基于Matlab的輸電線路故障波形仿真研究

徐竟爭　程林中

【摘 要】為了對輸電線路故障波形進行快速、準確的診斷識別與繪制，本文運用Matlab軟件豐富的繪制以及仿真波形的優勢，成功仿真出了輸電線路故障波形圖。利用Simulink軟件包畫出輸電線路故障模型圖，并重點介紹模型圖中元件的參數以及具體仿真過程。結果表明，輸電線路故障波形圖能準確反應故障類型。對以后輸電線路故障的診斷具有很好的參考價值以及實現基礎。

【關鍵詞】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

隨著社會不斷地發展，電力事業取得了很大的發展及進步，電能在越來越廣泛的范圍內被使用，已經融入了現代社會和經濟生活的每個角落，電力系統安全可靠運行是經濟穩定發展和社會安定的重要保證。而輸電線路在實際運行中經常發生各種故障，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。及時準確地對輸電線路進行故障診斷就顯得非常重要。由于我國幅遼闊，地形地貌的多樣性致使輸電線路工作環境極為惡劣，輸電線路發生故障導致線路跳閘、停電，對電力系統安全運行造成了很大威脅，所以，在線路發生故障時能及時判別故障類型，減少因故障引起的停電損失，降低尋找故障點的勞動強度，盡最大可能降低對整個電力系統的擾動程度，確保電力系統的安全可靠穩定運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回路非正常斷開，回路間電流無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通過電的良導體連接，使得線路處于非正常工作狀態的故障，稱為短路故障，短路故障可以分為輸電線路中的某點非正常接地形成的接地故障以及輸電線路中導線通過導體相連的相間短路。接地故障可以細分為單相接地故障、兩相接地故障。各種故障的形成原因和故障特征各不相同，下文對各種故障進行特征分析，構建一個輸電線路[2]如圖1所示。

由于本文中只考慮輸電線路中線路故障，所以模型中不設變壓器及輸電線路附屬設備等，模型由S1、S2兩個三相電源L1、L2為兩段分布式輸電線及兩個三相負載和測量器件構成，根據故障類型添加一個三相故障器件進行仿真。

2 故障類型以及故障波形仿真

2.1 單相接地短路故障

在實際的電路中，單相接地故障時，負荷會有所減小，所以故障相電流按所用負荷大小而相應增大，所以較非故障相有所增加，相電壓則為非故障相對地電壓，最明顯特征為故障相線電壓急劇減小，遠遠小于非故障相線電壓，在理想條件下為零。仿真所得到的與計算分析的規律一致。單相接地故障特征是：發生故障的A相電壓遠小于B、C相對地電壓，一般情況下，故障相電壓乘以10仍就比非故障相的對地電壓小，這點可以作為單相接地故障的判據[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，設置三相故障器轉換時間為[1/50 5/50]，所以圖中從0.02S開始發生短路故障，在0.1S時結束，之后又恢復正常情況下的波形。

2.2 兩相接地短路故障

兩相接地故障發生時，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：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A相與B相發生兩相接地短路，用Matlab仿真出電流與電壓波形如圖4、圖5所示，設置三相故障器的參數不變。

2.3 兩相相間短路故障

兩相相間短路故障的特點是兩故障相的電流增大，電壓降低。

設A相與B相發生兩相相間短路，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 結論

本文首先對輸電線路各種故障進行理論分析，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]，對各種故障進行仿真，得到故障的電流、電壓波形，驗證理論分析出的故障特征。仿真結果達到了理論所期望的輸電線路故障波形，符合要求，對以后進一步研究輸電線路故障的診斷具有很好的參考價值。

【參考文獻】

[1]翟進乾.配電線路在線故障識別與診斷方法[D].重慶大學，2012.

[2]祝龍記，石曉燕.電氣工程與自動化控制系統的Matlab仿真[M].中國礦業大學出版社，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，王愛民，馮峰，王朝陽，等.Matlab命令大全[M].人民郵電出版社，2006.

[責任編輯：楊玉潔]