110KV输电线路短路故障的建模与仿真

PAGEPAGE16110KV输电线路短路故障的建模与仿真摘要输电线路是整个电网中及其重要而且必不可少的一部分，主要用于电能传输，这个环节是最容易因为外界条件或内部因素而发生故障，故障的原因大多数是因为输电线路发生不同类型的短路。一般来说短路故障可分为单相接地短路故障，两相短路故障，两相短路接地故障以及三相短路故障。各种短路故障都会对电力系统产生一定的影响，所以有针对性的对输电线路故障进行检测，可以不断完善保护输电线路所用到的保护装置，可以让保护装置更加迅速准确地检测到短路故障信号，并且根据不同情况作出不同的应对措施，使得电力系统免受影响。本文对110KV输电线路短路故障进行了建模与仿真，首先介绍了课题的研究背景、意义及研究现状，然后对110KV输电线路短路故障进行了了分析计算，包括不对称三相系统中的对称分量法、横向不对称故障的分析计算，进一步建立了110kV输电线路短路故障模型，对高压输电中出现的对称短路和非对称短路进行了仿真可以利用MATLAB的SIMULINK，对各种输电线路短路情况进行仿真，测出短路电压、短路电流、电源端电流和电压等参数的波形，以及短路点各序分量的幅值和相角曲线，得到理想的仿真结果。关键词：110KV输电线路；短路故障；MATLAB

AbstractTransmissionlineisanimportantandindispensablepartofthewholepowergrid.Itismainlyusedforpowertransmission.Thislinkismostlikelytocausefaultsduetoexternalconditionsorinternalfactors.Mostofthecausesoffaultsareduetodifferenttypesofshort-circuitoftransmissionlines.Generallyspeaking,short-circuitfaultcanbedividedintosingle-phasegroundingfault,two-phaseshort-circuitfault,two-phaseshort-circuitgroundingfaultandthree-phaseshort-circuitfault.Allkindsofshort-circuitfaultswillhaveacertainimpactonthepowersystem,sotargeteddetectionoftransmissionlinefaultscancontinuouslyimprovetheprotectiondevicesusedtoprotectthetransmissionline,enabletheprotectiondevicestodetecttheshort-circuitfaultsignalmorequicklyandaccurately,andmakedifferentresponsemeasuresaccordingtodifferentsituations,sothatthepowersystemwillnotbeaffected.Inthispaper,theshort-circuitfaultof110KVtransmissionlineismodeledandsimulated.Firstly,theresearchbackground,significanceandcurrentsituationofthesubjectareintroduced.Then,theshort-circuitfaultof110KVtransmissionlineisanalyzedandcalculated,includingthesymmetricalcomponentmethodinasymmetricalthree-phasesystemandtheanalysisandcalculationoftransverseasymmetricalfault.Furthermore,theshort-circuitfaultmodelof110KVtransmissionlineisestablished,andthehigh-voltagetransmissionlineisalsoanalyzedandcalculatedSimulationsofsymmetricalandasymmetricalshort-circuitintransmissioncanbecarriedoutbyusingSIMULINKofMATLABtosimulatetheshort-circuitsituationofvarioustransmissionlines.Thewaveformsofparameterssuchasshort-circuitvoltage,short-circuitcurrent,powersupplyterminalcurrentandvoltage,aswellastheamplitudeandphaseanglecurvesofthesequencecomponentsattheshort-circuitpointcanbemeasured,andtheidealsimulationresultscanbeobtained.Keywords:110KVtransmissionline;shortcircuitfault;MATLAB

