP/ATP和Matlab的电力系统不平衡短路仿真与数据处理[J].金陵科技学院学报，2011，12（4）：17-20.endprint