兩相短路接地—課程設計.doc

1、成績課程設計說明書課程設計名稱：電力系統(tǒng)分析課程設計題目：兩相接地故障的計算學生姓名：喻翌專業(yè)：電氣工程與自動化學號： 32指導教師：袁宇春日期：2010年6月 18 日目錄1前言 . .錯誤! 未定義書簽。短路故障計算的原因 .錯誤! 未定義書簽。短路發(fā)生的原因 .錯誤! 未定義書簽。短路類型 .錯誤! 未定義書簽。短路的危害 .錯誤! 未定義書簽。2數學模型 . .錯誤! 未定義書簽。架空輸電線的等值電路和參數 .錯誤! 未定義書簽。變壓器等值電路和參數 .錯誤! 未定義書簽。發(fā)電機等值電路 .錯誤! 未定義書簽。3對稱分量法 . .錯誤! 未定義書簽。不對稱三相量的分解 .錯誤! 未定義

2、書簽。對稱分量法在不對稱短路計算中的應用 .錯誤! 未定義書簽。變壓器的各零序等值電路 .錯誤! 未定義書簽。4兩相短路接地的分析 . .錯誤! 未定義書簽。5兩相短路接地的計算流程 . .錯誤! 未定義書簽。6算例 . .錯誤! 未定義書簽。7總結 . .錯誤! 未定義書簽。參考文獻 . .錯誤! 未定義書簽。兩相接地故障的計算摘要： 在電力系統(tǒng)的設計和運行中，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，這些故障多數是由短路引起的， 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。這

3、里著重介紹簡單不對稱故障兩相短路接地的常用計算方法。對稱分量法是分析不對稱故障常用方法，根據對稱分量法， 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。在應用對稱分量法分析計算不對稱故障時必須首先作出電力系統(tǒng)的各序網絡，通過網絡化簡求出各序網絡對短路點的輸入電抗以及正序網絡的等值電勢，再根據不對稱短路的不同類型，列出邊界方程，以求得短路點電壓和電流的各序分量。關鍵詞： 短路計算、兩相短路接地、對稱分量法Abstract:In power system design and operation, we must consider thepossibility of failure

4、 and normal operation, prevent power supply ofdamageto users and electricalequipment to work properly. From theactualoperation of power system, these problems are mostly caused by a shortcircuit, so in addition to power system short circuit fault has a moreprofound understanding,butalso mustbe famil

5、iarwith powersystemshort-circuitcalculations.Here focuseson a simple asymmetrictwo-phaseshort-circuit ground fault calculation methods. Symmetry is a commonmethod of asymmetric fault, according to asymmetric method, a set ofasymmetrical three-phase quantitycanbe decomposed intopositivesequence, nega

6、tive sequence and zero sequence symmetrical three-phasethree-phasevolume. Inthe applicationofsymmetry analysisandcalculation must be made asymmetric failure of the order power systemnetwork,simplifyingthenetworkobtainedthe sequencenetworkshort-circuitpoint ontheinputreactanceandequivalentpositiveseq

7、uence network potential, and then under asymmetric short-circuit thedifferent types of boundary equations are listed, in order to achieveshort-circuit voltage and current of each point sequence component.Keyword: Short-circuit calculation、 Two-phase ground short circuit、Symmetry1 前言短路故障計算的原因電力系統(tǒng)在運行過

8、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。短路發(fā)生的原因電力系統(tǒng)短路故障發(fā)生的原因很多，既有客觀的，也有主觀的，而且由于設備的結構和安裝地點的不同，引發(fā)短路故障的原因也不同。但是，根本原因是電氣設備載流部分相與相之間或相與地之間的絕緣遭到破壞。主要有：元件損壞，氣象條件惡化，違規(guī)操作和其他短路類型再三相系統(tǒng)中可能發(fā)生的短

