電力系統(tǒng)兩相短路計(jì)算與仿(共21頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué)電力系統(tǒng)計(jì)算課程設(shè)計(jì)（論文）題目： 電力系統(tǒng)兩相短路計(jì)算與仿真（1）院（系）： 電 氣 工 程 學(xué) 院 專業(yè)班級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 起止時(shí)間：13-07-01至13-07-12專心-專注-專業(yè)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語G1 T1 1 L2 2 T2 G2 1:k k:1 L1 L3 3 S3 院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：電氣工程及其自動(dòng)化課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)GG原始資料：系統(tǒng)如圖各元件參數(shù)如下（各序參數(shù)相同）：G1、G2：SN=30MVA，VN=10.5kV，X=0.26；T1: SN=31.5MVA，Vs%=9

2、.5， k=10.5/121kV,Ps=220kW, Po=33kW,Io%=0.9；YN/d-11T2: SN=31.5MVA，Vs%=10.5， k=10.5/121kV,Ps=180kW, Po=30kW,Io%=0.8；YN/d-11L1:線路長(zhǎng)80km，電阻0.17/km，電抗0.4/km，對(duì)地容納2.78×10-6S/km；L2:線路長(zhǎng)75km，電阻0.2/km，電抗0.42/km，對(duì)地容納2.88×10-6S/km； L3: 線路長(zhǎng)80km，電阻0.17/km，電抗0.4/km，對(duì)地容納3.08×10-6S/km；負(fù)荷：S3=45MVA，功率因數(shù)均為

3、0.9.任務(wù)要求（節(jié)點(diǎn)3發(fā)生AC相金屬性短路時(shí)）：1 計(jì)算各元件的參數(shù)；2 畫出完整的系統(tǒng)等值電路圖；3 忽略對(duì)地支路，計(jì)算短路點(diǎn)的A、B和C三相電壓和電流；4 忽略對(duì)地支路，計(jì)算其它各個(gè)節(jié)點(diǎn)的A、B和C三相電壓和支路電流；5 在系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下，對(duì)各種不同時(shí)刻AC兩相短路進(jìn)行Matlab仿真；6 將短路運(yùn)行計(jì)算結(jié)果與各時(shí)刻短路的仿真結(jié)果進(jìn)行分析比較，得出結(jié)論。指導(dǎo)教師評(píng)語及成績(jī)平時(shí)考核： 設(shè)計(jì)質(zhì)量： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算摘 要生產(chǎn)、輸送、分配、消費(fèi)電能的各種電器設(shè)備連接在一起而組成的整體稱為電力系統(tǒng)。電力

4、系統(tǒng)中輸送和分配電能的部分稱為電力網(wǎng)。在電力系統(tǒng)和電力網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行中，由于雷擊、溫度等意外情況的存在，電力系統(tǒng)短路時(shí)有發(fā)生，極大的破壞電力系統(tǒng)設(shè)備，影響電網(wǎng)及用戶的生產(chǎn)生活。對(duì)稱分量法是電力系統(tǒng)短路計(jì)算的常用方法，在應(yīng)用對(duì)稱分量法分析計(jì)算不對(duì)稱故障時(shí)必須首先作出電力系統(tǒng)的各序網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)求出各序網(wǎng)絡(luò)對(duì)短路點(diǎn)的輸入電抗以及正序網(wǎng)絡(luò)的等值電勢(shì)，再根據(jù)不對(duì)稱短路的不同類型，列出邊界方程，以求得短路點(diǎn)電壓和電流的各序分量本文主要采用了對(duì)稱分量法對(duì)電力系統(tǒng)兩相短路的情況進(jìn)行分析和計(jì)算。關(guān)鍵詞：兩相短路；電力系統(tǒng)計(jì)算；對(duì)稱分量法目 錄第1章 緒論1.1 電力系統(tǒng)短路計(jì)算概述1.1.1 短路的一般概念

