電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)[優(yōu)秀]

1、山東交通學(xué)院電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)系（部）信息科技與電氣工程學(xué)院專 業(yè)班 級(jí)指導(dǎo)教師學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)12月 2日至 12月13日共2周指導(dǎo)教師（簽字）系主任（簽字）本文先對(duì)電力系統(tǒng)的短路故障做了簡(jiǎn)要介紹，分析了線路運(yùn)行的基本原理及 其運(yùn)行特點(diǎn)，并對(duì)短路故障的過程進(jìn)行了理論分析.在深入分析三相短路故障的 穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)電氣量的基礎(chǔ)上,總結(jié)論述了當(dāng)今三相短路的的各種流行方案,分別 闡述了其基本原理和存在的局限性.并運(yùn)用派克變換及d. q. o坐標(biāo)系統(tǒng)的發(fā)電機(jī) 基本方程和拉氏運(yùn)算等對(duì)其中的三相短路故障電流等做了詳細(xì)的論述.并且利用 米at lab中的si米u(yù)link仿真軟件包,

2、建立了短路系統(tǒng)的統(tǒng)一模型,通過設(shè)置統(tǒng) 一的線路參數(shù)、仿真參數(shù).給出了仿真結(jié)果及線路各主要參數(shù)的波形圖.最后根據(jù) 仿真結(jié)果,分析目前自動(dòng)選線法存在的主要問題及以后的發(fā)展方向.關(guān)鍵詞：短路故障；派克變換;拉氏運(yùn)算；米at labABSTRACTThis paper first on the three-phase short circuit of electric power syste 米 is briefly introduced, analyzed the basic principle of operation of three-phase circuit and its operatio

3、n characteristic, and the three-phase short circuit fault process undertook theoretical analysis. In depth analysis of three-phase short circuit fault of steady state and transient electrical quantities based on the su 米 米 ary. the three-phase short circuit of various popular progra 米 s, respectivel

4、y, expounds its basic principles and li 米 itations. And the use of Peck transfer 米 and d.q.o coordinate syste 米 of the generator basic equation and Laplace operator on the three-phase short-circuit current in detail. And the use of 米 atlab in the Si 米 ulink si 米 ulation software package, to establis

5、h a unified 米 odd of three-phase short-circuit syste 米，by setting the unified circuit para 米 eters, the si 米 ulation para 米 eters. The si 米 ulation results are presented and the 米 ain para 米 eters of the wavefor 米 of line. Finally, according to the si 米 ulation results, analysis of the current autom

6、atic line selection 米 ethod the 米 ain existing proble 米 s and the future direction of develop 米 ent.Keywords：Short-circuit failure :Peck transfor 米;The Laplace operator;米 atlab TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark9 o Current Document 第一章序言1 HYPERLINK l bookmark11 o Current Document 短路故障研究依據(jù)1 HYPERLINK

7、 l bookmark13 o Current Document 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1. 1國外研究現(xiàn)狀1.2國內(nèi)電力系統(tǒng)研究現(xiàn)狀2 HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 第二章電力系統(tǒng)對(duì)稱短路分析5 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 1電力系統(tǒng)中短路的基本概括51.1短路的分類51.2短路發(fā)生的原因61. 3短路發(fā)生的危害61.4短路故障分析的內(nèi)容和目的7 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 2.2簡(jiǎn)單無窮大電源系統(tǒng)三相短路電流分析7簡(jiǎn)單無窮大電源供電系

8、統(tǒng)的三相短路暫態(tài)電流7短路后的暫態(tài)過程分析8短路沖擊電流 102. 4最大有效值電流11 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 第三章電力系統(tǒng)短路電流的實(shí)用計(jì)算12 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 1交流電流初始值的計(jì)算121. 1計(jì)算的條件和近似12 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 3.2簡(jiǎn)單系統(tǒng)/”計(jì)算14 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 第四章短路系統(tǒng)的調(diào)試與仿真17 HYPERLINK

9、l bookmark32 o Current Document 4.1仿真模型的設(shè)計(jì)與仿真171. 1實(shí)例分析171.2仿真參數(shù)設(shè)置17 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 4. 2仿真結(jié)果分析184. 2.1單相短路故障波形184. 2.2相間短路故障波形194. 2. 3三相短路故障波形21 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 3仿真分析小結(jié)22 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 第五章結(jié)論與展望24 HYPERLINK l bookmark40

10、 o Current Document 1主要研究結(jié)論24 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 5.2待解決的問題和展望24參考文獻(xiàn)26致謝27第一章序言短路故障研究依據(jù)電力系統(tǒng)的短路故障是嚴(yán)重的，而乂是發(fā)生幾率最多的故障,一般說來,最嚴(yán) 重的短路是三相短路.當(dāng)發(fā)生短路時(shí),其短路電流可達(dá)數(shù)萬安以至十幾萬安,它們 所產(chǎn)生的熱效應(yīng)和電動(dòng)力效應(yīng)將使電氣設(shè)備遭受嚴(yán)重破環(huán).為此,當(dāng)發(fā)生短路時(shí), 繼電保護(hù)裝置必須迅速切除故障線路，以避免故障部分繼續(xù)遭受危害，并使非故 障部分從不正常運(yùn)行情況下解脫出來,這要求電氣設(shè)備必須有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和 熱穩(wěn)定度，開關(guān)電氣設(shè)