9、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，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。短路的危害1）短路故障時短路點附近的支路中出現比正常值大許多倍的電流，由于短路電流的電動力效應， 導體間將產生很大的機械應力，可能使導體和它們的支架遭到破壞。2）短路電流使設備發(fā)熱增加，短路持續(xù)時間較長時，設備可能過熱以致損壞。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，電動機的電磁轉矩顯著減少，轉速隨之下

10、降。當電壓大幅下降時，電動機甚至可能停轉，造成產品報廢，設備損壞等嚴重后果。3）當短路地點離電源不遠而持續(xù)時間又較長時，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。4）發(fā)生不對稱短路時，不平衡電流能產生足夠的磁通在鄰近的電路內感應出很大的電動勢，這對于架設在高壓電力線路附近的通訊線路或鐵道訊號系統(tǒng)等會產生重大影響。2 數學模型在電力系統(tǒng)的電氣計算中，常用等值電路來描述系統(tǒng)元件的特性。電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)基本上是三相對稱的或者可化為三相對稱的，因此，等值電路中的參數是計及了其余兩相影響的的一相等值參數。架空輸電線的等值電路和參數設有長度為L 的輸電線路，?

11、I 1Id I(r0+jx0 )dxI其參數沿線均勻分布單位長度的阻抗和導納分別為?z0r0jwl 0r0jx0V 1Vd VV,y0g0jwc 0g0jb0。(g 0+jb0 )dx?I 1?V 2(g0 +jb0 )dx在距末端 x 處取一段 dx，可作出等值電路如圖所示。在正弦電壓下處于穩(wěn)態(tài)時， x=L 時，可得到線路首端電壓和電流與線路末端電壓和電流的關系如下：dxL圖2.1長線等值電路x?V1V2 ch l I 2 Zcsh l ,I 1V2 sh l I 2 sh lZc(g0 jwc0)(r0 jwl0 )r0jwl0RcjXc，j ,Zcjwc0g0稱為線路的傳播常數，Zc 稱

12、為線路的波阻抗。 對于高壓架空線路，l 0電導時，便有jjwl0 c0 , ZcRcc0將上述方程通網絡的通用方程：? ? ? ? ?(2-4)V 1AV 2BI 2,I1C V2D I 2（2-1 ）（2-2 ）略去電阻和（2-3 ）?sh l 輸電線路就是對稱的無相比較，若取 ADch l , BZ c sh l , CZ c源二端口網絡，并可用對稱的等值電路來表示，實際計算中大多采用型等值電路，如圖所示：令 Z (r0jx0 )l和 Y ( g0jb0 )l?分別代表全線的總阻抗和總導納，則：I 1Z I 2Z K zZ , Y K yY(2-5)?Y/ 2V 2式中 K zsh ZY

13、, K y2(ch l1)VY/ 2ZYZY sh l圖2.2由此可見，將全線的總阻抗Z 和總導納分別乘以修正系數 K Z 和 K y ，便可得型等值電路的精確參數。變壓器等值電路和參數變壓器的參數一般指其等值電RTjX T路，見圖中的電阻RT 、電抗 X T 、電導 GT 和電納 BT 。變壓器的變比也是GTjBT一個參數。變壓器的前四個參數可以從出廠銘牌上代表電氣特性的四個數據計算得到。這四個數據時短路損耗圖 2.3雙繞組變壓器Ps，短路電壓 Vs % ，空載損耗P0 ，空載電流 I 0 % 。前兩個數據由短路試驗得到，后兩個數據由空載試驗得到。RTPsVN2*103X TVS%* VN2

14、*103變比 KT V1N /V2NSN2100SNG TP0* 103SBTI 0 %SN* 103SV N2*VN2100(2-5)變壓器 型等值電路如圖所示, 變壓器阻抗ZT = RTjX T 是折算到原方的值， K=V1 N / V2 N 是變壓器的變比。變壓器 型等值電路中三個阻抗（導納）都與變比 K 有關， 型的兩個并聯支路的阻抗（導納）的符號總是相反的。三個支路阻抗之和等于零。?ZT /K?I 1I 2?ZTZT?V1V 21 KK(K 1)圖變壓器型等值電路發(fā)電機等值電路實際的凸極機被表示為具有電抗X q 和電?勢 EQ 的等值隱極電機，如圖所示：?V E Q jX q I在實