目录摘要 IAbstract II1绪论 11.1研究背景及意义 11.2研究现状 11.3设计要求与目的 12110KV输电线路短路故障的分析计算 22.1不对称三相系统中的对称分量法 22.2横向不对称故障的分析计算 32.2.1单相接地短路 32.2.2两相短路 63实际工程理论理论计算分析 93.1单相接地短路故障 93.2两相相间短路故障 93.3两相短路接地故障 103.4三相短路故障 104110kV输电线路短路故障模型建立与仿真 114.1MATLAB概述 114.1.1MATLAB软件 114.1.2SIMULINK/SimPowerSystems介绍 114.2仿真模型的设计与实现 114.3仿真参数设置 124.4仿真分析 134.4.1三相短路分析 134.4.2两相相间短路分析 184.4.3两相短路接地分析 254.4.4单相接地短路分析 29结论 34参考文献 35致谢 36第三章高压输电线路短路故障模型建立1绪论1.1研究背景及意义目前我国110KV线路仍承担着重要的输电任务。到1998年止全国110千伏以上电压等级线长约66万公里，其中110KV线路18万公里,占27％。由此可以看出，110kV线路在我国电力系统中有着不可忽视的重要性。我认为，对于研究110kv输电线路的自适应距离保护策略有着以下意义：1、随着我国国民经济的发展,对电力的需求不断增加,电力的短缺迎来新高峰,然而建设新的高电压输电线路投资大,建设周期长。在这种情况下,充分利用好110KV线路的输电能力对于我国具有重要的经济意义。搞好110KV线路的继电保护是充分利用其输电能力的重要前提。目前为止我国110KV线路的主保护是距离保护,所以研究性能更为优良的距离保护原理和装置具有现实意义。2、110kv线的运行方式变化很大，负载变化频繁和剧烈的问题较为突出,因此，基于最小负载阻抗的距离保护装置的M截面值不能满足灵敏度要求。我国110kV线路的设备大多过于陈旧，故障频率高。高电阻接地短路是很常见的情况。1.2研究现状长期以往，输电线路的正常运行对于整个电网的安全非常重要，因此国内外对此十分关注。随着经济的不断发展，输电的可靠性得到了显著提高。在目前的输电过程中，输电线路故障发生的概率占所有故障的70％以上，其中以单相故障占线路故障大部分。一般来说，单相接地短路、两相短路、两相接地短路、三相短路四种情况是输电线路的短路故障的原因。在这四种情况中又以单相短路故障最为常见，但是三相短路故障后果最为严重。如果有一条断层伴随着其他断层，则被称为复合断层，此时线路的断层情况更为复杂。输电线路发生故障会伴随着较大的短路电流的产生，一定的电弧撞击会对设备造成损害。与此同时，线路故障引起的低电压效应也能抑制系统的扰动，增加线路损耗、热损失、无功功率等系统的参数。这将影响通信并破坏系统的稳定操作。1.3设计要求与目的文中对电力系统横向故障中的三相短路、单相接地短路、两相短路和两相接地短路进行了分析计算。然后，简要介绍了matlab的软件和一些仿真工具。利用matlab模拟工具对高压传输中的对称短路和非对称短路进行了仿真，并对各故障点的电压和电流进行了分析。得到了理想的仿真结果。

2110KV输电线路短路故障的分析计算2.1不对称三相系统中的对称分量法对称分量法：将一组不对称三相分解成三组对称三相，或将三组对称三相组合成一组不对称三相的。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，互相相差120度，与系统在正常对称操作模式相序相同，即正序分量。因此这个正序分量也是一个平衡的三相系统，如图2-1（a）所表达的（图中可以是电动势、电流和电压）。正序分量又能被称为顺序分量。（2）负序分量：三相量的负序分量大小相等，并且相位互差120°，相序与系统在正常对称运行方式下相反，这就是负序分量。负序分量同时也是一个平衡的三相系统，如图2-1（b）。负序列分量又称逆序列分量。（3）零序分量：由大小相等，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）2.2横向不对称故障的分析计算现在以图2-2所示的接线方式为例进行讨论。图2-3绘制出了相对应的三序等值网络图。基本方程如下，可由图2-3（下标k表示短路处的量）。（2-5）故障设备之前的a相电压值也是从正序网络故障端口看进去的戴维南等值电动势。当计算稳态时，用稳态电动势计算网络中的电动势；用暂态电动势或次暂态电动势计算暂态时网络中的电动势。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更加直观，假设在理想抗阻等于零的导线上发生短路，电流的正方向是从电源到短路点，电压的正方向是从故障点的每一相到接地。本节将讨论单相接地短路、两相短路、两相接地短路的电流、电压分量、故障点电流和电压的计算方法以及矢量图的绘制。根据所选故障的具体情况，在计算中以相位作为参考相位。2.2.1单相接地短路在单相接地短路的情况下，假设A相接地短路，短路时相表示的边界条件方程如下：；（2-6）转换为对称分量关系：（2-7）从此可看出，零阶电压存在于单相接地短路时。从公式（2~7）可看出，当A接地短路时，选择参考相作为相位，故障点b相和相c的顺序电压与公式（2~7）的关系不简单。类似的，参考相位B在b接地时选择，参考相位C在c接地时选择。参考相的序电压与序电流的关系式为（2-7）。由故障序列分量表示的边界条件指示了三序列网络在故障端k处的连接方式。公示（2-7），由于，所以正、负和零序网串联。此时由于+，所以三个序网串联后应短接，复合序网如图2-4中所示。故障处的各序电流和电压可由复合序网求出。