11、備必須具備足夠的開斷能力，即必須經(jīng)得起可能最大短路 的侵?jǐn)_而不致?lián)p壞.因此，電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算是電力系統(tǒng)運(yùn)行分析,設(shè)計(jì)計(jì)算 的重要環(huán)節(jié)，許多電業(yè)設(shè)計(jì)單位和個(gè)人傾注極大精力從事這一工作的研究.由于 電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,隨著生產(chǎn)發(fā)展,技術(shù)進(jìn)步系統(tǒng)日趨擴(kuò)大和復(fù)雜化,短路電流計(jì) 算工作量也隨之增大,采用計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算勢(shì)在并行.通過運(yùn)用米ATLAB軟件進(jìn)行的仿真，了解在輸電線路上發(fā)生各種故障時(shí)的系 統(tǒng)變化情況.有針對(duì)性的改善輸電線路所裝設(shè)的保護(hù)裝置，使其能夠在線路出現(xiàn) 故障時(shí)迅速做出反應(yīng)，保證線路安全運(yùn)行，同時(shí)運(yùn)行人員也可以根據(jù)保護(hù)裝置動(dòng) 作情況很快地判斷出故障點(diǎn)所處位置，為線路檢修爭(zhēng)取寶貴時(shí)間并減少因

12、故障而 帶來的巨大損失.安置在輸電線路上的保護(hù)裝置，當(dāng)被保護(hù)的元件發(fā)生故障時(shí)，能自動(dòng)、迅速、 有選擇的將故障從電力系統(tǒng)中切除，以保證其余部分恢復(fù)正常運(yùn)行，并使故障元 件免于繼續(xù)受傷害.當(dāng)被保護(hù)元件發(fā)生異常運(yùn)行狀態(tài)時(shí),經(jīng)一定延時(shí)動(dòng)作于信號(hào), 以使值班人員采取措施.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.1國外研究現(xiàn)狀電力系統(tǒng)市場(chǎng)發(fā)展中的自動(dòng)控制技術(shù)趨向于控制策略的日益優(yōu)化,呈現(xiàn)出適 應(yīng)性強(qiáng)、協(xié)調(diào)控制完善、智能優(yōu)勢(shì)明顯、區(qū)域分布日益平衡的發(fā)展趨勢(shì).在設(shè)計(jì) 層面電力自動(dòng)化系統(tǒng)更注重對(duì)多機(jī)模型的問題處理,且廣泛借助現(xiàn)代控制理論及 工具實(shí)現(xiàn)綜合高效的控制.在實(shí)踐控制手段的運(yùn)用中合理引入了大量的計(jì)算機(jī)、 電子器件及遠(yuǎn)程通信應(yīng)用技

13、術(shù).而在研究人員的組合構(gòu)建中電力企業(yè)本著精益求 精、綜合適用的原則強(qiáng)調(diào)基于多功能人才的聯(lián)合作戰(zhàn)模式.在整體電力系統(tǒng)中， 其工作方式由原有的開環(huán)監(jiān)測(cè)合理向閉環(huán)控制不斷發(fā)展，且實(shí)現(xiàn)了由高電壓等級(jí) 主體向低電壓豐富擴(kuò)展的安全、合理性過度,例如從能量管理系統(tǒng)向配電管理系 統(tǒng)合理轉(zhuǎn)變等.再者電力系統(tǒng)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)了由單個(gè)元件到部分甚至全系統(tǒng)區(qū)域的 廣泛發(fā)展，例如實(shí)現(xiàn)了全過程的監(jiān)測(cè)控制及綜合數(shù)據(jù)采集發(fā)展、區(qū)域電力系統(tǒng)的 穩(wěn)定控制發(fā)展等.相應(yīng)的其單一功能也實(shí)現(xiàn)了向多元化、一體化綜合功能的發(fā)展, 例如綜合變電站實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化發(fā)展與提升.經(jīng)過了數(shù)十年的研究發(fā)展，國外先進(jìn)的計(jì)算機(jī)管理技術(shù)、通信及控制技術(shù)實(shí) 現(xiàn)了跨越式提

14、升,而新時(shí)期電力系統(tǒng)則毋庸置疑的成為集計(jì)算機(jī)、通信、控制與 電力設(shè)備、電力電子為一體的綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其應(yīng)用內(nèi)涵不斷擴(kuò)充、發(fā)展 外延繼續(xù)擴(kuò)展，令電力系統(tǒng)自動(dòng)化市場(chǎng)中包含的信息處理量越來越龐大、綜合因 素越來越復(fù)雜，可觀、可測(cè)的在數(shù)據(jù)范圍越來越廣闊，能夠合理實(shí)施閉環(huán)控制、實(shí) 現(xiàn)良好效果的控制對(duì)象則越來越豐富. 2國內(nèi)電力系統(tǒng)研究現(xiàn)狀我國電力發(fā)展的基本方針是：提高能源效率,保護(hù)生態(tài)環(huán)境，加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè), 大力開發(fā)水電,優(yōu)化發(fā)展煤電，積極推進(jìn)核電建設(shè),適度發(fā)展天然氣發(fā)電,鼓勵(lì)新 能源和可再生能源發(fā)電,帶動(dòng)裝備工業(yè)發(fā)展，深化體制改革.在此方針的指導(dǎo)下， 結(jié)合近期電力工業(yè)建設(shè)重點(diǎn)及目標(biāo)，我國電力發(fā)展將

