基于Multisim13的高壓三相短路仿真實驗

強秀華， 李 林

(蘭州職業技術學院 機電工程系， 甘肅 蘭州 730070)

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基于Multisim13的高壓三相短路仿真實驗

強秀華， 李 林

(蘭州職業技術學院 機電工程系， 甘肅 蘭州 730070)

根據工廠供電系統圖，設置高壓三相短路點，分析高壓三相短路時的電流和電壓以及主要影響短路電流的因數。以Multisim13為平臺，開發其元件庫功能，正確設置元件的參數，結合實際電氣運行操作，搭建高壓三相短路模型，仿真高壓三相短路時狀態，其結果表明，與工廠供電系統圖計算結果吻合，效果清晰明了，解決了高壓短路實驗不易實現的困難，同時，學生通過參與仿真實驗，不僅將抽象的知識具體化，也將軟件應用充分化，從而學到了許多分析問題和解決問題的方法。

Multisim13； 仿真； 工廠供電系統； 高壓三相短路

0 引 言

“工廠供電”是一門實踐性較強的專業課[1]，其開展實驗的環節是很困難的，特別是高壓三相短路的實驗，不僅需要高壓環境，而且短路實驗的危險性較大。但如果只是理論講解，學生學習起來枯燥無味，教學效果不理想。基于這種情況，應用Multisim13來仿真, 既增加了學生的學習興趣，也提高了學生對實踐環節的認知能力，為學生將來的就業打下良好的基礎[]。

1 Multisim13

Multisim13是美國NI公司出臺的一門電子電路應用仿真軟件，隨著它不斷的發展，其元件庫越來越強大。通過的元件庫功能的利用和開發，可以通過Multisim13 來仿真供電系統中的很多實驗環節[2-4]。下面以“工廠供電系統的三相短路”為實驗內容，介紹具體電路的設計與仿真運行的方法。

2 工廠供電系統

2.1 工廠供電系統圖

根據系統圖，設置工廠變電所高壓10 kV母線上的三相短路點為K-1，低壓母線上的短路點為K-2。 在此我們以K-1點為例來具體介紹如何仿真。

圖1 供電系統圖

2.2 供電系統電抗的計算

影響三相短路電流大小的主要因素是短路電路中的電抗[5]，主要有電力系統的電抗，架空線的電抗和變壓器的電抗，K-1點是在變壓器的高壓側，故計算短路電流時，不考慮變壓器電抗的影響。短路點的短路電壓高出所在電壓的5%,故K-1點的短路電壓為10.5 kV[6]。

電力系統的電抗：查《電力設計手冊》得SN10-10II型斷路器的斷流容量Soc=500 MV·A。

架空線路的電抗：查《電力設計手冊》得X0=0.35 Ω/km

X2=X0l=0.35×5=1.75 Ω

總的電抗為：

XΣ(k-1)=X1+X2=0.22+1.75=1.97 Ω

三相短路電流的有效值為：

3 仿真電路的設計

仿真元件的創建與選擇以及參數的設置是Multisim13仿真的關鍵，只有選擇與供配電系統相匹配的仿真元件，才能實現相應的仿真功能。

3.1 電源的創建與參數設置

因此其參數設置為：“Voltage”為5774V、“Frequency”為50 Hz，初相位分別為：0°，-120°，120°。

3.2 三相變壓器的創建與參數設置[9]

由于Multisim13它是一款電子仿真軟件，元件庫中是沒有符合車間變電所的電力變壓器模型的[10]，但它的元件庫里現有的虛擬變壓器，我們可以通過三個完全相同的單相變壓器來搭建，接線時注意同名端和異名端[11]，其所設置的參數也要一樣，通過這個組裝可以完成實際所需的變壓器，具體做法與變壓器的組別有關，我們在這里采取變壓器Y0y0的形式[12]，如圖2(a)：搭建好所需變壓器后，關鍵是設置變壓器的參數，首先，確定變壓器的變壓比。根據國家標準GB156-1993《電壓標準》規定，

