某系統(tǒng)單相、兩相接地短路電流的計算

1、某系統(tǒng)單相、兩項(xiàng)接地短路電流的計算1 課程設(shè)計的題目及目的1.1 課程設(shè)計選題如圖1所示發(fā)電機(jī)G，變壓器T1、T2以及線路L電抗參數(shù)都以統(tǒng)一基準(zhǔn)的標(biāo)幺值給出，系統(tǒng)C的電抗值是未知的，但已知其正序電抗等于負(fù)序電抗。在K點(diǎn)發(fā)生a相直接接地短路故障，測得K點(diǎn)短路后三相電壓分別為Ua=1-120，Uc=1120.（1）求系統(tǒng)C的正序電抗；（2）求K點(diǎn)發(fā)生bc兩相接地短路時故障點(diǎn)電流；（3）求K點(diǎn)發(fā)生bc兩相接地短路時發(fā)電機(jī)G和系統(tǒng)C分別提供的故障電流(假設(shè)故障前線路中沒有電流)。圖1 電路原理圖1.2 課程設(shè)計的目的1. 鞏固電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識；2. 練習(xí)查閱手冊、資料的能力；3熟悉電力系統(tǒng)短路電流的

2、計算方法和有關(guān)電力系統(tǒng)的常用軟件；2設(shè)計原理2.1 基本概念的介紹1.在電力系統(tǒng)中，可能發(fā)生的短路有：三相短路、兩相短路、兩相短路接地和單相短路。三相短路也稱為對稱短路，系統(tǒng)各相與正常運(yùn)行時一樣仍處于對稱狀態(tài)。其他類型的短路都屬于不對稱短路。2.正序網(wǎng)絡(luò):通過計算對稱電路時所用的等值網(wǎng)絡(luò)。除中性點(diǎn)接地阻抗、空載線路（不計導(dǎo)納）以及空載變壓器（不計勵磁電流）外，電力系統(tǒng)各元件均應(yīng)包括在正序網(wǎng)絡(luò)中，并且用相應(yīng)的正序參數(shù)和等值電路表示。3.負(fù)序網(wǎng)絡(luò)：與正序電流的相同，但所有電源的負(fù)序電勢為零。因此，把正序網(wǎng)絡(luò)中各元件的參數(shù)都用負(fù)序參數(shù)代替，并令電源電勢等于零，而在短路點(diǎn)引入代替故障條件的不對稱電勢源

3、中的負(fù)序分量，便得到負(fù)序網(wǎng)絡(luò)。4.零序網(wǎng)絡(luò)：在短路點(diǎn)施加代表故障邊界條件的零序電勢時，由于三項(xiàng)零序電流大小及相位相同，他們必須經(jīng)過大地（或架空地線、電纜包庇等）才能構(gòu)成回路，而且電流的流通與變壓器中性點(diǎn)接地情況及變壓器的解法有密切關(guān)系。2.2電力系統(tǒng)各序網(wǎng)絡(luò)的制定應(yīng)用對稱分量法分析計算不對稱故障時，首先必須作出電力系統(tǒng)的各序網(wǎng)絡(luò)。為此，應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)的接線圖，中型點(diǎn)接地情況等原始資料，在故障點(diǎn)分別施加各序電勢，從故障點(diǎn)開始，逐步查明各序電流流通的情況。凡是某一序電流能流通的元件，都必須包括在該序網(wǎng)絡(luò)中，并用相應(yīng)的序參數(shù)和等值電路表示。除中性點(diǎn)接地阻抗，空載線路以及空載變壓器外，電力系統(tǒng)各元件均

