電力系統(tǒng)單相短路計算與仿真

1、遼寧工業(yè)大學電力系統(tǒng)分析課程設計（論文）目：電力系統(tǒng)單相短路計算與仿真（1）院（系）:專業(yè)班級：學 號：學生姓名：指導教師：教師職稱：起止時間：院（系）：課程設計（論文）任務及評語教研室：課程設訃(論文)任務各元件參數(shù)如下（各序參數(shù)相同）:Gl. G2： SN=30MVA, Vn=, X=：Tl: SN=I Vs%=10> k=121kVzPs=2OOkW, Po=35kWJo%=: YN/d-11 T2:Sn=, Vs%=,k=121k½Ps=180kW, Po=30kWJo%=: YN/d-11LI:線路長90km,電阻Qkm,電抗Qkm,對地容納X 10 6Skm;L2:

2、線路長80km>電阻Q/krm 電抗Qkm對地容納×10 6Skm:；L3:線路長70km,電阻Qkm,電抗Q/krm 對地容納×106Skm;: 負荷：S3=45MVA,功率因數(shù)均為任務要求（節(jié)點3發(fā)生A相金屬性短路時）：1計算各元件的參數(shù)：2畫出完整的系統(tǒng)等值電路圖：3忽略對地支路，計算短路點的A、B和C三相電壓和電流：4忽略對地支路，計算其它各個右點的A、B和C三相電壓和支路電流：5在系統(tǒng)正常運行方式下，對各種不同時刻A相接地短路進行MatIab仿 真：6將短路運行計算結(jié)果與各時刻短路的仿真結(jié)果進行分析比較，得出結(jié) 論。指導教師評語及成績平時考核：設計質(zhì)量：答辯

3、：總成績：指導教師簽字：年月日ii:成績：平時20%論文質(zhì)量60% 答辯20% 以白分制訃算近年來，隨著我國工業(yè)化的推進，國民經(jīng)濟也快速的發(fā)展著，與此同時電力 系統(tǒng)的規(guī)模變得越來越龐大，電力系統(tǒng)在人民的日常生活和工作中擔任的角色也 越來越重要，因此，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行直接影響著人們的日常生活。在電力系統(tǒng)的設訃和運行中，必須考慮到可能發(fā)生的故障和不正常的運行情 況，防止其破壞對用戶的供電和電氣設備的正常工作。從電力系統(tǒng)的實際運行情 況看，這些故障多數(shù)是山短路引起的，因此除了對電力系統(tǒng)的短路故障有一較深 刻的認識外，還必須熟練掌握電力系統(tǒng)的短路計算。關鍵詞：單相短路電流；單相短路電壓；仿真;第1章

4、緒論錯誤!未定義書簽。電力系統(tǒng)短路計算概述錯誤!未定義書簽。本文設計內(nèi)容錯誤!未定義書簽。第2章 電力系統(tǒng)不對稱短路訃算原理錯誤!未定義書簽。對稱分量法基本原理錯誤!未定義書簽。三相序阻抗及等值網(wǎng)絡錯誤!未定義書簽。單相不對稱短路的計算步驟錯誤!未定義書簽。第3章電力系統(tǒng)單相短路計算錯誤!未定義書簽。系統(tǒng)等值電路及元件參數(shù)計算錯誤!未定義書簽。系統(tǒng)等值電路及其化簡錯誤!未定義書簽o單相短路計算錯誤!未定義書簽。第4章短路訃算的仿真錯誤!未定義書簽。仿真模型的建立錯誤!未定義書簽。仿真結(jié)果及分析錯誤!未定義書簽。第5章總結(jié)錯誤!未定義書簽。參考文獻錯誤!未定義書簽。第章緒論電力系統(tǒng)短路計算概述電