15、際計算中往往是已知發(fā)電機的端電壓和電流( 或功率 ) ，要確定空載?電勢 EQjX q?I?EQV圖2.5等值隱極電機3 對稱分量法對稱分量法是分析不對稱故障的常用方法， 根據不對稱分量法， 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 。不對稱三相量的分解在三相電路中，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II系( 如電流 ) 為：I?a (1)11aa 2I a?a (2 )1a 2aI b（3-1 ）?3111?I ca (0)式中運算子aej120 , a2ej 240且 有

16、1 a a20,a31 ；?I a (1) 、Ia( 2) 、Ia( 0)分 別為 a相電流的正序、負序和零序分量并且有：?I b(1)a 2 I a(1) , I c(1)a I a(1)?I b ( 2 )a I a( 2 ) , I c( 2)a2 I a (2 )?I a (0 )I b( 0)Ic( 0 )（3-2 ）當已知三相補對稱的相量時， 可由上式求得各序對稱分量， 已知各序對稱分量時，也可以求出三相不對稱的相量，即?I a111I a(1)?a2?I ba1I a( 2)?aa21(3-3)I c?I a( 0)展開（ 3-3 ）并計及（ 3-2 ）有?I aI a (1 )

17、I a ( 2 )I a ( 0 )?I bI b (1 )I b ( 2 )Ib ( 0 )?I cI c (1 )I c ( 2 )Ic ( 0 )（3-4）電壓的三相相量與其對稱分量之間的關系也與電流一樣。對稱分量法在不對稱短路計算中的應用現以圖所示簡單系統(tǒng)為例來說明應用對稱分量法計算不對稱短路的一般原理。一臺發(fā)電機接于空載輸電線路， 發(fā)電機中?性點經阻抗Z n接地。在線路某處 f 點發(fā)生單I aLfa相（例如 a 相）短路，使故障點出現了不對稱+的情況。 a 相對地阻抗為零（不計電弧等電?Ea-?阻）， a 相對地電壓 V fa =0，而 b、 c 兩相的電?EbEc+?+?I b壓

18、V fb0 , Vfc0 。此時，故障點以外的c?b系統(tǒng)其余部分的參數（指阻抗）任然是對稱I c的。圖 3.1簡單系統(tǒng)的單相短路現在在原短路點人為地接入一組三相不對稱的電勢源， 電勢源的各相電勢與上述各相不對稱電壓大小相等、方向相反， ( 如圖。這種情況與發(fā)生不對稱故障時等效的， 也就是說，網絡中發(fā)生的不對稱故障，可以用在故障點接入一組不對稱的電勢源來代替。 這組不對稱的電勢源可分解為正序、負序和零序三組對稱分量，根據?疊加原理，簡化為各序的一相等值網絡，( 如圖。注意，在一相得零序網絡中，中性點接地阻抗必須增大為三倍。這是因為- EaZGZ Lf+?E b- +?I fbEcI fa-+接地

19、阻抗 Zn 上的電壓降是由三倍的一+?V faI fcZ n?-?-?V fbV fc -圖 3.2相零序電流產生的， 從等值觀點看， 也可以認為是一相零序電流在三倍中型電阻抗上產生的壓降。雖然實際的電力系統(tǒng)接線復雜， 發(fā)電機的數目也很多，但通過網絡化簡，任然可以得到與以上相識的的各序電壓方程式?（如圖）。ZG (1)Z L (1) I fa (1)?+?E eqZ ff (1)I fa (1)V fa (1)-E a-(a)?0Z0Z?ZG(2)Z L( 2) I fa( 2)ff ( 2 ) I fa ( 2 )V fa ( 2 )+?-(b)ff ( 0 ) I fa ( 0 )V fa