4、應(yīng)包括在正序網(wǎng)絡(luò)中，并且用相應(yīng)的正序參數(shù)和等值電路表示，如圖2所示；負(fù)序電流能流通的元件與正序電流的相同，但所有電源的負(fù)序電勢為零。因次，把正序網(wǎng)絡(luò)中各元件的參數(shù)都用負(fù)序參數(shù)代替，并令電源電勢等于零，便得到負(fù)序網(wǎng)絡(luò)如圖3所示；在短路點(diǎn)電流施加代表故障邊界條件的零序電勢時，由于三相零序電流大小及相位相同，他們必須經(jīng)過大地才能構(gòu)成通路，而且電流的流通與變壓器中性點(diǎn)接地情況及變壓器的接法有密切的關(guān)系。如圖4所示。利用各序的網(wǎng)絡(luò)圖可以計算出相應(yīng)的序阻抗。Xc(1)XT1XL1XT2Xd” CVfa(1)G+圖2 系統(tǒng)的正序網(wǎng)絡(luò)Xc(1)XT1XL1XT2Xd”Vfa(2)+圖3 系統(tǒng)的負(fù)序網(wǎng)絡(luò)XT1X

5、L0XT2Vfa(0)+圖4 系統(tǒng)的零序網(wǎng)絡(luò)2.2不對稱三相量的分解對稱分量法是分析不對稱故障的常用方法，根據(jù)對稱分量法，一組不對稱的三相量可以分解為正序、負(fù)序、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相量(電壓或電流)，可以分解為三組對稱的相量，當(dāng)選擇a相作為基準(zhǔn)相時；三相相量與其對稱分量之間的關(guān)系為式中，運(yùn)算子a=ej120,a2=ej240，且有1+a+a2=0,a3=1Ia(1),Ia(2),Ia(0)分別為a相電流的正序，負(fù)序和零序分量，并且有最后可得到:Ia=Ia(1)+Ia(2)+Ia(3)Ib=a2Ia(1)+aIa(2)+Ia(0)=Ib(1)+Ib(2)

6、+Ib(3)(3)Ic=aIa(1)+a2Ia(2)+Ia(0)=Ic(1)+Ic(2)+Ic(3)電壓的三相相量與其對稱分量之間的關(guān)系也與電流的一樣。3計算過程及步驟3.1系統(tǒng)C的正序電抗的計算應(yīng)用對稱分量法分析各種簡單不對稱時，都可以寫出各序網(wǎng)絡(luò)故障點(diǎn)的電壓方程式(4)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的各元件都只用電抗表示時,方程可寫成式中Eeq=Vf(0) ，即是短路發(fā)生前故障點(diǎn)的電壓。單相接地短路時，故障處的三個邊界條件為：Vfa=0,Ifb=0,Ifc=0用對稱分量表示為：Vfa(1)+Vfa(2)+Vfa(0)=0, a2Ifa(1)+aIfa(2)+Ifa(0)=0,aIfa(1)+a2Ifa(2)+I

7、fa(0)=0經(jīng)整理后便得到用序量表示的邊界條件為根據(jù)邊界條件(5)和方程式(4)。即能確定短路點(diǎn)電流和電壓的各序分量為短路點(diǎn)非故障相得對地電壓為：根據(jù)設(shè)計任務(wù)所給的已知條件代入(7)式得：(8)式與(9)式相比并且將a2=-1-a代入兩式得：對(10)式進(jìn)行化簡，最終得到：Xff(0)=Xff(2)。由系統(tǒng)的各序網(wǎng)絡(luò)圖可得到：最后可解得：Xc=-0.0125由此可得Xff(1)=Xff(2)=Xff(0)=0.1364。3.2 K點(diǎn)發(fā)生bc兩相接地短路時故障點(diǎn)電流的計算根據(jù)設(shè)計要求可以看出要求的是兩相短路接地的情況，故障處的三個邊界條件為：Ifa=0, Vfb=0, Vfc=0用序量表示的邊

8、界條件為最后得到：以及短路點(diǎn)故障相的電流為將Xff(1)=Xff(2)=Xff(0)=0.1364 代入式(12)可得 Ifa(1)=-4.8876j，再將它們分別代入式(14)可得Ifb=3.6657+3.349j和Ifc=3.6657-6.349j 由邊界條件可得Ifa=03.3 短路時發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)C故障電流計算 將Ifa(1)=-4.8876j以及Xff(1)=Xff(2)=Xff(0)=0.1364分別代入式（13）可得根據(jù)電流與阻抗成反比可以算出由系統(tǒng)C和發(fā)電機(jī)G提供的各序電流同理可算出IGa(2)=0.6665j IGa(0)=1.333j根據(jù)式(3)可算出在abc三相中分別由系統(tǒng)