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)各相电流和电压可以根据对称分量的合成公式得：（2-11）（2-12）由式（2-12）可得：（2-13）所以由式（2-13）可以得出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，可以画出电流相量关系如图2-5（b）。假设和得阻抗角是相等的，由，可得，滞后的相位角是，同时滞后的相角也是，又，可作出故障点电压相量图2-5（a）所示。从图中可看出电压相量关系对应的是的情况，根据式(2-13),可得。图2-5单相接地故障处电压、电流相量图通过以上的分析计算可以得出，单相接 地短路具有以下基本特征：（1）通过短路故障处的各序电流大小相等且方向相同，故障相中的=3=3=3，两个非故障相中的电流都为零。（2）短路点的正序电流的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）短路点故障相电压等于0。（4）假设，和的阻抗角相等，两个非故障相电压的总幅值相等，起决定性作用的是相位差角的大小对的比值，当比值在范围内变化的时候，的变化范围在内，的情况是对应比值，对应比值无限接近于零的情况。2.2.2两相短路在两相短路的情况下，假定在K点发生bc两相短路。这种情况下可用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）可由下列序分量表示bc相短路的边界条件：；；（2-17）值得注意的是，当bc相短路时，应选择参考相作为相位，并且只有故障点参考相位的序列电流和顺序电压具有公式（2-17）的关系，而b相和c相的顺序电流和顺序电压不存在。当然，b相为基准时，选择ac相短路时，c相为基准相时ab相短路，其故障点的序电流、电压具有的关系相同。图2-6中系统的各序等值网络。图2-6中，在k点bc两相短路时，因，故零序网络变为开路；又、，所以正序网和负序网的并联构成了复合序网，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）由此知道，等于系统负序阻抗的阻抗角。下列式可计算短路点的各序复数功率：正序功率：（2-20）负序功率：（2-21）其中、短路点的正序及负序电流的共轭值。下面说的是故障点电压、电流中的相量关系。、相量由式（2-17）先作出，然后作出其他相的序分量电压，将同一相得各序电压合成，可得故障点的电压相量，如图2-7（a）所示。为了方便与画图，依据式（2-18）考虑纯电感电路，，所以滞后的相位角为，同时因为，所以在相量作出后，能便于作出、相量。图2-7（b）所示的为故障点的电流相量关系。如果电路不是纯感性，则与间的相位角可根据（2-19）给出。各相的电流和电压可以由向量图求出，可判断计算的结果是否正确。在此情况下，从相量图上能够直观地看出三相电流、电压的相对大小和其相位关系。如图2-7（b），由于假设的是系统的综合阻抗为纯电抗，因此有的结果，则、与相重合等。图2-7两相短路故障处电压、电流相量图根据故障处的各相电流、电压进行有序分量计算得：（2-22）（2-23）当时，由式（2-20）可知，此时有：（2-24）上式为A相短路在同一故障点发生三相短路时的电流，。式（2-24），如果故障点的（故障点远离电源），则说明两侧短路电流的大小为该点三相短路电流的倍。

3实际工程理论理论计算分析3.1单相接地短路故障在输电线路发生单相接地短路时，根据本次设计设定的数据，输电线路电压等级为110KV，每条输电线路的长度为100KM，零序接地电容为F/KM，所以发生短路故障时线路的零序电流为：由于发生单相接地故障时，故障点接地电流为三倍零序电流，由于全程有两段长度相等的输电线路，所以接地电流为：3.2两相相间短路故障在输电线路发生两相相间短路故障时，只有正序分量和负序分量，没有零序分量，故障相短路电流为：3.3两相短路接地故障在输电线路发生两相短路接地故障时，所以故障处正序分量电流为：3.4三相短路故障在输电线路发生三相短路故障时，因三相短路不存在负序分量，零序分量（在三相短路开始存在），即故障处短路电流为：

4110kV输电线路短路故障模型建立与仿真4.1MATLAB概述仿真模型在其建立的过程中，我们通常使用到MATLAB软件中的仿真工具，下面对它的基本说明。4.1.1MATLAB软件MATLAB在科学研究个工程设计方面的另一个重要内容是图形绘制功能，它与数值处理密切相关。图形的直观性能让我们在观看时更加一目了然，在科学分析中有着不可忽视的作用，这一点是众所周知的。大量的数据累计，技术人员和科研人员无法从众多的数据中提取到自己需要的重要信息。MATLAB的图形处理功能很好的解决了这个问题。4.1.2SIMULINK/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专用元件库提供了更为快速、准确和精简的途径来解决特定的问题，避免了SIMULINK提供的基本元件来构造模型的繁琐。4.2仿真模型的设计与实现在三相系统中，三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路都是有可能存在的短路情况。在此基础上建立由三相电压源作为电路的供电电源的理想仿真模型，输电线路可由分布参数输电线路构成，输电线1的长度为10×10km，输电线路2的长度为10×10km；不同类型的短路类型由三相电路短路故障发生器进行。电压源类型为Y接，输电线路2端类型为中性点接地。在Simulation菜单中，选择所需的元件、节点等元件，并且将它们放在合理的位置并连接。