20、 ( 0 )?（3-5 ）Z G(0 )Z L ( 0) I fa ( 0)?+式中， Eeq 為正序網絡中相對于短路點的3Z n_戴維南等值電勢， Z ff(1) ， Z ff ( 2) ， Z ff 0)(C)圖 3.3分別為正序、負序和零序網絡中的短路點電流?的輸入阻抗， Ifa(1) , Ifa (2) I fa (0) ，分別為短路點電流的正序、負序和零序分?量， V fa (1) ,V fa( 2) ,V fa( 0) ，分別為短路點電壓的正序、負序和零序分量。變壓器的各零序等值電路變壓器的一相繞組表征了一相原、副方繞組間的電磁關系。不論變壓器通以哪一序的電流，都不會改變一相原、副

21、方繞組間的電磁關系，因此變壓器的正序、負序和零序等值電路具有相同的形狀。（圖為不計繞組電阻和鐵芯損耗時變壓器的零序等值電路）1）變壓器的正序、 負序的等值電路及其參數完全相同。Z ff (1 )?I fa (1)?+?+ ?V fa (1)EeqV fa(1 )-Z ff ( 2 )?I fa ( 2)+?V fa( 2 )- V fa ( 2 )Z?ff ( 0 )I fa (0)?+ ?V fa ( 0)V fa ( 0 )-圖 3.42）變壓器的零序等值電路取決于零序電流的流通路徑，因零序電流需經過大地才能流通， 因而與變壓器三相繞組聯接形式及中性點是否接地有關（見圖）：a、當外電路向變

22、壓器某側三相繞組施加零序電壓時，只有中性點接地的星型接法（用 YN表示）繞組才能jxjx與外電路接通b、當變壓器繞組具有零序電勢 （由另一側繞組的零序電流感生的） 時，也只有中性點接地的 YN 接法才能與外電路接通。至于能否在外電路產生零序電勢，則應由外電路元件是否提供零序電流的通路決定。jx m( 0)(a)jxc 、在三角形接法的繞組中，繞組的零序電勢雖然不能作用到外電路jx m( 0)去，但能在三相繞組中產生零序環(huán)流。此時，零序電勢將被零序環(huán)流(b)圖3.4（a）、(b) 分別為雙繞組和三繞組在繞組漏抗上的電壓降所平衡，繞變壓器零序等值電路組兩端電壓為零。這種情況，與變壓器繞組短接是等效

23、的。因此，在等值電路中該側繞組端點接零序等值中性點（等值中性點與地同電位時則接地） 。當中性點經阻抗接地 YN接法通過零序電流時，中性點接地阻抗上將流過三倍電流，并且產生相應的電壓降，使中性點與地不同電位。因此，在單相零序等值電路中，應將中性點接地阻抗增大為三倍， 并同它所接入的該側繞組的漏抗相串聯。4 兩相短路接地的分析應用對稱分量法分析兩相短路接地，可以寫出各序網絡故障點的電壓方程式（ 3-4 ），當網絡的各元件都只用電抗表示時，上述方程可以寫成?E eqX ff (1) I fa ( 1)V fa (1)?X ff ( 2 ) I fa ( 2 )V fa ( 2 )?Xff ( 0 )

24、 I fa ( 0 )V fa ( 0 )(4-1)?( 0)E eqV f式中，即是短路點發(fā)生前故障點的電壓。這三個方程式包含了 6 個未知量，因此，還必須有兩相短路接地的邊界條件寫出另外三個方程。兩相（ b 相和 c 相）短路接地時故障處的情況（如圖） 。故障處的邊界條件為:?I fa0,V fb0,V fc0外電路1jxjx1外電路2233jxm(0 )繞組接法開關位置繞組端點與外電路的連接Y1與外電路斷開YN2與外電路接通d3與外電路斷開但與勵磁支路并聯圖3.5變壓器零序等值電路與外電路的連接用序分量表示的邊界條件為：?I fa(1)I fa( 2)I fa(0)0?V fa(1)V