9、 C和發(fā)電機(jī)G提供的短路電流：同理可以算出IGa=0.6665j IGb=-1.7316+1.6662j IGc=1.7316+1.6662j4 基于軟件PSASP仿真結(jié)果本次仿真用PSASP軟件，PSASP基于電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、固定模型庫以及用戶自定義模型庫的支持，可以進(jìn)行電力系統(tǒng)（輸電、供電和配電系統(tǒng)）的各種計算分析。4.1 基于公用資源的交直流電力系統(tǒng)分析程序包有以下應(yīng)用功能:潮流計算、暫態(tài)穩(wěn)定、短路電流、網(wǎng)損分析、電壓穩(wěn)定、靜態(tài)安全分析、靜態(tài)和動態(tài)等值、直接法暫態(tài)穩(wěn)定、小干擾穩(wěn)定、最優(yōu)潮流和無功優(yōu)化、參數(shù)優(yōu)化協(xié)調(diào)、繼電保護(hù)整定與仿真。4.2 仿真結(jié)果部分截圖4.3 短路電流簡表4.4 結(jié)

10、果分析經(jīng)過計算可以看出系統(tǒng)在發(fā)生單相接地短路時Vfa=0,Vfb與Vfc大小相同，相位相反。同樣在發(fā)生兩相短路接地時bc兩相的電流大小相等，相位相反；非短路相電流為零；而且由系統(tǒng)C和發(fā)電機(jī)G提供的短路電流大小相反。而短路相無論是系統(tǒng)C還是發(fā)電機(jī)G他們的bc兩相大小相等，相位相反?？?結(jié) 通過此次電力系統(tǒng)課程設(shè)計，我的理論知識和實(shí)際操作能力都得到了很大的提高。我們小組做的是電力系統(tǒng)短路電流計算與分析，盡管這個題目只是電力系統(tǒng)中很小的一部分，但我還是從中學(xué)到了不少。對于以前電力系統(tǒng)的一些疑惑，在這次實(shí)踐中都迎刃而解了，并且更深切地體會到了一些應(yīng)用軟件在實(shí)際工作中的重要作用。而且此次電力系統(tǒng)課程設(shè)計

11、將我們所學(xué)的書本只是串起來，使我對這一門課有了一個整體上的了解。像這種設(shè)計性的課程，它是一個從無到有的過程，盡管其過程是坎坷的，但是我體會到了成功之后的喜悅。這次課程設(shè)計是我知道理論和實(shí)際的結(jié)合十幾分重要，盡管在理論上行的通，也許在實(shí)際操作中會就會出現(xiàn)許多困難，但如果通過團(tuán)隊(duì)和個人的努力解決了所遇到的困難，會更加激我對這門課程的興趣。致 謝在短短的一周實(shí)訓(xùn)過程中，我們在劉華老師的精心指導(dǎo)和孜孜不倦的批閱下，按時完成了實(shí)訓(xùn)的目的。在一周的時間里，我們網(wǎng)上查資料，圖書館翻閱相關(guān)書籍，在不理解的地方積極請教劉老師，通過學(xué)習(xí)理解之后，我們認(rèn)真總結(jié)知識點(diǎn)，把自己所做的筆記認(rèn)真梳理，力求嚴(yán)格認(rèn)真的制作實(shí)訓(xùn)報告。通過本次實(shí)訓(xùn)，我們更加的補(bǔ)充了自己的知識面，比在課堂上獲得的知識更加的全面，更加的具有實(shí)際意義，同時也鍛煉我們自主學(xué)習(xí)的能力和專研專業(yè)知識的耐心，為以后的工作打下良好的基礎(chǔ)。非常感