電力系統(tǒng)兩相短路計算與仿真(2)

1、下載可編輯遼寧工業(yè)大學(xué)電力系統(tǒng)分析 課程設(shè)計 （論文）題目：電力系統(tǒng)兩相短路計算與仿真（2）院（系）：工程技術(shù)學(xué)院專業(yè)班級 ： 電氣工程及其自動化學(xué)號：學(xué)生姓名 ：指導(dǎo)教師 ：王教師職稱起止時間 ： 15-06-15至 15-06-26.專業(yè) .整理 .下載可編輯課程設(shè)計 （論文）任務(wù)及評語院（系）：工程技術(shù)學(xué)院教研室：電氣教研室.專業(yè) .整理 .下載可編輯原始資料 ：系統(tǒng)如圖課程設(shè)計（論文）任務(wù)各元件參數(shù)標(biāo)幺值如下（各元件及電源的各序阻抗均相同）：T1：電阻 0.01 ，電抗 0.15 ， k=1.1 ，標(biāo)準(zhǔn)變比側(cè)YN 接線 ，非標(biāo)準(zhǔn)變比側(cè)接線 ；T2：電阻 0.01 ，電抗 0.15 ，

2、k=1.05 ，標(biāo)準(zhǔn)變比側(cè)YN 接線，非標(biāo)準(zhǔn)變比側(cè)接線；L24: 電阻 0.028 ，電抗 0.08 ，對地容納0.03 ；L23: 電阻 0.03 ，電抗 0.07 ，對地容納0.028 ；L34: 電阻 0.02 ，電抗 0.06 ，對地容納0.03 ；G1 和 G2：電阻 0，電抗 0.15 ，電壓 1.05 ；負(fù)荷功率 ： S1=0.45+j0.2 ；任務(wù)要求 ：當(dāng)節(jié)點 4 發(fā)生 B、 C 兩相金屬性短路時，1 計算短路點的 A、 B 和 C 三相電壓和電流 ；2 計算其它各個節(jié)點的 A 、 B 和 C 三相電壓和電流 ；3 計算各條支路的電壓和電流 ；4在系統(tǒng)正常運行方式下 ，對各種

3、不同時刻 BC 兩相短路進(jìn)行Matlab 仿真 ；5將短路運行計算結(jié)果與各時刻短路的仿真結(jié)果進(jìn)行分析比較，得出結(jié)論 。.專業(yè) .整理 .下載可編輯指導(dǎo)教師評平時考核 ：設(shè)計質(zhì)量 ：論文格式 ：語及成績總成績：指導(dǎo)教師簽字 ：年月日.專業(yè) .整理 .下載可編輯摘 要目前，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和電能需求的日益增長 ，電力系統(tǒng)規(guī)模越來越龐大，電力系統(tǒng)在人民的生活和工作中擔(dān)任重要的角色 ，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行直接影響人們的日常生活 ，因此，關(guān)于電力系統(tǒng)的短路計算與仿真也越來越重要 。本論文首先介紹有關(guān)電力系統(tǒng)短路故障的基本概念及短路電流的基本算法 ，主要講解了對稱分量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用 。其次 ，

4、通過具體的簡單環(huán)網(wǎng)短路實例 ，對兩相接地短路進(jìn)行分析和計算 。 最后，通過 MATLAB 軟件對兩相接地短路故障進(jìn)行仿真 ，觀察仿真后的波形變化 ，將短路運行計算結(jié)果與各時刻短路的仿真結(jié)果進(jìn)行分析比較 ，得出結(jié)論 。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)分析 ；兩相接地短路 ；MATLAB 仿真.專業(yè) .整理 .下載可編輯目 錄第 1 章 緒 論 .11.1短路的原因 、類型及后果 .11.1.1 電路系統(tǒng)中的短路 .11.1.1 短路的后果 .11.2短路計算的目的 .2第 2章 電力系統(tǒng)不對稱短路計算原理 .32.1對稱分量法基本原理 .32.2三相序阻抗及等值網(wǎng)絡(luò) .32.3兩相不對稱短路的計算步驟 .42.