5、短路是電力系統(tǒng)的嚴(yán)重故障，所謂短路，是之一切不正常的相與相之間或相與地發(fā)生通路的情況。1.1.2 短路的危害（1）短路故障時(shí)短路點(diǎn)附近的支路中出現(xiàn)比正常值大許多倍的電流，由于短路電流的電動(dòng)力效應(yīng)，導(dǎo)體間將產(chǎn)生很大的機(jī)械應(yīng)力，可能使導(dǎo)體和它們的支架遭到破壞。（2）短路電流使設(shè)備發(fā)熱增加，短路持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，設(shè)備可能過熱以致?lián)p壞。（3）當(dāng)短路地點(diǎn)離電源不遠(yuǎn)而持續(xù)時(shí)間又較長(zhǎng)時(shí)，并列運(yùn)行的發(fā)電廠可能失去同步，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定，造成大片區(qū)停電。1.1.3 短路計(jì)算的目的（1） 選擇有足夠機(jī)械穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度的電氣設(shè)備。（2） 合理配置繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置并確定其參數(shù)。（3） 研究短路對(duì)用戶的影響1.2 本文設(shè)

6、計(jì)內(nèi)容為了保護(hù)電力系統(tǒng)運(yùn)行正常，本文模擬了一組電力系統(tǒng)兩相短路的過程，采用了對(duì)稱分量法計(jì)算各元件參數(shù)。首先對(duì)設(shè)計(jì)要求中的電路圖畫出等值電路，忽略對(duì)地支路分別計(jì)算短路點(diǎn)A、B、C三相的電壓和電流并對(duì)在正常運(yùn)行方式下不同時(shí)刻的AC短路進(jìn)行仿真。第2章 電力系統(tǒng)不對(duì)稱短路計(jì)算原理2.1 對(duì)稱分量法基本原理對(duì)稱分量法是分析電力系統(tǒng)三相不平衡的有效方法，其基本思想是把三相不平衡的電流、電壓分解成三組對(duì)稱的正序相量、負(fù)序相量和零序相量，這樣就可把電力系統(tǒng)不平衡的問題轉(zhuǎn)化成平衡問題進(jìn)行處理。在三相電路中，對(duì)于任意一組不對(duì)稱的三相相量（電壓或電流），可以分解為3組三相對(duì)稱的分量。2.2 三相序阻抗及等值網(wǎng)絡(luò)在

7、三相電路中，對(duì)于任意一組不對(duì)稱的三相量（電流或電壓），可以分解為三相三組對(duì)稱的相量，當(dāng)選擇a相作為基準(zhǔn)時(shí)，三相相量與其對(duì)稱分量之間的關(guān)系。圖2.1 系統(tǒng)等值電路圖分別為a相電流的正序、負(fù)序和零序分量并且有： （2-1）當(dāng)已知三相補(bǔ)對(duì)稱的相量時(shí)，可由上式求得各序?qū)ΨQ分量，已知各序?qū)ΨQ分量時(shí)，也可以求出三相不對(duì)稱的相量，即： (2-2）展開（2-2）有電壓的三相相量與其對(duì)稱分量之間的關(guān)系也與電流一樣。2.3 兩相不對(duì)稱短路的計(jì)算步驟確定計(jì)算條件，畫出計(jì)算電路圖1.計(jì)算條件：系統(tǒng)運(yùn)行方式，短路地點(diǎn)、短路類型和短路后采取的措施。2.運(yùn)行方式：系統(tǒng)中投入的發(fā)電、輸電、變電、用電設(shè)備的多少以及它們之間的連

8、接情況。3.畫等值電路，計(jì)算參數(shù)4.網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)，分別求出短路點(diǎn)至各等值電源點(diǎn)之間的總電抗分別畫出各段路點(diǎn)對(duì)應(yīng)的等值電路，星角變化。兩相短路時(shí)，假定在K點(diǎn)發(fā)生AC兩相短路。這種情況下以相量表示的邊界條件方程如下： ； （2-1）轉(zhuǎn)換為對(duì)稱分量： （2-2）可得： ， （2-3） 即： （2-4） 于是，以序分量表示的AC相短路的邊界條件為： ； ； （2-5） 應(yīng)當(dāng)注意，AC相短路時(shí)選基準(zhǔn)相為B相，故障點(diǎn)基準(zhǔn)相的序電流、序電壓才有式（2-5）的關(guān)系，B相和C相的序電流、序電壓就沒有這樣的關(guān)系。當(dāng)然AC相短路時(shí)選B相為基準(zhǔn)相，AB相短路時(shí)選C相為基準(zhǔn)相，其故障點(diǎn)的序電流、序電壓同樣有這一關(guān)系。與之間