(a)

(b)

(c)

車間變電所高壓側的額定電壓10 kV，低壓側的額定電壓220/380 V，因此，其變壓比為：

所以，變壓器一次側和二次側的匝數比為26.32，在此，我們以N2=100,則一側的匝數為2 632匝。其次，確定變壓器一次繞組的電阻。以S9-1 250/10(6)三相變壓器為例，通過設備手冊[13]可查出，空載損耗1.95 kW、負載損耗12 kW、空載電流1.6%、阻抗電壓4.5%，由此可推算變壓器的勵磁電阻,

變壓器在空載時Rm>R1，因此，該變壓器一次繞組的直流電阻約為20 Ω左右。仿真試驗時，該電阻值可在20～70 Ω的范圍內選擇，具體數值需要根據負荷的大小而定。而變壓器二次繞組的直流電阻一般均小于1 Ω，具體數值的選擇也需視負荷的大小而定,其余參數默認[14]。值得注意的是，3個單相變壓器的參數設置要相同。其參數設置如圖2(b)、(c)所示。

3.3 其他元件的創建與參數設置

由于Multisim13中沒有高壓斷路器這個元件，可通過三相開關來模擬通斷。儀器儀表可從Multisim13相應元件庫中查找，其參數設定為默認值。

4 仿真運行

完成元件的創建和參數設置后，可按供電圖的連接關系，合理調整元件的布局，連接仿真電路，見圖3。

圖3 仿真電路

正常運行時，斷開S3開關，然后合上出線斷路器S2，再合上高壓斷路器S1。仿真結果表顯示，各儀表數據顯示與計算相吻合。

由于Multisim13中沒有符合供電系統的電抗，故在搭建仿真電路時，采取在每相電路中串接Multisim13元件庫中的虛擬電感來代替，如圖3所示,并且根據系統圖計算結果設置電感值，在此根據系統圖所提供的參數，其值為：

L=X/ω=X/2πf=1.97/314=6.2(mH)

根據系統圖，K-1點的三相短路可以用過開關S3來實現，將開關的3個頭接在一起，當合上S3時，線路發生三相短路。由圖的黑色圈起的部分來實現高壓側的短路。無限大容量系統發生三相短路時[15]，其短路點的短路電壓高出所在電壓的5%,故K-1點的短路電壓為10.5 kV(線電壓)，故此時電源的相電壓為6 062 V,其余參數不變，如圖4所示。根據儀表顯示的數據，短路電流與計算吻合。

5 結 語

雖然Multisim13是有關電路電子的仿真軟件，但是合理開發其元件庫功能，可以仿真很多有關工廠供電系統的實例，將復雜、抽象的理論問題直觀化、形象化，同時，解決了學校設備不足、實驗難做的困難，提高了“工廠供電”的教學效果。

圖4 短路電流的仿真圖

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Simulation Experiment for High Voltage Three-Phase Short Circuit Based on MUTISIM13

QIANGXiu-hua，LILin

(The Department of Electrical Engineering, Lanzhou Vocational Technical College, Lanzhou 730070, China)

According to the factory power supply system, this article sets up the three-phase short-circuit point, and analyzes changes of short-circuit and voltage and the main influence of short-circuit. We take Multisim13 as the platform and develop its component library function, set up the element parameters correctly, combine with the actual electrical operation, and build the three-phase short circuit model. The teaching experiences have shown that the results of simulation are clear and its effect is significant. The design can analyze short-circuit current and solve difficulty of experiment. Students can learn the abstract specific knowledge, also software adequately. At the same time, they can analyze and solve problem by the simulation experiments.

MUTISIM13; simulation; factory power supply system; high voltage three-phase short-circuit

2015-01-22

2012年住建部、財政部光電建筑一體化示范項目(620100G01)

強秀華(1978-)，女，甘肅文縣人，碩士，講師，主要研究方向：電氣工程及其自動化。

Tel.:13639316365; E-mail: qiangxiuhua@126.com

TM 743

A

1006-7167(2015)10-0108-03