5、力系統(tǒng)在運行過程中常常會受到各種擾動，其中，對電力系統(tǒng)影響較大的 是系統(tǒng)中發(fā)生的各種故障。常見的故障有短路、斷線和各種復雜故障（即在不同 地點同時發(fā)生短路或斷線），而最為常見和對電力系統(tǒng)影響最大的是短路故障。 因此，故障分析重點是對短路故障的分析。所謂短路，是指一切不正常的相與相 之間或相與地之間（對于中性點接地的系統(tǒng)）發(fā)生通路的情況。在三相系統(tǒng)中可能發(fā)生的短路有：三相短路,兩相短路,單相短路接地和兩相 短路接地。三相短路是對稱的,其他類型的短路都是不對稱的。在各種短路類型 中，單相短路占大多數(shù)，兩相短路較少，三相短路的機會最少。三相短路雖然很 少發(fā)生，但情況較嚴重，應給予足夠的重視。短路故障

6、時短路點附近的支路中出現(xiàn)比正常值大許多倍的電流，由于短路電 流的電動力效應，導體間將產(chǎn)生很大的機械應力，可能使導體和它們的支架遭到 破壞。短路時系統(tǒng)電壓大幅度下降，對用戶影響很大。系統(tǒng)中最主要的電力負荷是 異步電動機，電壓下降時，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩顯著減少，轉(zhuǎn)速隨之下降。當電壓 大幅下降時，電動機甚至可能停轉(zhuǎn)，造成產(chǎn)品報廢，設備損壞等嚴重后果。當短路地點離電源不遠而持續(xù)時間乂較長時，并列運行的發(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。這是短路故障最嚴重的后果。發(fā)生不對稱短路時，不平衡電流能產(chǎn)生足夠的磁通在鄰近的電路內(nèi)感應岀很 大的電動勢，這對于架設在高壓電力線路附近的通訊線路或鐵道訊號

7、系統(tǒng)等會產(chǎn) 生重大影響。本文設計內(nèi)容本科設主要計算單相短路及其仿真分析，具體設計安排如下：1計算各元件的參數(shù)；2畫出完整的系統(tǒng)等值電路圖；3忽略對地支路，計算短路點的A、B和C三相電壓和電流；4忽略對地支路，計算其它各個節(jié)點的A、B和C三相電壓和支路電流；5在系統(tǒng)正常運行方式下,對各種不同時刻A相接地短路進行Matlab仿真;6將短路運行計算結(jié)果與各時刻短路的仿真結(jié)果進行分析比較，得出結(jié)論。第2章電力系統(tǒng)不對稱短路計算原理對稱分量法基本原理所謂對稱分量法，即將三個相量分解為對稱的分量組，用于分析三相電路不 對稱運行狀態(tài)的一種方法。對稱分量法是電工中分析對稱系統(tǒng)不對稱運行狀態(tài)的一種基本方法。廣

8、泛應用于三相交流系統(tǒng)參數(shù)對稱、運行工況不對稱的電氣量計算。電力系統(tǒng)正常運行時可認為是對稱的，即各元件三相阻抗相同，各自三 相電壓、電流大小相等，具有正常相序。電力系統(tǒng)正常運行方式的破壞主要 與不對稱故障或者斷路器的不對稱操作有關。由于整個電力系統(tǒng)中只有個別 點是三相阻抗不相等，所以一般不使用直接求解復雜的三相不對稱電路的方 法，而采用更簡單的對稱分量法進行分析。電工中分析對稱系統(tǒng)不對稱運行狀態(tài)的一種基本方法。電力系統(tǒng)中的發(fā) 電機、變壓器、電抗器、電動機等都是三相對稱元件，經(jīng)過充分換位的輸電 線基本上也是三相對稱的。對于這種三相對稱系統(tǒng)的分析計算可以方便地用 單相電路的方法求解。對稱分量法是分析

9、不對稱故障的常用方法，根據(jù)不對稱分量法，一組不對稱 的三相量可以分解為正序、負序和零序三相對稱的三相量。在三相電路中，對于 任意一組不對稱的三相量（電流或電壓），可以分解為三相三組對稱的相量，當 選擇a相作為基準時，三相相量與其對稱分量之間的關系（如電流）為。(2-1)式中運算子f=,2°且有l(wèi) + " + =0, «3 = 1； /*;1）* 2 /二分別為a相 電流的正序、負序和零序分量并且有。b()(l>()<*(1)(2-2)當已知三相補對稱的相量時，可山上式求得各序?qū)ΨQ分量，已知各序?qū)ΨQ分量時，也可以求岀三相不對稱的相量，即(2-3)式中&#