25、fa(2)V fa(0)(4-2)由（ 4-1 ）和（ 4-2 ）可以得到?(0 )V fIfa (1)j ( X ff (1)X ff (2) / X ff (0) )?X ff (0 )?aIfa ( 2 )Ifa (1 )bX ff (2 )X ff ( 0 )c?X ff ( 2)I fbI fcV fcV fb?IfaIfa(0)I fa(1)X ff (2)X ff (0)圖 4.1兩相短路接地?X ff (2) X ff (0)?V fa(1) V fa(2)V fa(0)jI fa(1)X ff (2)X ff (0)（4-3 ）短路點故障相得電流為?(a2 Xff (2)?I

26、 fba2 I fa(1)aI fa( 2)I fa(0)aXff (0) ) I fa(1)Xff (2)Xff (0)?Xff (2)2?I fcaI fa(1)a2 I fa(2)I fa(0)(aa Xff(0) )I fa(1)（4-4 ）Xff(2)Xff (0)根據上式可以得到兩相短路接地時故障相電流的絕對值為(1,1)X ff ( 0 )X ff ( 2)?I fI fbI fcI3 1X ff ( 0 ) ) 2fa ( 1)( X ff ( 2 )（4-5 ）短路點非故障相電壓為?V fa3V fa(1) j3X ff ( 2)X ff (0) I fa(1)（4-6 ）X

27、 ff ( 2)X ff (0)5 兩相短路接地的計算流程選取 SB 和 VBVav ，計算各元件的參數標幺值制定系統(tǒng)的各序等值網絡求各序的對短路點的輸入點抗和正序的等值電勢根據邊界條件作出復合序網求得各序的電流和電壓以及各相的電流和電壓6算例例：已知某系統(tǒng)的接線圖如圖所示，當k 點發(fā)生BC兩相接地短路時，求短路點各序電流、電壓及各相電流、電壓。系統(tǒng)各元件參數如下：發(fā)電機G1、 G2： SN150MW,SN 250MWVN10.5kV,cos0.85 , X d 0.125 ， X 20.16 , E1 E2 j1變壓器： T1SN160MW , K T110.5/121KV , U K %1

28、0.5T2SN231.5MW , KT 210.5 /121KV , U K %10.5線路 L:x1x20 . 4/ Km , x 02 x1 , L50 KmT1kT2G1G2115kVL圖6.1解： 1）計算各元件標幺值（取SB100MV ? A,VBVaV ）X d % SB0.125*1000.25發(fā)電機 G1: X150100 SN1X 2%SB0.16 *100X 2SN10.3210050X d %SB0.125*100發(fā)電機 G2: X1SN 20.510025X 2X2% SB0.16* 1000.64100 SN 225變壓器 T1: X1X 2XU K %SB10.51

29、000100*0.175SN6060變壓器 T2: X1 X 2X 0U K %SB10.5100100*0.333SN6031.5SB100線路 L:X 1X 2x1l U 2B0.4 * 50*11520.15X 02 X12* 0.150.302）以 a 相為基準相作出各序網絡圖如圖（a）、（b）、（ c）所示求出各序的等值電抗?j1* j (0.3330.50)j1* j (0.25 0.175 0.15)E eqj (0.250.175 0.150.333j10.50)X ff ( 1) j ( 0.25 0.1750.15) /j (0.3330.50) j 0.289X ff (

30、 2)j (0.320.1750.15) / j (0.333 0.64) j 0.388X ff ( 0)j (0.1750.3) /j 0.333 j 0.196j0.25j0.175j0.15fj0.333j0.5?EG1 j 1V fa(1)E G 2j1(a)j0.32j0.175j0.15fj0.333j0.64?V fa (2)(b)j0.175j0.30fj0.333?V fa(0)(c)圖 6.23）根據邊界條件（ 4-2 ）式繪出復合網如圖j0.289?E eqI fa ( 1)?I fa ( 2 )j0.388?I fa ( 0 )j0.196圖 6.34）由（ 4-3 ）式可得各序的電流和電壓為?(0 )?V fj1I fa(1)2.385j( X ff (1)X ff (2)/ X ff (0) )j 0.388*j 0.19