5、4兩相（b 相和 c 相）短路 .4第 3章 電力系統(tǒng)兩相短路計算 .73.1系統(tǒng)等值電路的化簡 .73.2兩相短路計算 .9第 4章 短路計算的仿真 .114.1仿真模型的建立 .114.2仿真結(jié)果及分析 .11第 5章 總結(jié) .14參考文獻(xiàn).15.專業(yè) .整理 .下載可編輯第1章緒論1.1 短路的原因 、類型及后果電路系統(tǒng)中的短路在電力系統(tǒng)的運行過程中，時常會發(fā)生各種故障 ，對系統(tǒng)危害最大 ，而且發(fā)生概率最高的是短路故障(簡稱短路 )。所謂短路 ，是指電力系統(tǒng)正常運行情況以外的相與相或相與地(或中性線 )之間的連接 。在正常運行時 ，除中性點外 ，相與相或相與地之間是絕緣的。產(chǎn)生短路的主要

6、原因是電氣設(shè)備載流部分的相間絕緣或相對地絕緣被破壞 。正常運行時電力系統(tǒng)各部分絕緣是足以承受所帶電壓的 ，且具有一定的裕度 。但架空輸電線路的絕緣子可能由于受到過電壓 (例如由雷擊引起 )而發(fā)生閃絡(luò)或者由于空氣的污染使絕緣子表面在正常工作電壓下放電 ；其它電氣設(shè)備如發(fā)電機(jī) 、變壓器、電纜等載流部分的絕緣材料在運輸 、安裝及運行中削弱或損壞 ，造成帶電部分的相與相或相與地形成通路 ；運行人員在設(shè)備 (線路 )檢修后未拆除地線就加電壓或者帶負(fù)荷拉刀閘等誤操作也會引起短路故障 ；此外，鳥獸跨接在裸露的載流部分以及大風(fēng)或?qū)Ь€覆冰引起架空線路桿塔倒塌所造成的短路也屢見不鮮 。短路故障分為三相短路 、兩相

7、短路 、兩相接地短路和單相接地短路四種 。三相短路時三相系統(tǒng)仍然保持對稱 ，故稱為對稱短路 ，其余三種類型的短路發(fā)生時 ，三相系統(tǒng)不再對稱 ，故稱不對稱短路 。短路的后果（1）短路故障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(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)時間較長時 ，設(shè)備可能過熱以致?lián)p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(fù)荷是異步電動機(jī) ，電壓下降時 ，電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩顯著減少 ，轉(zhuǎn)速隨之下降 。 當(dāng)電壓大幅下降時 ，電動機(jī)甚至可能停轉(zhuǎn) ，造成產(chǎn)品報

8、廢 ，設(shè)備損壞等嚴(yán)重后果 。.專業(yè) .整理 .下載可編輯（3）當(dāng)短路地點離電源不遠(yuǎn)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(yán)重的后果 。1.2 短路計算的目的在電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備的設(shè)計和運行中 ，短路計算是解決一系列技術(shù)問題所不可缺少的基本運算 ，這些問題主要是 ：（1）選擇足夠機(jī)械穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度的電氣設(shè)備，例如斷路器 、互感器 、瓷瓶、母線、電纜等，必須以短路計算作為依據(jù) 。這里包括計算沖擊電流以校驗設(shè)備的電動力穩(wěn)定度 ；計算若干時刻的短路電流周期分量以校驗設(shè)備的熱穩(wěn)定度；計算指定時刻的短路電流有效值以校驗斷路器的斷流能力等 。

9、（2）為了合理的配置各種繼電保護(hù)和自動裝置并正確整定其參數(shù) ，必須對電力網(wǎng)中發(fā)生的各種短路進(jìn)行計算和分析 。（3）在設(shè)計和選擇發(fā)電廠和電力系統(tǒng)電氣主接線時 ，為了比較各種不同方案的接線圖 ，確定是否需要采取限制電流的措施等 ，都要進(jìn)行必要的短路電流計算。（4）進(jìn)行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計算 ，研究短路對用戶工作的影響等 ，也包含有一部分短路計算的內(nèi)容 。（5）確定輸電線路對通訊的干擾 ，對已發(fā)生故障進(jìn)行分析 ，都必須進(jìn)行短路計算。.專業(yè) .整理 .下載可編輯第2章 電力系統(tǒng)不對稱短路計算原理2.1 對稱分量法基本原理對稱分量法是分析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

10、解為正序 、負(fù)序和零序三相對稱的三相量 。 在不同序列的對稱分量作用下 ，電力系統(tǒng)的各元件可能呈現(xiàn)不同的特性 。2.2 三相序阻抗及等值網(wǎng)絡(luò)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(dāng)選擇 a 相作為基準(zhǔn)時 ，三相相量與其對稱分量之間的關(guān)系為：III?a(1)?a( 2)?a(0)?1aa 2 I a1 1?a 2aI b（2-1 ）3?111I c?I a (2)式中 ， 運算 子 ae j 120o , a2e j 240o， 且有 1 a a20, a3?、 I a( 0)分別為 a 向電流的正序 、負(fù)序和零序分量 ，并且有：?I b(