10、39;11(2-4)ST= a2 a 1< a a1 1)a()(a)(b)(C)圖三相量的對稱分量展開(23)并計及式(22)有(2-5)電壓的三相相量與其對稱分量之間的關系也與電流一樣。三相序阻抗及等值網(wǎng)絡短路故障的計算與分析,主要是短路電流的大小及其變化規(guī)律不僅與短路故 障的類型有關,而且與電源特性,網(wǎng)絡元件的電磁參數(shù)有關。不對稱短路時故障處的短路電流和電壓網(wǎng)絡的故障處，對稱分量分解后可用 序電壓方程表示為兒種主要的序網(wǎng)。為使電路簡化，需要將線路的三角形連接轉(zhuǎn)化為星形連接，轉(zhuǎn)化后其正序、負序和零序網(wǎng)絡圖如下。圖零序網(wǎng)絡對正序、負序和零序網(wǎng)絡內(nèi)電抗進行Y轉(zhuǎn)換訃算如下。= 0.023X

11、34 X240.06x0,08X24 + X54 + X25 " 0.08 + 0.06 + 0.068X=八 34 “23=°.06x°068= 00202 X24 + X34 + 23 0.08 + 0.06 + 0.068' J= 0.026X23X24_°068x008X24 + Mm + X23 一 O°8 + 006 + 0.068三相序阻抗化簡，其等值網(wǎng)絡圖如下。圖正序等值網(wǎng)絡圖負序等值網(wǎng)絡圖零序等值網(wǎng)絡對等效電抗進行計算(1) 正序AGl(I) + An=丿 0.15 + J.l5+ = /).3j×2 + j

12、×sw + JX3 = 70.020 + j.2+./0.026 = ./0.246jX2 + 7Xc2u1 + JX1 = 0.15 + 0.15 + 70.023 = 0.323必皿F0.869(2) 負序j×G(2 + J×n= JO. 15 + 70.15 = y.3jX2 + jX Sg + jx 3 = 7'0021 + )0.2 + 0.026 = 0.247jXr2 + JXg2 + JXl = 7'02 + 0.15 + ./0.023 = J0.373JXg) =jjj=+71(2)÷J jXEXsg+jX'

13、jX2 + jXG2(2' + jXP=丿00994+JO. 3J0.247/0.373(3) 零序JXff(O) =jj=+丿XT'1 + 3(0) J2<0) + X"0) + jX2ii= I ' I = Io4+ -T0.2 + 0.026 J0.021 + 0.023÷ 丿015丿0.226 JO. 194單相不對稱短路的計算步驟1. 確定計算條件，畫計算電路圖1）計算條件：系統(tǒng)運行方式，短路地點、短路類型和短路后釆取的措施。2）運行方式：系統(tǒng)中投入的發(fā)電、輸電、變電、用電設備的多少以及它們 之間的連接情況。根據(jù)計算Ll的確定系統(tǒng)運行

14、方式，畫相應的計算電路圖。選電氣設備：選擇正常運行方式畫計算圖；短路點取使被選擇設備通過的短路電流最大的點。繼電保護整定：比較不同運行方式，取最嚴重的。2. 畫等值電路，計算參數(shù)；分別畫各段路點對應的等值電路。標號與計算圖中的應一致。3. 網(wǎng)絡化簡，分別求出短路點至各等值電源點之間的總電抗。等值電源歸算（1）同類型且至短路點的電氣距離大致相等的電源可歸并；（2）至短路點距離較遠的同類型或不同類型的電源可歸并；（3）直接連于短路點上的同類型發(fā)電機可歸并；第3章電力系統(tǒng)單相短路計算系統(tǒng)等值電路及元件參數(shù)計算單相接地短路時，故障處的三個邊界條件為匕=OZ=Oz =o,經(jīng)過整理后 便得到用序量表示的邊

