（衢州学院 浙江衢州 342000）
摘要：随着现代社会的发展，电力逐渐成为一种不可代替的能源。若是电力系统出现了故障，必然会对人民生活和国家经济产生重大的影响。通过MATLAB软件建立模型，对短路故障进行仿真，分析并提取其中的故障特征，这有助于对电力系统的安全稳定运行的研究。
关键词：电力系统；系统建模；故障仿真；故障识别
1.短路故障简介
电力系统在运行时，常常会发生故障，短路是电力系统严重故障中的其中一种，所谓电力系统短路，是指电力系统正常运行以外的相与地之间或相与相之间的错误连接。电力系统的故障来说可以分为两大类：横向故障和纵向故障。纵向故障主要指各种类型的断线故障，横向故障是指各类型的短路故障，主要有单相接地短路、两相接地短路、两相相间短路以及三相短路。发生三相短路时，由于被短路的三相阻抗相等，因此，三相电流和电压仍是对称的，又称对称短路；其余几种短路，因系统的三相结构遭受到破坏，网络中的三相电压、电流不对称，称为不对称短路。
短路会产生很大的危害，会严重影响电力系统的正常运行和电气设备的寿命。发生短路时，电力系统从正常状态过渡到短路状态，在这一暂态过程中，短路电流会大大增大，其瞬间释放的热量也非常巨大，严重超过了线路正常运行时的发热量，不仅绝缘层会烧坏，还会使金属熔化，引起可燃物燃烧发生火灾。除了产生热效应，导体还会受到很大的点动力的冲击，导致导体变形，严重的还会损坏。
2.短路故障分析
电力系统通常是指由发电机、变压器、电力线路、用户等在电气上相互连接组成的三相交流系统。图1是基于MATLAB软件建立的无限大容量电力系统模型。
.png)
图1 无限大容量电力系统模型图
图中分为两个模块，一个是主电路模块，另一个是测量电路模块。用电力系统模型进行各种类型的短路故障仿真，将得到的信息加以分析、整合，得到如下结论。
单相接地短路故障：故障点的故障相电压变为零，故障相电流产生剧烈变化，大体上呈正弦规律变化，电力系统的故障相电压会降低，而故障相电流会增大，并且出现零序分量。
两相接地短路故障：故障点的两个故障相电压变为零，两个故障相电流产生剧烈变化，大体上呈正弦规律变化，电力系统的两个故障相电压会降低，两个故障相电流会增大，并且出现零序分量。
两相相间短路故障：故障点的两个故障相电压变为零，两个故障相电流产生剧烈变化，大体上呈正弦规律变化，有两相电流会增大，而有两相电压会降低，没有出现零序分量。
三相短路故障：故障点的故障相电压变为零，故障相电流产生剧烈变化，大体上呈正弦规律变化，电力系统的三相电压会降低，三相电流会增大，，没有出现零序分量。
观察前面的各种类型的短路故障可以得到一个规律，电力系统发生短路故障时出现零序分量的是单相接地短路故障和两相接地短路故障，而不出现零序分量的是两相相间短路故障和三相短路故障。所以，可以得出一个结论，电力系统发生短路故障时，若出现零序分量判断为接地短路故障，若没有出现零序分量，则可判断为非接地短路故障。
3.识别方法原理
电流保护原理：任何一种电路发生故障时，都会使输出电流或者输出电压失去控制，为了避免负载不因此出现损坏，一般都会设有过压和过流保护。过流保护值不能人为设定，出厂的时候器件就已经定好了，一般都是额定电流的1.2~1.5倍，超出这个值，电源就会自动切断自己的输出，进而达到保护电路的功能。根据此原理，可判断电力系统是否出现了短路故障。
运行时的最大负荷电流。满足条件，即可判断电力系统出现了短路故障。
相电流差突变量选相是利用电力系统发生故障时两相电流差的变化量的幅值特征来区分各种故障类型。本文故障识别原理以相电流差突变量选相原理为基础，选择发生短路故障时电流波形发生剧烈变化时的数据代入公式中计算。
单相接地短路故障：先求出三个相电流差突变量里的最小值，用这个值乘于可靠系数（4~8）再与另外两个相电流差突变量比较，若是小于另外两个相电流差突变量，可认为这个相电流差突变量所对应的两相没有故障特征，若出现零序分量，进一步推出是第三相出现了单相接地短路故障。以A相接地短路故障为例，用公式表示如下：
.png)
两相短路故障：两相短路故障的相电流差突变量的幅值特征是两故障相电流差值最大。以AB两相短路为例，用公式表示如下：
.png)
若出现零序分量，表示是接地短路故障，则可判断为两相接地短路故障；若未出现零序分量，表示非接地短路故障，则可判断为两相相间短路故障。
三相短路：本文涉及到的短路故障类型只有四种，排除前面三种故障，剩下的即为三相短路故障。根据以上的识别原理编写出适合自己的程序，用来完成对短路故障类型的识别。
4.测试
运行电力系统模型，正常运行时的三相电流幅值约为32.8A，最大负荷电流约等于33A。通过电力系统模型进行短路仿真，选择某一时刻电流波动变化明显的数据，代入程序中，验证结果。
表 1 0.03时刻各种短路故障的数据
.png)
从图2中可以看出，根据本文的故障识别方法编写出的识别程序可以成功识别出各种类型的短路故障。图中的是否出现零序电流处，1表示出现零序分量，0表示未出现零序分量。
.png)
图2 程序测试结果
5.结语
本文建立了一个无限大容量电力系统模型，并对各种类型的短路进行了仿真，通过仿真结果做出了分析，得到了各种类型的短路故障时电力系统电压、电流等参数的变化特征，提取出故障特征。根据本文的短路故障识别原理，利用软件编写出识别陈旭，代入需要测量的数据后，成功识别出短路故障类型以及故障相。
参考文献
[1] 李庚银. 电力系统分析基础[M]. 北京：机械工业出版社,2011
[2] 于群,曹娜. MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真（第二版）[M]. 北京：机械工业出版社，2017.
[3] 徐杰. 输电线路故障鉴别软件[D]. 三峡大学,2011.
[4] 王湘女. 智能配电网短路故障特征分析及提取方法[D]. 山东大学,2019.