11、 1)a2 Ia(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)Ib(0)Ic(0)?1 ； I a(1) 、（ 2-2 ）由上式可以做出三向量的三組對稱分量。我們看到 ，正序分量的相序與正常對稱運行下的相序相同，而負(fù)序分量的相序則與正序相反 ，零序分量則三相同相位 。將一組不對稱的三向量分解為三組對稱分量，這種分解 ，如同派克變換一樣，也是一種坐標(biāo)變換 。 把式（ 2-1 ）寫成I 120SI abc（2-3 ）.專業(yè) .整理 .下載可編輯矩陣 S 稱為對稱分量變換矩陣 。當(dāng)已知三相不對稱的向量時 ，可由上式所

12、得各序?qū)ΨQ分量 。已知各序?qū)ΨQ分量時 ，也可以也可以用反變換求出三相不對稱的向量，即：I abcS 1I 120(2-4)展開式（2-4 ）并計及式 （2-2 ）有：?I aI a (1)I a (2 ) I a(3)?a2?II a (1)a I a (2 )I a (0 )I b (1)I b (2 )I b(0 )（2-5 ）?a2?Ia Ia(1)I a (2 )I a(0 )I c(1)I c(2)I c(0 )電壓的三相向量與其對稱分量之間的關(guān)系也與電流的一樣。2.3 兩相不對稱短路的計算步驟（ 1）計算條件 ：系統(tǒng)運行方式 ，短路地點 、短路類型和短路后采取的措施。（ 2）運行方

13、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接情況 。（ 3）畫等值電路 ，計算參數(shù) 。（ 4）網(wǎng)絡(luò)化簡 ，分別求出短路點至各等值電源點之間的總電抗，分別畫出各段路點對應(yīng)的等值電路 ，星角變化 。應(yīng)用對稱分量法分析各種簡單不對稱短路時，都可以寫出各序網(wǎng)絡(luò)故障點的電壓方程式 。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的各元件都只用電抗表示時，上述方程式可以寫成 ：?EeqjX ff (1) I fa (1)V fa (1)?jX ff ( 2) I fa( 2)V fa (2)（ 2-6 ）?jX ff (0) I fa ( 0)V fa(0 )式中， Eeq Vf ( 0) ，既是短路發(fā)生前故障點的電壓

14、 。這三個方程式包含了 6 個未知數(shù)。 因此，還需根據(jù)不對稱的具體邊界條件寫出三個方程式 ，才能求解 。2.4 兩相（ b 相和 c 相）短路兩相短路時故障點處的三個邊界邊界條件為：I fa0 , I fbI fc0 , VfbVfc用對稱分量法表示后整理可得：.專業(yè) .整理 .下載可編輯If a ( 0)0I fa ( 1 )I fa ( 2 )0（2-7 ）V fa ( 1 )Vfa ( 2)根據(jù)這些條件 ，我們可以用正序網(wǎng)絡(luò)和負(fù)序網(wǎng)絡(luò)組成兩相短路的復(fù)合序網(wǎng)，如圖 2-1 所示 。 因為零序電流等于零 ，所以復(fù)合序網(wǎng)中沒有零序網(wǎng)絡(luò)。圖（ 2-1 ） 兩相短路的符合序網(wǎng)利 用 這 個 復(fù) 合

15、 序 網(wǎng) 絡(luò) 可 以 求 出 ： I fa ( 1 )V( 0 )f（2-8 ）j ( X ff ( 1 )X ff ( 2 ) )以及I fa ( 2 )I fa ( 1 )V fa(1)Vfa( 2)jXff ( 2) I fa( 2)jXff ( 2) I fa (1)（ 2-9 ）短路點故障相的電流為 ：I f ( 2 )I fbI fc3 I fa ( 1 )（ 2-10 ）.專業(yè) .整理 .下載可編輯短路點各相對地電壓為 ：V faV fa (1 )V fa ( 2 )V fa ( 0 )2V fa (1)j 2 Xff ( 2 ) I fa ( 1)Vfb2aV fa (2)V

16、fa (0)V fa( 1)1V faa V fa (1)2（ 2-11 ）V fcV fbV fa (1 )1 V fa2從以上的分析計算可知 ，兩相短路有以下幾個基本特點：（1）短路電流及電壓中不存在零序分量。（2）可見，兩相短路電流為正序電流的3 倍；短路點非故障相電壓為正序電壓的兩倍 ，而故障相電壓只有非故障相電壓的一半而且方向相反。（3）短路時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。.專業(yè) .整理 .下載可編輯第 3章 電力系統(tǒng)兩相短路計算3.1 系統(tǒng)等值電路的化簡本課設(shè)的電路圖如圖3.1