15、呈現(xiàn)以下四個(gè)鮮明特點(diǎn)：.自動(dòng)化水平逐步提高、安全性和可靠性受到充分重視.先進(jìn)的繼電保護(hù)裝 置、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)以及電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)得 到廣泛應(yīng)用.隨著電網(wǎng)建設(shè)和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)、電網(wǎng)自動(dòng)化水平的提高,大陸電網(wǎng) 安全穩(wěn)定事故大幅下降.電網(wǎng)供電可靠性也有較大提高，平均供電可靠性為 99. 820%.經(jīng)濟(jì)、高效和環(huán)保.隨著大容量機(jī)組的應(yīng)用、電網(wǎng)的發(fā)展以及先進(jìn)技術(shù)的 廣泛采用，煤耗與網(wǎng)損逐年下降.新建火電廠將廣泛采用大容量、高效、節(jié)水機(jī)組, 采用脫硫技術(shù)和控制NOX的排放.到2020年,在人口密集地區(qū),將建設(shè)60GW的天 然氣發(fā)電機(jī)組和40GW的核電機(jī)組.在電網(wǎng)建設(shè)方面,將采

16、用先進(jìn)技術(shù)提高單位走 廊輸電能力、降低網(wǎng)損,加強(qiáng)環(huán)境和景觀保護(hù)，城市電網(wǎng)將逐步提高電纜化率、推 廣變電站緊湊化設(shè)計(jì).結(jié)構(gòu)調(diào)整力度將會(huì)繼續(xù)加大.將重點(diǎn)推進(jìn)水電流域梯級(jí)綜合開發(fā),加快建 設(shè)大型水電基地，因地制宜開發(fā)中小型水電站和發(fā)展抽水蓄能電站，使水電開發(fā) 率有較大幅度提高.合理布局發(fā)展煤電,加快技術(shù)升級(jí),節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境,節(jié)約 用水,提高煤電技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)性.實(shí)現(xiàn)百萬千瓦級(jí)壓水堆核電工程設(shè)計(jì)、設(shè)備制 造本土化、批量化的目標(biāo),全面掌握新一代百萬千瓦級(jí)壓水堆核電站工程設(shè)計(jì)和 設(shè)備制造技術(shù),積極推進(jìn)高溫氣冷堆核電技術(shù)研究和應(yīng)用.在電力負(fù)荷中心、環(huán)境 要求嚴(yán)格、電價(jià)承受力強(qiáng)的地區(qū)，因地制宜建設(shè)適當(dāng)規(guī)模

17、的天然氣電廠,提高天然 氣發(fā)電比重.在風(fēng)力資源豐富的地區(qū)，開發(fā)較大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng);在大電網(wǎng)覆蓋 不到的邊遠(yuǎn)地區(qū)，發(fā)展太陽能光伏電池發(fā)電;因地制宜發(fā)展地?zé)岚l(fā)電、潮汐電站、 生物質(zhì)能（秸稈等）與沼氣發(fā)電等；與垃圾處理相結(jié)合，在大中城市規(guī)劃建設(shè)垃圾 發(fā)電項(xiàng)目.技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)步伐將會(huì)加快.電力工業(yè)要著眼于走出一條科技含量 高、經(jīng)濟(jì)效益好、資源消耗低、環(huán)境污染小的新型工業(yè)化道路，促進(jìn)電力設(shè)備的 本土化.需要重點(diǎn)發(fā)展以下幾方面工作：推廣單機(jī)容量60萬千瓦及以上大容量超（超）臨界機(jī)組.加大大型水電站建 設(shè)關(guān)鍵技術(shù)的研究,加快大容量水電機(jī)組設(shè)備制造本地化.積極發(fā)展?jié)崈裘喊l(fā)電 技術(shù)；掌握空冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造技

18、術(shù)和機(jī)組節(jié)水改造技術(shù)；掌握大容量機(jī)組煙氣脫 硫的設(shè)計(jì)制造技術(shù).加快100萬千瓦級(jí)大型核電站設(shè)備制造本地化進(jìn)程.實(shí)現(xiàn)600 千瓦至兆瓦級(jí)風(fēng)電設(shè)備本地化.引進(jìn)第三代核電技術(shù).建設(shè)功能完善、信息暢通、相互協(xié)調(diào)的電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，建立適應(yīng)電力 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)需要的技術(shù)支持系統(tǒng)，電力行業(yè)的信息化達(dá)到國際先進(jìn)水平.加快電網(wǎng)建設(shè),優(yōu)化資源配置.加快推進(jìn)西電東送三大通道的輸電線路建設(shè), 合理規(guī)劃布局,積極采用先進(jìn)適用技術(shù)提高線路輸送容量,節(jié)約輸電通道資源.建 設(shè)堅(jiān)強(qiáng)、清晰、合理、可靠的區(qū)域電網(wǎng).推進(jìn)大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)，適當(dāng)控制交流同步電 網(wǎng)規(guī)模.繼續(xù)推進(jìn)城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)與改造，形成安全可靠的配電網(wǎng)絡(luò).完善城鄉(xiāng)配電網(wǎng) 結(jié)構(gòu),