如图3-1所示。图3-1恒定电压源电路短路模型4.3仿真参数设置当完成电路图设计后，对参数进行设置。三相电路短路故障发生器设置在电路前方时，将时间[0.010.04]设置为接地短路的时间。仿真参数根据接地短路发生时间设置。（2）在菜单选项中，点击模拟菜单，激活配置参数命令，然后有配置参数对话框弹出。仿真参数根据对暂态过程时间的估算，设置如下：Starttime:0;Stoptime:0.1;Type:Variable-step,ode15s(stiff/NDF);Maxstepsize:auto;Minstepsize:auto;Intialstepsize:auto;Relativetolerance:le-3;Absolutetolerance:auto。在进行仿真实验之前，还要对各个元件进行参数设置。4.4仿真分析4.4.1三相短路分析同时选中三相电路短路故障发生器参数中的三相故障，确定为故障相接地选项。确定电路图和仿真参数设置完后，进行以下电路仿真。激活仿真并查看仿真波形图。（1）故障点的电流波形图。测量电气量可选故障点A相的电流。激活模拟仿真，则图4-1为故障点A相的电流波形。由图3-2可知道：在稳态时，由于三相电路短路故障发生器处于开路状态，因而故障点A相电流为0A。三相短路故障发生器在0.01s关闭。此时，电路中发生三相短路，故障点的相电流A发生变化。由于初始输入量和初始状态量是闭合的，故障点相位电流波形向下移动。三相电路短路故障发生器发生在0.04s时开路,相当于解决故障问题,同时，故障点A相的电流降到为0A。图3-2故障点A相电流波形图图3-3故障点B相电流波形图把故障点B相电流选为测量电气量。模拟仿真激活后，图3-3为故障点B相电流波形。由图3-3可得结论：在稳态时，由于三相电路短路故障发生器处于开路状态，所以故障点B相电流为0A。三相电路短路故障发生器关闭0.01s，此时发生三相短路。此时故障点的B相电流发生变化，故障点的B相电流波形逐渐上升，随初始输入量和初始状态量的变化而变化。三相电路短路故障发生器0.04s时是开路状态,相当于解决故障问题,因此，故障点B相电流迅速上升至0A。将故障点C相电流选为测量电气量。激活模拟仿真，则图3-4为故障点C相电流波形。从图3-4可以得出：在稳态时，由于三相电路短路故障发生器处于开路状态，因而故障点C相电流电流为0A。三相电路短路故障发生器在0.01s时闭合，此时电路发生三相短路，故障点C的电流发生变化。由于初始输入和初始状态量在关闭时间闭合，故障点C相的电流波形此时向上移动。三相电路短路故障发生器在0.04s时为开路状态,相当于解决故障问题,故障点C相电流瞬将为0A。将故障点A相，B相和故障点C相电流作为测量电气量的情况下。如果激活模拟仿真，则下图3-5为故障点三相电流波形。图3-4故障点C相电流波形图图3-5故障点三相电流波形图（2）故障点电压波形图。将故障点A相电压选作测量电气量。激活模拟仿真，则波形图3-6为故障点A相电压波形。由图3-6可以得：在稳态时，由于三相电路短路故障发生器的状态为开路，因此正弦波形为所得波形。三相电路短路故障发生器在在0.01s时闭合,此时发生三相短路的情况,故障点A相的电压突然变为0。三相电路短路故障发生器在0.04s时打开,相当于解决故障问题,电压波动恢复正弦波形。测量电气量选择故障点B相电压。按下仿真按钮，图3-7为故障点B相电压波形。由图3-7可得出结论：在稳态时，由于三相电路短路故障发生器是断开状态，因而故障点B相电压为正弦波形。三相电路短路故障发生器在0.01s时开路,此时发生三相短路的情况,故障点B相电压突变，变为0。三相电路短路故障发生器0.04s时开启,相当于解决故障问题,此时电压波动恢复正弦波形。图3-6故障点A相电压波形图图3-7故障点B相电压波形图图3-8故障点C相电压波形图图3-9故障点三相电压波形图测量电气量选择故障点C相电压。按下仿真开始按钮，则图3-8为故障点C相电压波形。看图3-8得出结论：在稳态时，由于三相电路短路故障发生器处于开路状态，因而正弦波形为故障点C相电压波形。三相电路短路故障发生器在0.01s时闭合,此时发生三相短路状况,故障点C处的相电压突变为0。三相电路短路故障发生器在0.04s时打开,相当于处理故障问题,此时电压波动恢复正弦波形。将故障点A相，故障点B相和故障点C相电压作为测量电气量。按下仿真开始按钮，则图4-8为故障点三相电压波形。（3）电源端电流波形图。对于电源端输出的电流信号，分别选择故障点A相、B相、C相三相电流作为测量电气量。激活模拟仿真，则图3-10为电流波形图。由图3-10得结论如下：在稳态时，由于三相电路短路故障发生器处于开路状态，因而三相电流呈正弦变化。三相电路短路故障发生器在0.01s时闭合,此时电路三相发生短路状况,电流发生变化,A相和B相电流波形上移；C相波形下移，三相电路短路故障发生器在0.04s时打开,相当于解决故障问题,这时波形恢复正弦变化。在三相短路期间，波形变化比较变化，A相和B相电流呈整体下降，C相电流呈整体上升，三相电流的幅值增大。图3-10电源端三相电流波形图图3-11电源端三相电压波形图（4）电源端电压波形图。激活模拟仿真，则图3-11为电流波形图。由图3-11可知：在三相短路过程中，电源端的三相电压变化不是很显著。（5）故障点A相电流序分量波形图。选择故障点A、B和C相电流；矢量选择器用于选择故障点A相电流正序分量来测量电气量。激活仿真，则图3-12所示为故障点A相电流正序分量波形。从图得出结论如下:在稳定状态,由于三相电路短路的短路故障发生器,阶段电流的正序分量故障点的状态,所以振幅是0和相位角等于0。