17、 所示 。圖 3.1 原電路圖由于電力系統(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 ，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)由于正序網(wǎng)絡(luò)中存在角型連接 ，需進(jìn)行星 - 角變換 ，轉(zhuǎn)化為星型連接進(jìn)行計算得出變化后的電路圖如圖 3.3 所示 。.專業(yè) .整理 .下載可編輯圖 3.3 變換后的正序網(wǎng)絡(luò)將正序網(wǎng)絡(luò)合并電抗后得到圖3.4。圖 3.4 合并后的正序網(wǎng)絡(luò)因為原始數(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。負(fù)序網(wǎng)絡(luò)圖如圖3.5 所示 。圖 3.5 負(fù)序網(wǎng)絡(luò)合并電抗之后得到圖3.6。.專業(yè) .整理 .下載可編輯圖 3.6

18、 合并后的負(fù)序網(wǎng)絡(luò)由于系統(tǒng)發(fā)生兩相短路 ，非接地，則不存在零序 ，在此不必畫出零序網(wǎng)絡(luò)。3.2 兩相短路計算?根據(jù)正序網(wǎng)絡(luò)圖 ，合并后計算 E eq 、 X ff (1) 。?E1 Z2E2 Z10.420.3 1.05 0.154Eeq ff (1)Z1Z20.1020.63Z2XZ10.154 0.3Z1Z 2由此可得到正序圖如圖3.7 所示 。圖 3.7 正序網(wǎng)絡(luò)等值電路負(fù)序網(wǎng)絡(luò)的等值電路如圖3.8 所示 。圖 3.8 負(fù)序網(wǎng)絡(luò)等值電路.專業(yè) .整理 .下載可編輯I fcI fbj 3I fa ( 1) 5.35V fa (1 )V fa ( 2)jXff ( 2 ) I fa( 2 )

19、 jX ff ( 2 ) I fa ( 1) 0.102 3.09 0.315根據(jù)公式 2-7 和 2-8 得出 :由公式 2-9 可得 :由 2-10 可求出短路點故障相的電流：I fba2 I fa( 1)aI fa( 2)I fa (0 )(a2a)I fa (1)j 3I fa (1)5.35V faV fa (1 )V fa ( 2 )V fa ( 0 )2V fa (1)j 2 Xff ( 2 ) I fa ( 10.63Vfb2aV fa (2)V fa (0)V fa (1)1 V fa0.52a V fa (1)12V fcV fbV fa ( 1 )0.52V fa2I f

20、 a ( 2 )I f a ( 1 )3.09b 、c 兩相電流大小相等 ，方向相反 。他們的絕對值為 ：I f ( 2 )I fbI fc3 I fa ( 1 )5 .35短路點各相對地電壓為 ：Z3Z4Xff ( 2)0.102Z3Z4IV f( 0 )0.63fa ( 1 )X ff ( 2 )0 .1023.09j ( X ff ( 1 )0 .102.專業(yè) .整理 .下載可編輯第4章 短路計算的仿真4.1 仿真模型的建立根據(jù)以上數(shù)值的計算及系統(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)果及分析由上面的仿真電路圖分別得到以下的波形。.專業(yè) .整理

21、.下載可編輯圖 4.2 故障點 A 相電流圖 4.2 故障點 B 相電流.專業(yè) .整理 .下載可編輯圖 4.4 故障點 C 相電流在開始時 ，三相電路短路故障發(fā)生器閉合 ，此時電路發(fā)生 B、C 兩相短路 ，故障點 B 相電流發(fā)生變化 ，由于閉合時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，三相電路短路故障發(fā)生器斷開 ，相當(dāng)于排除了故障 。 此時故障點 B 相電流迅速上升為 0A 。故障點C相電流與B相電流大小相等，方向正好相反。.專業(yè) .整理 .下載可編輯第5章 總結(jié)本次設(shè)計研究的是兩相短路，根據(jù)給定的系統(tǒng)圖及各個元件參數(shù)，計算短路點的電壓和電流 。 在對不對稱故障的分析計算中 ，應(yīng)用了對稱分量變換 、元件變壓器的序參數(shù)和兩相不對稱故障的分析計算 。對給定的系統(tǒng)進(jìn)行兩項接地短路不對稱故障分析 ，運用對稱分量法計算短路點電流電壓 ，當(dāng) 4 點的 B、 C 相發(fā)生短路時，利用對稱分量法將不對稱系統(tǒng)分解為正序 ，負(fù)序和零序?qū)ΨQ的三向量 ，分別對正序 ，負(fù)序