19、增強(qiáng)供電能力.加快計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和信息技術(shù)的推廣應(yīng)用，提高 城網(wǎng)自動(dòng)化水平和供電可靠性,滿足城鄉(xiāng)居民用電的需求.完善縣城電網(wǎng)的功能、 增強(qiáng)小城鎮(zhèn)電網(wǎng)的供電能力,擴(kuò)大電網(wǎng)覆蓋面.發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì),創(chuàng)建節(jié)約型社會(huì).加強(qiáng)發(fā)電、輸變電、用電等環(huán)節(jié)的科學(xué)管理, 提高能源使用效率.在加快電力建設(shè)，保障電力供給的同時(shí),將節(jié)約資源和提高能 效提升到與電力供應(yīng)同等重要的地位.通過深化電力需求側(cè)管理,加強(qiáng)全國聯(lián)網(wǎng), 調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，逐步降低單位產(chǎn)值能耗等節(jié)能、節(jié)電的綜合措施;通過節(jié)能、節(jié)電, 加強(qiáng)全國聯(lián)網(wǎng)，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),逐步降低單位產(chǎn)值能耗等綜合措施.第二章電力系統(tǒng)對(duì)稱短路分析電力系統(tǒng)中短路的基本概括短路的分類

20、在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過程中,時(shí)常會(huì)發(fā)生故障,如短路故障、斷線故障等.其中 大多數(shù)是短路故障（簡(jiǎn)稱短路）.所謂短路,是指電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況以外的相與相之間或相與地（或中性 線）之間的連接.在正常運(yùn)行時(shí).，除中性點(diǎn)外，相與相或相與地之間是絕緣的.表 2-1示出三相系統(tǒng)中短路的基本類型.電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，單相短路接地占 大多數(shù).三相短路時(shí)三相回路依舊是對(duì)稱的，故稱為對(duì)稱短路;其它兒種短路均使 三相回路不對(duì)稱，故稱為不對(duì)稱短路.表2-1常見短路基本分類短路種類短路類型示意圖符,發(fā)生幾率對(duì)稱短路三相短路4f5%運(yùn)行帶來很大的危害：(1)短路發(fā)生時(shí)往往會(huì)伴有電弧產(chǎn)生,它不僅能燒壞故障元件本身，也可能燒

21、 壞周圍設(shè)備和傷害周圍的人員；(2)產(chǎn)生從電源到短路故障點(diǎn)巨大的短路電流,可達(dá)正常負(fù)荷電流的幾倍到 幾十倍;短路電流通過電氣設(shè)備,一方面會(huì)使導(dǎo)體大量發(fā)熱,導(dǎo)致設(shè)備因過熱而損 壞；另一方面巨大的短路電流還將產(chǎn)生很大的電動(dòng)力作用于導(dǎo)體，使導(dǎo)體變形、扭 曲或損壞；(3)短路也同時(shí)引起系統(tǒng)電壓大幅度降低，特別是靠近短路點(diǎn)處的電壓降低 得更多，從而可能導(dǎo)致部分用戶或全部用戶的供電遭到破壞.網(wǎng)絡(luò)電壓的降低，使 供電設(shè)備的正常工作受到損壞，也可能導(dǎo)致工廠的產(chǎn)品報(bào)廢或設(shè)備損壞，如電動(dòng) 機(jī)過熱受損等；(4)電力系統(tǒng)中出現(xiàn)短路故障時(shí)，系統(tǒng)功率分布的突然變化,可能破壞各發(fā)電 廠并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)解列甚至

22、瓦解和崩潰.(5)發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)，三相不平衡電流會(huì)在相鄰的通訊線路感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì), 產(chǎn)生的不平衡交變磁場(chǎng)對(duì)周圍的通信網(wǎng)絡(luò)、信號(hào)系統(tǒng)、晶閘管觸發(fā)系統(tǒng)及自動(dòng)控 制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾.短路故障分析的內(nèi)容和目的電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，首先是電力設(shè)備的安全運(yùn)行，當(dāng)電力設(shè)備發(fā)生短路故 障時(shí).，首先要求快速準(zhǔn)確的切除故障,這就要求在電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，需要 合理的選擇電氣設(shè)備、電氣接線，正確的配置和設(shè)計(jì)繼電保護(hù)以及限制短路電流 的措施.例如,選擇斷路器,必須保證斷路器的開斷容量大于系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)流過 本支路的最大短路電流，同時(shí)還要進(jìn)行短路后的熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn).再比如,繼 電保護(hù)的整定，也需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行短路計(jì)算和

23、分析.短路故障的分析和計(jì)算，主要是短路電流的計(jì)算和分析.當(dāng)系統(tǒng)突然發(fā)生短 路時(shí).，短路電流將從故障前的正常運(yùn)行電流過渡到故障后的穩(wěn)態(tài)電流，短路電流 是從短路后隨著時(shí)間的變化而變化的，因此有必要對(duì)電力系統(tǒng)三相短路后的故障 暫態(tài)過程進(jìn)行分析.另外，同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中的暫態(tài)電流將導(dǎo)致在定子中感應(yīng)出 衰減的工頻分量、衰減的倍頻分量和衰減的直流分量.下面將分別對(duì)無窮大電源 系統(tǒng)和同步發(fā)電機(jī)機(jī)端發(fā)生三相短路后，短路電流的過渡過程進(jìn)行分析和計(jì)算.2 .2簡(jiǎn)單無窮大電源系統(tǒng)三相短路電流分析2.2.1簡(jiǎn)單無窮大電源供電系統(tǒng)的三相短路暫態(tài)電流如圖2-1所示的簡(jiǎn)單對(duì)稱三相系統(tǒng)，電源為無限大功率電源，即恒定電勢(shì) 源,A