三相短路故障发生器在0.01s关闭，出现三相短路状态。此时故障点A相电流的正序分量发生变化，幅值在此时增大，相角减小，相位角稳定在-90°左右。在三相电路中，短路故障发生器在0.04秒内接通。这相当于清除故障问题。此时故障点A相电流正序分量的幅值较低，为0.06秒时幅值为0。故障点A相电流正序分量的相角继续下降，至0.06s时降为大约-180°，然后波动稳定到0。图3-12故障点A相电流正序分量波形图图3-13故障点A相电流负序分量波形图故障点A相电流、故障点B相电流和故障点C相电流同时选中；矢量选择器是用来选择故障点A相电流负序分量来测量电气量。按下仿真按钮，图3-13所示为故障点A相电流负序分量波形。由图3-13可得下面结论：在稳态状况下，由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因此故障点A相电流负序分量幅值为0，相角为0。三相电路短路故障发生器在0.01秒时闭合,电路中发生三相短路。在故障点A相电流负序分量发生变化,幅值正弦变化在20V是不变，相角在约180°至-180°间下降。三相电路中，短路故障发生器在0.04时打开,相当于解决故障问题，电流负序分量的幅值在持续发生变化，至0.06s时幅值为0；电流负序分量的相角持续变化，在0.06s后稳定到0。图3-14故障点A相电流零序分量波形图选择故障点A相、故障点B相和故障点C相电流；测量电气量可用矢量选择器选择故障点A相电流零序分量。开始模拟仿真，图3-14所示为故障点A相电流零序分量波形。由图3-14得结论：在稳态时，由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而故障点A相电流零序分量幅值为0，相角为0。三相电路的短路故障发生器在0.01s时闭合,电路中出现三相短路状况。在故障点A相电流零序分量只有微小浮动,幅值为0。三相电路短路故障发生器在0.04s打开,相当解决故障问题，此时故障点A相电流零序分量波动最终在0处稳定；幅角也最终在0不变。测量电气量可用故障点A相电流、B相和C相电流。当模拟仿真运行时，则故障点A相电流正序、负序和零序分量波形图如下图3-15所示。图3-15故障点A相电流正序、负序和零序分量波形图3-16故障点A相电压正序、负序和零序分量波形图（6）故障点A相电压序分量的波形图。选择故障点A相电压、B相和点C相电压，成测量电气量。当模拟仿真被激活时,则图3-16为故障点A相电压正、负、零序的分量波形图。从图中可得结论：在三相短路发生时，正、负序分量变化较大，而零序分量变化很小。4.4.2两相相间短路分析故障相可在三相电路短路故障发生器中选择B、C故障相,即B、C相发生两相短路故障。在电路图和仿真参数都设置无误后，进行电路仿真。激活模拟仿真，得出仿真波形图。（1）故障点电流波形图。测量电气量可选故障点A相电流。激活模拟仿真，则图4-16为故障点A相电流波形。由图3-17得以下结论：在B、C发生两相短路时，故障点A相电流始终不变，且为0。图3-17故障点A相电流波形图图3-18故障点B相电流波形图选择故障点B相电流作为电量的测量。激活模拟仿真，则图3-18为故障点B相电流波形如。由图3-18得以下结论：在稳态情况下，故障点B相电流因三相电路短路故障发生器处于断开状态，因此电流为0A。三相电路短路故障发生器在0.01s时处于闭合状态，B、C两相在此短路，故障点B相电流有波形向下移动，且为正弦波形变化。三相电路短路故障发生器在0.04s时打开，相当于解决故障问题。电流在此时上升为0A。图3-19故障点C相电流波形图图3-20故障点三相电流波形图测量电气量可用故障点C相电流。激活模拟仿真，则图3-19为故障点C相电流波形。由图3-19可以得以下结论：在稳态时，由于三相电路发生短路，短路故障发生器处于开路状态，因而故障点C相电流为0A。三相电路短路故障发生器在0.01s时闭合，发生B、C两相短路状况，C相电流幅值有变，波形上移，为正弦波形变化。三相电路短路故障发生器在0.04s时打开，相当于解决故障问题。C相电流在此时瞬间为0A。测量电气量可用故障点A相电流、B相电流和C相电流。激活模拟仿真，则图3-20为故障点三相电流波形。由图3-20可以看出以下结论：当电路发生B、C两相短路故障时，A相电流不变，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。测量电气量选择故障点A相电压。激活模拟仿真，则图3-21为故障点A相电压波形。由图3-21可以得出下面结论：A相为非故障相，其电压波形仅在两相短路期间变化幅值明显，但是波形没有改变。图3-21故障点A相电压波形图图3-22故障点B相电压波形图测量电气量选择故障点B相电压。激活模拟仿真，则图3-22为故障点B相电压波形。由图3-22可以得出以下结论：由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而故障点B相电压电压为正弦变化，此时电路处于稳态。三相电路短路故障器在0.01s时闭合，电路B、C两相发生短路，故障点B相电压突变为0。三相电路短路故障发生器在0.04s时打开，相当于解决故障问题。故障点B相电压在此恢复为正弦波形。测量电气量可选择故障点C相电压。激活模拟仿真，则图3-23为故障点C相电压波形。由图3-23总结出以下结论：在稳态时，由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而故障点C相电压为正弦变化。三相电路短路故障发生器在0.01s时闭合，电路在B、C两相处短路，C相电压发生突变至0。