5-1 含串聯補償與並聯補償輸電線路之故障模擬
★模擬電路（參考psbsurgnetwork）
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Surge arresters used in a series and shunt compensated transmission system
+
Bus2 to load current
4x 105 Series compensation capacitor voltage with unprotected condition
voltage(V)
x 106 Shunt compensation reactor voltage with unprotected condition
time(s)
1x 104 source current
current(A)
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 -2
-1 0 1
2x 105 Series compensation capacitor voltage
voltage(V)
Capacitor protection MOV current
time(s)
1.5x 106 Shunt compensation reactor voltage
voltage(V)
Shunt protection MOV current
time(s)
current (A)
圖5-2 接上避雷器之模擬結果 5-2 含飽和變壓器之故障模擬
★模擬電路(參考 psbcompensated)
Series Compensated Transmission System (single-phase)
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shunt comp.2 110 Mvar2 Q=300 shunt comp. 1
110 Mvar1 250MVA / phase
735 / 315 kV
U Capaitor (V) I MOV (A)
U B2 (pu)
Fault current (A)
Flux T1 (pu)
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
4x 105 Series capacitor voltage
voltage (V)
1x 104 Capacitor protection MOV voltage
voltage (V)
Bus 2 voltage
time(s)
Transformer magneting current
current (A)
（參考 PSB 使用手冊 Three-Phase Transformer 說明及存於 MATLAB6p1/toolbox/powersys /powerdemo 中之 psbtransfo3wdn.mdl 範例檔案）
1. 如檔案電路，探討系統之結構及各設備元件參數設定。
2. 在無故障之穩態情況，模擬分析並討論系統運作情形。
3. 加入一三相故障設定元件(存於 PSB/Extra Library/Three-Phase Library/3 Phase Fault)使連接 於 90km 線路與 LOAD1 間，並適當加入電壓、電流量測元件、多功能電錶、示波器等以量測 顯示重要波形。將模擬時間 stop time 設定改至 2 秒即可。
4. 單線接地故障，如右圖設定，勾選 Phase A Fault 及 Ground Fault，代表 A 相發生接地故障，Transition status 為[1 0]，Transition times 為 [1 1+5/60]
，代表A 相在 1 秒時接地，5 個週期 後故障清除，模擬分析此故障情形。
5. 兩相線間短路故障，勾選 Phase A Fault 及Phase B Fault，但不勾選 Ground Fault，代表 A 相與 B 相線間短路故障
，模擬分析此故障情形。
6. 三相短路接地故障，勾選 Phase A Fault
、Phase B Fault 及 Phase C Fault，並勾 選Ground Fault，代表三線同時接地故障
，模擬分析此故障情形。
1、針對以下三種故障，探討三相電力系統中所發生的各種短路現象及其影響。
（1）單線接地故障（a 相發生接地故障），在 1 秒時接地，5 週期後故障清除。
（a） 變壓器 T1 各繞組之 a 相電壓波形
（b） 變壓器 T2 各繞組之 a 相電壓波形
（c） 故障電流波形
（d） 90km 傳輸線負載電壓波形 圖 5-5 a 相接地故障之模擬結果
從相關知識中，可以得知當 a 相接地故障的條件是Ib =Ic =0， 。圖 5-5 為 a 相接地故障之模擬結果。由圖 5-5（c）可觀察出，由於斷路器在 1 秒閉合時，a 相產生一故障電 流且含有諧波成分，而經過第五個週期後，斷路器斷開故障清除，電流變為 0。且負載因無電流 流過，故其壓降為 0。在圖 5-5（d）中因為 a 相的故障也導致 b、c 相負載電壓含有諧波成分，
直到故障清除後，經一段時間才會恢復穩態。
F a
ag I Z
V = ×
（2）兩相線間短路故障（a 相與 b 相線間短路故障）
（a） 變壓器 T1 各繞組之 a 相電壓波形
（b） 變壓器 T2 各繞組之 a 相電壓波形
（c） 故障電流波形
（d） 90km 傳輸線負載電壓波形 圖 5-6 ab 相線間短路故障之模擬結果
圖 5-6 為 ab 相線間短路故障之模擬結果。在圖 5-6（a）中，其 ab 相線間短路故障使得 T1 的二、三次繞組電壓產生嚴重諧波成分，於故障清除時又產生另一暫態突波，慢慢直到達到穩態。
在圖 5-6（c）中，主要因為是線間短路故障，所以故障電流是由 a 相流至 b 相，所以 a、b 相故 障短路電流剛好相反，由相關知識中可得知
A
B I
I =− ，根據模擬結果顯示：IA = 2104A、 與 。其結果與理論相符合。
A
IB =−2104 IC =0A
（c）三相短路接地故障（abc 相短路接地故障）
（a） 變壓器 T1 各繞組之 a 相電壓波形
（b） 變壓器 T2 各繞組之 a 相電壓波形
（c） 故障電流波形
（d） 90km 傳輸線負載電壓波形 圖 5-7 abc 相短路接地故障之模擬結果
圖 5-7 為三相短路接地故障之模擬結果之，由圖 5-7（a）可觀察出，三相短路接地故障會促使 T1 的 三次繞組電壓產生嚴重諧波成分，於故障清除時會產生另一暫態突波且漸漸地達到穩態。如圖 5-7（c）
所示，依相關知識得知Ia +Ib +Ic = 0 其和為 0。因電流為 0，所以 之 a、b、c 相電壓亦為 0，如圖 5-7（d）所示。根據模擬結果 A、
L1
A
IA =−50 IB =−1770A與IC =1820A，其結果與模擬結果相互符合。
表 5-3 各種故障下之電流結果比較 故障情形
電流大小 a 相接地故障 ab 相線間故障 abc 三相
接地故障
I （A） a -488.5 2104 -50
I （A） b 0 -2104 -1770
I （A） C 0 0 1820
由表 7-6 中，可以得知當各相故障時，其都會有故障電流通過，簡而言之，在不同的短路故 障型態，便會引發不同的短路值；然而發生非對稱故障期間故障電壓不一定會等於零。