24、相的電源.=Em cos（co0/ + a）, B相和C相的電源依次與A相相差120度. 假設(shè)在t=0時(shí)刻，突然在F點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)，分析其暫態(tài)過程.圖2-1無窮大電源三相系統(tǒng)2.2.2短路后的暫態(tài)過程分析對(duì)于圖2-1所示的三相電路,短路發(fā)生前，電路處于穩(wěn)態(tài),其a相的電流表達(dá)式為:/則 sin(d + a_%)(2-1)式中卻Joi iR + R9)2 +co2(L + Lf)2(2-2)co(L + Lr)(2-3)當(dāng)突然發(fā)生三相短路時(shí).，這個(gè)電路即被分成兩個(gè)獨(dú)立的回路.左邊的回路仍 與電源連接,而右邊的回路則變?yōu)闆]有電源的回路.在右邊回路中，電流將從短路 發(fā)生瞬間的值不斷地衰減,一直衰減到

25、磁場(chǎng)中儲(chǔ)存的能量全部變?yōu)殡娮柚兴?的熱能，電流即衰減為零.在與電源相連的左邊回路中，每相阻抗由原來的 （夫+ *） +m（乙+乃減小為R + 其穩(wěn)態(tài)電流值必將增大.短路暫態(tài)過程的分 析與計(jì)算就是針對(duì)這一回路的.短路的全電流為：(2-4)ia = Im sinQ + 2 9)+ Zm|0| sin(a -作1)一 lm sin(a -(p)e由于三相電路對(duì)稱，只要用(a -120。)和(a + 120。)代替式(2-4)中的a就可分別得到b相和C相電流表達(dá)式.現(xiàn)將三相短路電流表達(dá)式綜合如下：/ia =/,“sin(0+ a e) +/叫00仙(2一80|)/,”0山(0一夕)kIib =si

26、n( + a-12O-) + /wf|o| sin(a -120-%)-Im sin(a -120-(p)e Tn -_ tic = Im sin(0 + a +120。-。) + /則 sin(a + 120-%)- 乙 sin(a + 120-(p)e Tg(2-5)圖2-2三相電流短路波形圖圖2-2示出三相電流變化的情況（在某一初始相角為a時(shí)）.由圖可見，短路 前三相電流和短路后三相的交流分量均為幅值相等、相角相差120。的三個(gè)正弦電 流，直流分量電流使t=0時(shí)短路電流值與短路前瞬間的電流值相等.由于有了直 流分量,短路電流曲線的對(duì)稱軸不再是時(shí)間軸，而直流分量曲線本身就是短路電 流曲線的

27、對(duì)稱軸.因此，當(dāng)已知一短路電流曲線時(shí),可以應(yīng)用這個(gè)性質(zhì)把直流分量 從短路電流曲線中分離出來，即將短路電流曲線的兩根包絡(luò)線間的垂直線等分,如圖2-2中i,所示,得到的等分線就是直流分量曲線.由圖2-2還可以看出，直流分量起始值越大,短路電流瞬時(shí)值越大.在電源電 壓幅值和短路回路阻抗恒定的情況下，由式(2-4)和(2-5)可知，直流分量的起始 值與電源電壓的初始相角。(相應(yīng)于a時(shí)刻發(fā)生短路)、短路前回路中的電流值 /叫。1有關(guān).由式(2-4)可見，由于短路后的電流幅值(比短路前的電流幅值判大 很多，直流分量起始值乙。的最大值(絕對(duì)值)出現(xiàn)在，明 的值最小、的值 最大時(shí).，即1-夕1=90。，/叩

28、=0時(shí).在高壓電網(wǎng)中，感抗值要比電阻值大得多，即 coLR，故” 90。，此時(shí)，a = 0?；?= 180.三相中直流電流起始值不可能同時(shí)最大或同時(shí)為零.在任意一個(gè)初相角下， 總有一相的直流電流起始值較大,而有一相較小.由于短路瞬時(shí)是任意的，因此必 須考慮有一相的直流分量起始值為最大值.根據(jù)前面的分析可以得出這樣的結(jié)論：當(dāng)短路發(fā)生在電感電路中、短路前為 空教的情況下直流分量電流最大，若初始相角滿足la-夕1=90。，則一相(a相)短 路電流的直流分量起始值的絕對(duì)值達(dá)到最大值,即等于穩(wěn)態(tài)短路電流的幅值.2. 2. 3短路沖擊電流短路電流在前述最惡劣短路情況下的最大瞬時(shí)值，稱為短路沖擊電流.根據(jù)以

29、上分析，當(dāng)短路發(fā)生在電感電路中，且短路前空載、其中一相電源電壓 過零點(diǎn)時(shí)，該相處于最嚴(yán)重的情況.以a相為例,將/明=。、2 = 0。、 = 90。代入 式(2-5)得a相全電流的算式如下：(2-6)_ t =-/mCOSdr + Zw6 圖2-3直流分量最大時(shí)短路電流波形電流波形示于圖2-3.從圖中可見,短路電流的最大瞬時(shí)值，即短路沖擊電流，將在短路發(fā)生經(jīng)過約半個(gè)周期后出現(xiàn).當(dāng)f為50Hz時(shí)，此時(shí)間約為0. 01s.由此可得 沖擊電流值為：.1/0.010.01 +e7(2-7)式中K.w稱為沖擊系數(shù)，即沖擊電流值對(duì)于交流電流幅值的倍數(shù).很明顯，Kw值 為12.在使用計(jì)算中，K” 一般取為1.