三相电路短路故障发生器在0.04s时打开，相当解决故障问题。电压波形恢复正弦波形。图3-23故障点C相电压波形图图3-24故障点三相电压波形图测量电气量选择故障点A相电压、B相电压和C相电压。激活模拟仿真，则图3-24为故障点三相电压波形。由图3-24可得结论：当B、C两相在电路中发生短路故障时，A相电压波形为增幅。B、C两相电压降至0V。（3）电源端电流波形图。对于电源端的电流信号输出，测量电气量可分别选择A、B、C三相电流。激活模拟仿真，则图3-25为电流波形图。由图3-25可以总结出以下结论：在稳态时，非故障相为A相，在B、C两相发生短路时，波形不变。由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而B、C两相电流呈正弦变化。三相电路短路故障发生器在0.01s时闭合,电路中B、C两相短路,两相电流产生变化,B相电流波形为增幅，整体上移，C相电流波形相同，但整体下移。三相电路短路故障发生器在0.04s时打开,相当于解决故障问题,此时两相电流波形稳定，为正弦变化。图3-25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，选三相电压A电压、B电压、C电压作为测量电气量。激活仿真，则图3-26为电压波形图。由图3-26可以总结出以下结论：在两相短路时，供电端的三相电压只发生很小的波动，没有显著的变化。图3-26电源端三相电压波形图图-3-27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、B相电流和故障点C相电流；故障点A相电流正序分量可作为测量电气量。激活模拟仿真，则图3-27为故障点A相电流正序分量波形。从图3-27可以得出以下结论:在稳态下，由于三相短路故障发生器处于off状态，故障相A电流的正相分量为0，相角为0。三相电路的短路故障发生器在0.01s处闭合。此时，短路B和C的两相短路。故障点A相电流正序分量幅值增大，相位角降低到-90°左右时相位角稳定。在0.04s时，三相电路短路故障发生器被打开，相当解决故障问题。A相电流正序分量幅值持续下降，至为0，此时在0.06S；A相电流正序分量的相角继续下降至-180°附近，然后稳定到0，这时到0.06S。选择故障点A相、B相电流和C相电流；测量电气量可选择故障点A相电流负序分量作为。激活模拟仿真，则图3-28为故障点A相电流负序分量波形。从图3-28中可以得出以下结论：在稳态下，由于三相电路短路故障发生器断开，故障点的a相电流负序分量的幅度为0，相角为0。在0.01s时，三相电路短路故障发生器闭合。此时，电路B和C发生两相短路，故障点的a相电流的负序分量发生变化，振幅迅速上升，相位角突然变化，即120°，当它下降到约90°时是稳定的。三相电路短路故障发生器打开时在0.04s处，相当于解决故障问题。A相电流负序分量幅值下降，到0.06s时幅值为0；A相电流正序分量的相角一直下降，至0.06s时稳定至0。图3-28故障点A相电流负序分量波形图图3-29故障点A相电流零序分量波形图选择故障点A相、B相和C相电流；测量电气量可选择故障点A相电流零序分量。激活模拟仿真，图3-29为故障点A相电流零序分量波形。从图3-29可以得出以下结论:在稳态下，由于三相短路故障发生器处于off状态，故障相A相电流零序分量的幅值为0，相位角为0。三相短路故障发生器在0.01s闭合，电路在B、C处分两相短路，A故障点相电流零序分量幅值缓慢上升，相角不变。三相电路短路故障发生器在0.04s时打开，相当于解决故障问题。此时故障点A相电流零序分量幅值下降，随后在0.06s时稳定在0，相角依然不变。在0.06s发生突变，稳定后至0。测量电气量可选故障点A相、B相、故C相电流，激活模拟仿真，则图3-30为故障点A相电流正序、负序、零序分量波形。由图3-3-中可以看出，故障发生时,A相电流正序、负序的幅值有较为明显的变化，零序分量只有微小变化。A相电流正序滞后负序分量180°。图3-30故障点A相电流正序、负序和零序分量波形图图3-31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、B相和故C相电压；测量电气量可选择故障点A相电压正序分量。激活模拟仿真，则图3-31为故障点A相电压正序分量波形。由图3-31中可得下面结论：由于三相电路短路故障发生器在稳态时处于断开状态，故故障点A相电压正序分量幅值为线性上升，相角为0。三相电路短路故障发生器在0.01s时闭合，电路出现B、C两相短路状况，故障点A相电压正序分量有所改变，幅值在20000V左右不变，相角在0°附近波动。三相电路短路故障发生器在0.04s时打开，相当于解决故障问题，A相电压正序分量以线性上升，0.06s时幅值增长为45000V；A相电压正序分量的相角一直在波动，最后稳定到0。图3-32故障点A相电压负序分量波形图图3-33故障点A相电压零序分量波形图选择故障点A相、B相和C相电压；测量电气量可选择故障点A相电压负序分量作为。激活模拟仿真，则图3-32为故障点A相电压负序分量波形。由图3-32能得出以下结论：在稳态时，由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而故障点A相电压负序分量幅值正弦变化，相角为线性下降变化。三相电路短路故障发生器在0.01s时闭合，电路中B、C发生了两相短路，故障点A相电压负序分量产生变化，幅值上升后稳定至2000V左右，相角突变后在180°处下降至0，随后在-100°处波动。