9、的相位差為： （2-6）由此可知，等于系統(tǒng)負(fù)序阻抗的阻抗角。短路點(diǎn)的各序復(fù)數(shù)功率按下列式進(jìn)行計(jì)算：正序功率： （2-7） 負(fù)序功率： （2-8） 式中 、短路點(diǎn)的正序及負(fù)序電流的共軛值。故障處的各相電流、電壓序分量計(jì)算。如果故障點(diǎn)的（故障點(diǎn)遠(yuǎn)離電源），則兩側(cè)短路電流等于該點(diǎn)三相短路電流的倍。 圖2.2 A,C兩相短路復(fù)合序網(wǎng)絡(luò)從以上的分析計(jì)算可知，兩相短路有以下幾個(gè)基本特點(diǎn)：（1）短路電流及電壓中不存在零序分量。（2） 兩故障相中的短路電流的絕對(duì)值相等，而方向相反，數(shù)值上為正序電流的倍。（3）當(dāng)時(shí)，兩相短路的故障相電流為同一點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)的短路電流的倍，因此可以通過對(duì)序網(wǎng)進(jìn)行三相短路計(jì)算來近

10、似求兩相短路的電流。（4）短路時(shí)非故障相電壓在短路前后不變，兩故障相電壓總是大小相等，數(shù)值上為非故障相電壓的一半，兩故障相電壓相位上總是同相，但與非故障相電壓方向相反。第3章 電力系統(tǒng)兩相短路計(jì)算3.1 系統(tǒng)等值電路及元件參數(shù)計(jì)算系統(tǒng)各元件參數(shù)如下：發(fā)電機(jī)G1、G2：，變壓器T1：，變壓器T2： ， ，線路L： 負(fù)荷：S3=45MVA，功率因數(shù)均為0.9。解題過程如下：1）計(jì)算各元件標(biāo)幺值（取）發(fā)電機(jī)G1：發(fā)電機(jī)G2：變壓器T1：變壓器T2：線路L1： 線路L2： 線路L3： 負(fù)荷S： 2）以a相為基準(zhǔn)相作出各序網(wǎng)絡(luò)圖求出各序的等值電抗 3）求各相電流和電壓為：3.2 系統(tǒng)等值電路及其化簡(jiǎn)本課

11、設(shè)的電力系統(tǒng)接線圖如3.1所示GG圖3.1電力系統(tǒng)接線圖由于電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)主要受影響的系統(tǒng)的電抗，故正序圖中只體現(xiàn)電抗的標(biāo)幺值，其余忽略不計(jì)，將系統(tǒng)圖轉(zhuǎn)換為正序網(wǎng)絡(luò)圖如圖3.2所示圖3.2 正序網(wǎng)絡(luò)正序網(wǎng)絡(luò)圖中出現(xiàn)角型連接，需將其裝換成星型才可以繼續(xù)簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)星角變化公式： （3-1）經(jīng)轉(zhuǎn)化后的正序網(wǎng)絡(luò)如圖3.3所示圖3.3 星角變換后正序網(wǎng)絡(luò)圖將正序圖合并電抗后為：圖3.4 合并后正序網(wǎng)絡(luò)因?yàn)樵紨?shù)據(jù)的正序、負(fù)序的系數(shù)相同，那么負(fù)序網(wǎng)絡(luò)與正序網(wǎng)絡(luò)類似，僅僅是負(fù)序中不存在。負(fù)序網(wǎng)絡(luò)圖如圖3.5所示圖3.5負(fù)序網(wǎng)絡(luò)將負(fù)序圖合并電抗后圖3.6所示圖3.6合并后負(fù)序網(wǎng)絡(luò) 由于系統(tǒng)發(fā)生兩相短路，非接