30、81. 9.沖擊電流主要用于檢驗(yàn)電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的動(dòng)穩(wěn)定度.2.2.4最大有效值電流在短路暫態(tài)過程中,任一時(shí)刻t的短路電流有效值/r,是以時(shí)刻t為中心的一個(gè)周期內(nèi)瞬時(shí)電流的均方根值,即i2dt =I+772 J(%+著& f+K / tT/2(2-8)式中假設(shè)在t前后一周內(nèi)著不變.由圖2-4可知,最大有效值電流也是發(fā)生在短路后半個(gè)周期時(shí)6 = 7(/Hf/V2)2+/j(Z =0.015)= 揚(yáng)2 +()_/,“ )2=J(/J &1尸=關(guān)、/1+2(Kl1)2(2-9)Km=L9時(shí)，卜=1.62(十)；K/w=L8時(shí)，ZjW =1.52(72第三章 電力系統(tǒng)短路電流的實(shí)用計(jì)算上一章討論了無

31、限電源供大電的系統(tǒng)三相短路電流的變化情形，認(rèn)為短路后 電源電壓和頻率均保持不變，忽略了電源內(nèi)部的暫態(tài)變化過程，但是當(dāng)短路點(diǎn)距 電源較近時(shí).，必須計(jì)及電源內(nèi)部的暫態(tài)變化過程,這個(gè)衰減變化過程主要分為三 個(gè)階段即：次暫態(tài)階段、暫態(tài)階段和穩(wěn)態(tài)階段,每一階段發(fā)電機(jī)都呈現(xiàn)不同的電抗 和不同的衰減時(shí)間常數(shù),此過程的分析較復(fù)雜.對(duì)于包含有許多臺(tái)發(fā)電機(jī)的實(shí)際 電力系統(tǒng),在進(jìn)行短路電流的工程實(shí)用計(jì)算時(shí)，沒有必要作復(fù)雜的分析.實(shí)際上, 電力系統(tǒng)短路電流的工程計(jì)算在大多數(shù)情況下，只要求計(jì)算短路電流基頻交流分 量的初始值，也稱為次暫態(tài)電流這是由于使用快速保護(hù)和高速斷路器后，斷 路器開斷時(shí)間小于0. Is,此外，若已知

32、交流分量的初始值，即可以近似決定直流 分量以至沖擊電流.交流分量初始值的計(jì)算原理比較簡(jiǎn)單,可以手算，但對(duì)于大型 電力系統(tǒng)則一般應(yīng)用計(jì)算機(jī)來計(jì)算.工程上還用一種運(yùn)算曲線，是按不同類型發(fā) 電機(jī)，給出暫態(tài)過程中不同時(shí)刻短路電流交流分量有效值對(duì)發(fā)電機(jī)與短路點(diǎn)間電 抗的關(guān)系曲線，它可用來近似計(jì)算短路后任意時(shí)刻的交流電流.3.1交流電流初始值的計(jì)算在短路后瞬時(shí)發(fā)電機(jī)可用次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)和次暫態(tài)電抗等值，所以短路交流分 量初始值的計(jì)算實(shí)質(zhì)上是一個(gè)穩(wěn)態(tài)交流電路的計(jì)算問題，只是電力系統(tǒng)有些特殊 問題需要注意.3. 1.1計(jì)算的條件和近似(1)各臺(tái)發(fā)電機(jī)均用次暫態(tài)電抗X；作為其等值電抗,即假設(shè)d軸和q軸等值電抗均為4

33、.發(fā)電機(jī)的等值電勢(shì)則為次暫態(tài)電勢(shì)：區(qū),二4| + 產(chǎn)(3-1)E”雖然不具有片和那種在突然短路前后不變的特性，但從計(jì)算角度考 慮近似認(rèn)為仃不突變是可取的.調(diào)相機(jī)雖然沒有驅(qū)動(dòng)的原動(dòng)機(jī),但在短路后瞬間由于慣性,轉(zhuǎn)子速度保持不 變，在勵(lì)磁作用下同發(fā)電機(jī)一樣向短路點(diǎn)送短路電流.在計(jì)算/時(shí)它和發(fā)電機(jī)一 樣以x；和品為其等值參數(shù).調(diào)相機(jī)在短路前若為欠激運(yùn)行，即吸收系統(tǒng)無功，根 據(jù)式(3 1),其邦將小于端電壓卬，所以只有在短路后端電壓小于與時(shí)，調(diào)相 機(jī)才送出短路電流.如果在計(jì)算中忽略負(fù)荷，則短路前為空載狀態(tài)，所有電源的次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)均 取為額定電壓,其標(biāo)幺值為1,而且同相位.當(dāng)短路點(diǎn)遠(yuǎn)離電源時(shí)，可將發(fā)電機(jī)端