三相电路短路故障发生器在0.04s时打开了，相当于解决故障问题。A相电压负序分量幅值快速下降0V，此时为0.06S；故障点A相电压负序分量的相角持续波动，在0.06s后突变。选择故障点A相、B相、C相电压；测量电气量可以选择故障点A相电压零序分量。激活模拟仿真，则图3-33为故障点A相电压零序分量波形。由图3-33可以发现以下结论：在稳态时，由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而故障点A相电压零序分量幅值为0，相角为0。三相电路短路故障发生器在0.01s时闭合，此时电路中B、C发生了两相短路状况，故障点A相电压零序分量发生变化，幅值快速上升，在20000V左右处稳定，相角突变后，从60°附近下降，稳定在0°左右。三相电路短路故障发生器在0.04s时打开，相当于解决故障问题。这时A相电压零序分量幅值急速下降，至0，此时为0.06s；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3-34故障点A相电压正序、负序、零序分量波形图选择故障点ABC三相电压；矢量选择器选择故障点A相电压的正、负序和零序分量作为测量电气量。激活模拟仿真，则图3-34为故障点A相电压正序、负序、零序分量波形。由图3-34可以发现以下结论:故障时A相电压的幅值相同为45000V左右。从相角上看，A相电压正序分量基本在0°波动，而负序和零序分量基本在100°和-100°处波动。4.4.3两相短路接地分析在三相短路故障发生器参数中选择故障相b和c，并选择故障连接接地选项。也就是说，B、C两相发生了两相短路接地故障在建立电路图和仿真参数后，进行以下电路仿真。激活模拟仿真，查看模拟仿真波形图。（1）故障点电流波形图。测量电气量可选择故障点A相电流。激活模拟仿真，则图3-35为故障点A相电流波形。由图3-35得下面结论：在B、C两相发生两相短路接地时,故障点A相电流没有发生变化,始终为0。图3-35故障点A相电流图图3-36故障点B相电流图图3-37故障点C相电流图图3-38故障点A相电压图测量电气量可选择选择故障点B相电流。激活模拟仿真，则图3-36为故障点B相电流波形。由图3-36可以总结出以下结论：在稳态时，由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而故障点B相电流为0A。三相电路中的短路故障发生器在0.01s处闭合。此时，电路B和C的两相短路接地，故障点B的电流是恒定的。由于初始输入量和闭合时的初始状态量，故障相B相电流波形不发生变化，为正弦波变化。三相电路短路故障发生器在0.04s时开路,相当于解决故障问题,同时故障点B相电流上升到0A。测量电气量可以选择故障点C相电流。激活模拟仿真按钮，则图3-37为故障点C相电流波形。三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而C相电流为0A，此时为稳态。当三相电路短路故障发生器在0.01s闭合时，此时，电路中的B和C短路接地，故障点的C相电流发生变化。当初始输入和初始状态量闭合时，故障点处的C相电流波形向下移动。三相电路短路故障发生器在0.04s时打开，相当于解决故障问题，故障点C相的电流急速下降至0A。（2）故障点电压的波形图。测量电气量可选故障点A相电压。激活模拟仿真，则图3-38为故障点A相电压波形。由图3-38可以总结出以下结论：A相为非故障相，其电压波形只会在两相短路时间内发生震荡，但是波形不发生改变。故障点B相电压被选为测量电气量。激活模拟仿真按钮，则图3-39为故障点B相电压波形。由图3-39可以总结出以下结论：在稳态时，由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因此故障点B相电压为正弦变化。当三相电路短路故障发生器在0.01s闭合时，在电路的B相和C相发生两相短路接地，故障点B相电压突然变为0。三相电路短路故障发生器在0.04s时打开,相当于解决故障问题,此时波形恢复为正弦波形。图3-39故障点B相电压图图3-40故障点C相电压图测量电气量可选择故障点C相电压。激活模拟仿真，则图3-40为故障点C相电压波形。由图3-40得到结论：由于三相电路短路故障发生器在稳态时处于断开状态，因而故障点C相的电压相似与正弦波。三相电路短路故障发生器在0.01s时处于闭合状态,此时电路中B和C两相短路接地,故障点C相电压突然变为0。三相电路短路故障发生器在0.04s打开,相当于解决故障问题,此波形恢复为正弦波形。（3）电源端电流波形图。测量电压可选择A相、B相和C相电流，并作为电源端输出的电流信号。激活模拟仿真，则图4-40为三相电流波形图。由图3-41可得下面结论：在电路处于稳态时，因三相电路短路故障发生器是断开状态，从而三相电流是正弦变化。三相短路故障发生器在0.01s处处于闭合状态。此时，电路B和C短路接地。由于A相为非故障相，波形不发生变化，B相和C相电流发生变化，导致B相波形下降，C相波形上升。三相电路短路故障发生器在0.04s时打开,相当于排除故障问题,波形恢复为正弦变化。在三相短路其间，B、C两相电流幅值有明显变化并增大；A相电流发生变化。图3-41三相电流波形图（4）电源端电压波形图。测量电气量可选择A相、B相C相电压，作为电源端输出的电压信号。激活模拟仿真，则图4-41为三相电压波形图。由图3-42可以总结出以下结论：在三相短路过程中，电源端的三相电压只发生了微小的波动，但没有显著变化。图3-42三相电压波形图（5）故障点A相电流序分量波形图。