12、地，則不存在零序。3.3 兩相短路計(jì)算根據(jù)圖3.6合并后的正序網(wǎng)絡(luò)計(jì)算和那么正序圖就可尤其等值電路代替，如圖3.7所示：圖3.7正序網(wǎng)絡(luò)等值電路那么正序圖就可尤其等值電路代替，如圖3.8所示圖3.8負(fù)序網(wǎng)絡(luò)等值電路將圖3.7和圖3.8合并成兩相短路復(fù)合序網(wǎng)如圖3.9所示圖3.9兩相短路復(fù)合序網(wǎng)利用這個(gè)復(fù)合序網(wǎng)可以求出：短路點(diǎn)故障相的電流為：A、C兩相電流大小相等，方向相反。它們的絕對(duì)值為：短路點(diǎn)各相對(duì)地電壓為：第4章 短路計(jì)算的仿真4.1 仿真模型的建立根據(jù)以上數(shù)值的計(jì)算及系統(tǒng)等值電路，可建立仿真模型如圖4.1所示。圖4.1 仿真模型圖4.2 仿真結(jié)果及分析圖4.2故障點(diǎn)A相電流圖4.3 故障

13、點(diǎn)B相電流圖4.4 故障點(diǎn)C相電流圖4.5 故障點(diǎn)三相電流波形圖在開始時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器閉合，此時(shí)電路發(fā)生A、C兩相短路，故障點(diǎn)A相電流發(fā)生變化，由于閉合時(shí)有初始輸入量和初始狀態(tài)量，因而波形下移，呈正弦波形變化。在0.04s時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器斷開，相當(dāng)于排除了故障。此時(shí)故障點(diǎn)A相電流迅速上升為0A。故障點(diǎn)C相電流與A相電流大小相等，方向正好相反。在A、C 發(fā)生兩相短路時(shí)，故障點(diǎn)B相電流沒有變化，始終為0A，即。 選擇故障點(diǎn)A相電流、B相電流和C相電流作為測(cè)量電氣量。故障點(diǎn)三相電流波形如圖3-14所示。由圖形可以得出以下結(jié)論：當(dāng)電路發(fā)生A、C兩相短路故障時(shí)，B相電流沒有變化，A相

14、電流波形下移，C相電流波形上移。理論計(jì)算中，結(jié)合圖中故障點(diǎn)A、C電流波形可知理論計(jì)算正確。第5章 總結(jié)本次設(shè)計(jì)研究的是兩相短路，根據(jù)給定的系統(tǒng)圖及各個(gè)元件參數(shù)，計(jì)算短路點(diǎn)的電壓和電流。在實(shí)際生活中，電力系統(tǒng)短路時(shí)有發(fā)生，極大的破壞電力系統(tǒng)設(shè)備，影響電網(wǎng)及用戶的生產(chǎn)生活。對(duì)稱分量法是電力系統(tǒng)短路計(jì)算的常用方法，在應(yīng)用對(duì)稱分量法分析計(jì)算不對(duì)稱故障時(shí)必須首先作出電力系統(tǒng)的各序網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)求出各序網(wǎng)絡(luò)對(duì)短路點(diǎn)的輸入電抗以及正序網(wǎng)絡(luò)的等值電勢(shì)，運(yùn)用對(duì)稱分量法計(jì)算短路點(diǎn)電流電壓，當(dāng)A、C相發(fā)生短路時(shí)，利用對(duì)稱分量法將不對(duì)稱系統(tǒng)分解為正序，負(fù)序，分別對(duì)正序，負(fù)序網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)行等效化簡(jiǎn)，計(jì)算出各點(diǎn)的電壓和電流，以及各個(gè)支路的電壓電流，畫出系統(tǒng)的等效電路圖。最后在MATLAB中建立了模型并仿真，通過將仿真結(jié)果與運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行分析比較得出結(jié)論。參考文獻(xiàn)1 何仰贊等編著