34、電壓母線看作是恒定電壓源，電壓值取 為額定電壓.(2)在電網(wǎng)方面,作為短路電流計(jì)算時(shí)可以比潮流計(jì)算簡(jiǎn)單.一般可以忽略線 路對(duì)地電容和變壓器的勵(lì)磁回路,因?yàn)槎搪窌r(shí)電網(wǎng)電壓較低,這些對(duì)“地”支路的 電流較正常運(yùn)行時(shí)更小,而短路電流很大.另外,在計(jì)算高壓電網(wǎng)時(shí)還可以忽略電 阻.對(duì)于必須計(jì)及電阻的低壓電網(wǎng)或電纜線路，為了避免復(fù)數(shù)運(yùn)算可以近似用阻抗模值z(mì) =進(jìn)行計(jì)算.在標(biāo)幺值運(yùn)算中采用近似方法，即不考慮變壓器的實(shí)際變比，而認(rèn)為變壓器的變比均為平均額定電壓之比.（3）負(fù)荷對(duì)短路電流的影響是很難準(zhǔn)確估計(jì)的.最簡(jiǎn)單和粗略的估計(jì)方法是 不計(jì)負(fù)荷（均斷開），即短路前按空載情況決定次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)，短路后電網(wǎng)上依舊 不

35、接負(fù)荷.這樣近似的可行性是基于負(fù)荷電流較短路電流小的多的原故,但對(duì)于 計(jì)算遠(yuǎn)距離短路點(diǎn)的支路電流可能會(huì)有較大的誤差.短路前計(jì)及負(fù)荷只需要應(yīng)用潮流計(jì)算所得的發(fā)電機(jī)端電壓加和發(fā)電機(jī)注入 frl功率5小1，由下式求得各發(fā)電機(jī)的次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)： rl片啊=% + jj = 1,2,G（3-2）G為發(fā)電機(jī)的臺(tái)數(shù).短路后電網(wǎng)中的負(fù)荷可以近似用恒定阻抗表示，阻抗值由短路前的潮流計(jì)算 結(jié)果中的負(fù)荷端電壓入訓(xùn)和S叫可求得：ZDi = - i = 1,/,（33）當(dāng)網(wǎng) - jQnL為負(fù)荷總數(shù).這種近似的方法沒有計(jì)及短路后瞬時(shí)電動(dòng)機(jī)倒送短路電流的現(xiàn)象.短路同時(shí) 電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)一樣可能送出短路電流.異步電動(dòng)機(jī)也可以用一

36、個(gè)與轉(zhuǎn)子繞組交 鏈的磁鏈成正比的電動(dòng)勢(shì),稱為次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)巨以及相應(yīng)的次暫態(tài)電抗x （d、q 軸相同）作為定子交流分量的等值電動(dòng)勢(shì)和電抗次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)在短路前后瞬間 不變，因此同樣可以用晶和x”計(jì)算短路初始電流當(dāng)短路瞬間異步電動(dòng)機(jī)端 電壓低于點(diǎn)時(shí),異步電動(dòng)機(jī)就變成了一個(gè)暫時(shí)電源向外供應(yīng)短路電流.7由正常運(yùn)行方式計(jì)算而得,設(shè)正常時(shí)電動(dòng)機(jī)端電壓為。視，吸收的電流為巨=q.一 亦（3-4）其模值為：Ep| = J（U|oL/|Msin%）2+（/KxX”cos9oi尸土 Na 一/Msin %（35）式中對(duì)a為功率因數(shù)角.若短路前為額定運(yùn)行方式，1”取0.2,左% 0.9,電 動(dòng)機(jī)端點(diǎn)短路的交流電流初始

37、值約為電動(dòng)機(jī)額定電流的4. 5倍.異步電動(dòng)機(jī)沒有勵(lì)磁電源，故短路后的交流最終衰減至零，而且由于電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)子電阻相對(duì)于電抗較大，該交流電流衰減較快，與直流分量的衰減時(shí)間常數(shù)差 不多，數(shù)值約為白.分之幾秒.考慮到此現(xiàn)象,在計(jì)算短路沖擊電流時(shí)雖仍應(yīng)用公式 儲(chǔ)=KJ ，但一般將沖擊系數(shù)取得較小,如容量為1000KW以上的異步電動(dòng) 機(jī)取干次=1.71.8.實(shí)際上，負(fù)荷是綜合性的,很難準(zhǔn)確計(jì)及電動(dòng)機(jī)對(duì)短路電流的影響，而且一般 電動(dòng)機(jī)距短路點(diǎn)較遠(yuǎn),提供的短路電流不大，因此在實(shí)用計(jì)算中對(duì)于短路點(diǎn)附近, 顯著提供短路電流的大容量電動(dòng)機(jī),才按上述方法以巨%、%作為電動(dòng)機(jī)的等值 參數(shù)計(jì)算3. 2簡(jiǎn)單系統(tǒng)/”計(jì)算圖3

38、 1簡(jiǎn)單系統(tǒng)等值電路(a)系統(tǒng)圖；(b)等值電路；(c)簡(jiǎn)化等值電路;(d)應(yīng)用疊加原理的等值電路圖3 l(a)所示為兩臺(tái)發(fā)電機(jī)向負(fù)荷供電的簡(jiǎn)單系統(tǒng).母線1、2、3上均接 有綜合性負(fù)荷，現(xiàn)分析母線3發(fā)生三相短路時(shí)，短路電流交流分量的初始值.圖3 -1(b)是系統(tǒng)的等值電路.在采用了 Ei(m 1和忽略負(fù)荷的近似后，計(jì)算用等值電 路如圖3l(c)所示.對(duì)于這樣的發(fā)電機(jī)直接與短路點(diǎn)相連的簡(jiǎn)單電路，短路電 流可直接表示為： H包+包(3-6) 內(nèi) 看 為必另一種方法是應(yīng)用疊加原理，其等值電路圖如7 6(d)所示，因正常情況下 短路點(diǎn)的電流為零，則短路電流可直接由故障分量求得，即短路點(diǎn)短路前的開路 電