选择故障点A、B、C三相的电流；使用相量选择故障点A相电流正序分量，作为测量电气量。激活模拟仿真，则图3-43为故障点A相电流正序分量波形。由图3-43可总结出以下结论：在稳态时，由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而故障点A相电流正序分量幅值为0，相角也为0。三相电路短路故障发生器在0.01s时处于闭合状态,与此同时电路中B、C两相发生短路接地状况，A相电流正序分量幅值上升，相角下降，至-90°附近稳定。三相电路短路故障发生器在0.04s时打开,相当于故障排除，A相电流正序分量的幅值下降，至0.06s时下降为0；故障点A相电流正序分量的相角持续下降，0.06s时突变180°附近，随后波动稳定到0。图3-43故障点A相电流正序分量波形图图3-44故障点A相电流负序分量波形图选择故障点A相电流、B相、C相电流；并用相量故障点A相电流负序分量为测量电气量。激活模拟仿真，则图3-44为故障点A相电流负序分量波形。从图3-44可以得出以下结论：在稳态下，三相电路短路故障发生器断开，因此故障点的A相电流的负序分量的幅度为0，相角为0。三相电路短路故障发生器在0.01s时闭合,在电路中B、C两相短路接地。A相电流负序分量幅值上升，相角突变至120°附近。然后下降至90°附近稳定。三相电路短路故障发生器在0.04s时打开,相当于故障排除，此时A相电流负序分量幅值下降，0.06s时幅值为0；A相电流负序分量的相角不断下降，0.06s时降至-30°附近，随后波动稳定到0。4.4.4单相接地短路分析选择三相短路故障发生器中的故障相作为A相故障，并选择故障接地方式。在建立电路图和仿真参数后，进行以下电路仿真。激活模拟仿真，查看波形图。图3-45单相故障点A相电流波形图图3-46单相故障点B相、C相电流波形图（1）故障点电流波形图。测量电气量可选择故障点A相电流。激活模拟仿真，则图3-45为故障点A相电流波形图。由于三相电路短路故障发生器在稳态时处于断开状态，故A相电流为0A。三相电路短路故障发生器在0.01s时处于闭合,这时电路A相接地短路,A相电流产生变化,由于闭合时由初始输入量和初始状态量，因此A相电流波形上往上移动。在0.04s时,三相电路短路故障发生器打开,相当于故障排除,此时A相电流迅速下降为0A。选择故障点B、C两相的电流作为测量电气量。激活模拟仿真，则故障点B、C相电流波形为图3-46所示。由图可看出以下结论：在A相单相短路时,故障点B、C两相电流始终为0。（2）故障点电压波形图。测量电气量可选择故障点A相电压。激活模拟仿真,则图3-47为故障点A相电压波形图。由图3-47可看出以下结论：在稳态时，于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而故障点A相电电压为正弦波形。三相电路短路故障发生器在0.01s时处于闭合,电路A相接地短路,故障点A相电压突变为0。三相电路短路故障发生器在0.04s时打开,相当于故障排除,故障点A相电压波形为正弦波形。图3-47单相故障点A相电压波形图图3-48单相故障点B相电压波形图图3-49单相故障点C相电压波形图选择故障点B、C两相的电压为测量电气量。激活模拟仿真，则故障点B、C相电压波形分别是图3-48和图3-49。由两图可以得以下结论:在A相短路的同时，B相和C相的电压波形为对称波形，使B相和C相的电压波形以一定角度叠加。图3-50单相接地电源端电压、电流波形图（3）电源端电压、电流波形图。选用A、B、C三相电压、电流分别测量电量。激活模拟仿真，则图3-50电压、电流波形图。由图3-50可得下面结论：在三相短路过程中，电源端的三相电压、电流有发生显著的变化。图3-51故障点A相电流正序、负序和零序分量波形图（4）故障点A相电流序分量波形图。选择故障点A相、B、C相电流作为电气测量，激活模拟仿真，则图3-51为故障点A相电流正序、负序、零序分量波形。从图3-51总结出出，当发生故障时,A相电流正序、负序和零序的幅值和相角是相同的。由于三相电路短路故障发生器在稳态时处于断开状态，因而故障点A相电流正序、负序和零序分量幅值为0，相角为0。三相电路短路故障发生器在0.01s时处于闭合，电路A相单相接地故障，故障点A相电流正序、负序和零序幅值上升，相角突变到90°附近稳定。三相短路故障发生器在0.04s时启动，电路解决了故障问题。故障点A相电流的正序、负序和零序分量幅值降至0。此时相位角为0.06。s突变为-180°，波动稳定为零。图3-52故障点A相电压正序分量波形图（5）故障点A相电压序分量波形图。电气测量可选择故障点A相、B相、C相电压，激活模拟仿真，则图3-52为故障点A相电压正序分量波形。由图3-52可得以下结论：在稳态时，由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而故障点A相电压正序分量幅值为0，相角为0。在0.01s时,三相电路短路故障发生器处于闭合状态,电路A相单相接地故障，故障点A相电压正序分量产生变化,幅值变化后在45000V左右稳定，相角在0°附近波动。三相电路短路故障发生在0.04s时打开,相当于解决故障问题，此时故障点A相电压正序分量幅值稳定在4.5×10^4V处；故障点A相电压正序分量的相角继续变化，最后稳定到0。选择故障点A相、B相、C相电压作为电气测量，激活仿模拟真，则图3-53为故障点A相电压负序分量波形。从图3-53可以得出：在稳态下，三相电路短路故障发生器处于断开状态，因此故障点的a相电压负序分量的幅度和相位角为0。三相电路短路故障发生器在0.