15、界條件為(l) +Yb(2) ÷Yh(0) = °短路點電流和電丿E的各序分量為I = J = J1 fa 1(2) Ifa(Q)(3-2)jfa(I) = '"/(O廠 JXJr/血 匕=丿X”乙 VeO) = 丿Xjno幾電壓和電流的各序分量，也可以直接應用復合序網(wǎng)來求得。根據(jù)故障處各序 分量之間的關系，將各序網(wǎng)絡在故障端口聯(lián)接起來構(gòu)成的網(wǎng)絡稱為復合序網(wǎng)。用 復合序網(wǎng)進行計算，可以得到同樣結(jié)果。短路點的故障相電流為/.I)=血=/歸+IfiI(3-3)3怙丿(X")+ Xj?* + X 加 0)(34)帶入式(3-4)各個數(shù)據(jù)，得j _3%)

16、3×J 3Ph 一 J(XJr(I)+ X#(2) + X#(O) " y(0.869+0.373÷0.104) 一 兒346由式(33)和式(3得11.346山式(32)得1匕 F(X ÷ XE兒=000994+ )0.104) X= 0.151K<2)= JXm 乙=j0.0994×-= -0.0747.34o1K(O)=丿天小。化=y0.104×- = -0.077yl.34o短路點非故障相的對地電壓Vjb ="+afa(2) +(0)=丿(。Q)Xjff+(" J)XJf(O)'向1>=

17、(t2-1)0.0994+(W2-I)0.1041Jl .346a(a -1)0.0994+(/ - I)OaO41.346VfC =ClfairVfa +%=MS )Xr + ("l)X"gi)j(a 6/2)0.0994+ (U 1)0.1041Jl .346(rt-6Z2)0.0994+(r-l)0.I041.346系統(tǒng)等值電路及其化簡為使電路簡化，需要將線路的三角形連接轉(zhuǎn)化為星形連接，其轉(zhuǎn)化公式為。7 0 e"Zab + Zbc + Zea7 =ab乙 b 7+7+7J ab J be J Ca7 =Ca beCa厶 N+z/z在進行電路化簡時，還需要對電

18、源、阻抗進行合并，其公式如下。EE 廣 EEEi+Ei一 ZZZ1÷Z2代數(shù)得,1abACIaIb=OIC=OZQb + Zg0.869+ J0.104Zab + Zbe + ZCa0.869+ y0.0994+ JO. 104乙 C + ZabJ0.0994+ /0.869Zab + ZbC + ZCaJ0.869+ J0.0994+ JO. 104ZCfl + Zz )0.104+)0.0994Zab + ZbC + Zg0.869+ )0.0994+ )0.104Ee(I_ E1E2+E2E1 I IEi +E2乙譏1) /0.15 × /0.15 C 山亡 =0.0

19、750.15 + JO. 15乙=0.907Zb =0.903Z嚴= 0.19對于正序圖,圖單相接地短路IfaI圖單相短路的復合序網(wǎng)第4章短路計算的仿真仿真模型的建立當A相發(fā)生接地短路時故障點A相電壓降為零，山于系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)，即 Xff無窮大，山公式可知，單項短路電流減為零，非故障相即BC兩項電壓上升為 線電壓，其夾角為60。故障切除后各相電壓水平較原來升高，這是中性點電位升 高導致的。0.00Q2 03040.50.6Btlii）s圖單項接地（A相）電壓圖單項接地（A相）電流當輸電線路發(fā)生A相接地短路時，B相、C相電流沒有變化，始終為0。在正 常狀態(tài)時，三相短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)，A相電流為OO在時，三相短路 故障發(fā)生器閉合，此時A相接地短路，其短路電流形發(fā)生了劇烈的變化，但大體 上仍呈現(xiàn)正弦規(guī)律變化。在時，三相短路故障發(fā)生器打開，故障排除，此時故障 點A相電流迅速變?yōu)?。具體的仿真波形如圖所示：圖單項（A相）接地各項電流波形仿真結(jié)果及分析系統(tǒng)釆用中性點不接地方式時，發(fā)生單相接地故障三相間線電壓仍然對稱， 不必馬上切除故障部分，提高了供電的可靠性。但是接地電流在故障處可能產(chǎn)生 穩(wěn)定或間歇性的電弧，將危害整個電網(wǎng)的安全運行。若系統(tǒng)改為直接接地，中性點會與故障點成短路回路，線路