39、壓(不計(jì)負(fù)荷時(shí)該電壓的標(biāo)幺值為1)除以電網(wǎng)對(duì)該點(diǎn)的等值阻抗.即：(3-7)； -U / |(H U fioi1 f = =用標(biāo)幺值表示則為：(3-8)1 1 1 1一 =+ x x2i r十 內(nèi) w式中為電網(wǎng)對(duì)短路點(diǎn)的等值阻抗.這種方法當(dāng)然具有一般的意義，即電網(wǎng)中任 一點(diǎn)的短路電流交流分量初始值等于該點(diǎn)短路前的開路電壓除以電網(wǎng)對(duì)該點(diǎn)的 等值阻抗（該點(diǎn)向電網(wǎng)看進(jìn)去的等值阻抗，也可以用戴維南定理求得），這時(shí)發(fā)電 機(jī)電抗為一、;.如果是經(jīng)過阻抗Z,后發(fā)生短路,則短路點(diǎn)電流為:(3-9)/ =Multi meterlvf-lf2vf-lf2Multi meter!Three-Pl-assSGries

40、RLC Load第四章短路系統(tǒng)的調(diào)試與仿真4.1仿真模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4. 1.源;在 路li 壓源 使用 參數(shù) 地；1圖4-1仿真模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4.1.2仿真參數(shù)設(shè)置當(dāng)電路圖設(shè)計(jì)完成后，對(duì)其進(jìn)行仿真,達(dá)到觀察短路接地電路中暫態(tài)變化情況.（1）在設(shè)置的三相電路短路故障發(fā)生器，將接地短路時(shí)間設(shè)置為0.02.根據(jù)接 地短路發(fā)生時(shí)間設(shè)置仿真參數(shù).（2）在電路圖的菜單選項(xiàng)中，選擇仿真菜單,激活仿真參數(shù)命令,彈出參數(shù)對(duì)話 框.根據(jù)對(duì)暫態(tài)過程時(shí)間估算,對(duì)仿真參數(shù)進(jìn)行如下設(shè)置:三相電源：電壓初始相位為0,頻率為默認(rèn)50Hz不變,Y型接法輸電線路:線路長(zhǎng)度10千米,其余參數(shù)保持為默認(rèn)值不變.三相短路故障發(fā)生器

41、:A相接地短路,0. 02s發(fā)生短路仿真參數(shù)的設(shè)置:起始時(shí)間為0.02s,變步長(zhǎng)，米ATLAB針對(duì)剛性系統(tǒng)提供了odel5 s,ode23 s,ode23 t與ode23 tb等算法.本文采用ode23算法.2仿真結(jié)果分析單相短路故障波形（A相為綠線、B為紅、C為藍(lán),A相發(fā)生短路故障）圖4-4短路時(shí)故障點(diǎn)A相電壓圖4-5短路時(shí)故障點(diǎn)A相電流-圖4-6短路時(shí)故障點(diǎn)各相電壓對(duì)比圖4-7短路時(shí)故障點(diǎn)各相電流對(duì)比對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)當(dāng)發(fā)生單相接地短路時(shí).，系統(tǒng)A相電壓變?yōu)榱?，其?相電壓變?yōu)樵瓉韺?duì)地電壓的L 732倍，系統(tǒng)三相電流基本不發(fā)生變化；故障點(diǎn)A 相對(duì)地電壓變?yōu)榱悖ㄍ耆拥兀?，非故障相相?duì)地電

42、壓升高L 732倍（線電壓），故 障點(diǎn)A相電流瞬間增大,然后慢慢變小最終消失,其他非故障相電流不變.相間短路故障波形（A相為綠線、B為紅、C為藍(lán),A、B相發(fā)生短路故障）圖4-8短路時(shí)系統(tǒng)各相電壓圖4-11短路時(shí)故障點(diǎn)A相電流11 4-12短路時(shí)故障點(diǎn)B相電壓圖4-13短路時(shí)故障點(diǎn)B相電流圖4T4短路時(shí)故障點(diǎn)各相電壓對(duì)比圖4T5短路時(shí)故障點(diǎn)各相電流對(duì)比當(dāng)發(fā)生兩相相間短路故障時(shí).，系統(tǒng)A和B相電壓相對(duì)減小,C相電壓變大,A 和B相電流增大,C相電流不變;故障點(diǎn)處A和B相電壓都變?yōu)榱?非故障C相電 壓變?yōu)樵瓉韺?duì)地電壓的1. 732倍，故障點(diǎn)A和B相處的電流由于短路都增大（且對(duì) 稱），非故障相的C相電

43、流基本保持不變.三相短路故障波形（A相為綠線、B為紅、C為藍(lán),A、B、C相發(fā)生短路故障）圖4-18短路時(shí)故障點(diǎn)A相電壓圖4-19短路時(shí)故障點(diǎn)A相電流圖4-20短路時(shí)故障點(diǎn)各相電壓對(duì)比圖4-21短路時(shí)故障點(diǎn)各相電流對(duì)比當(dāng)發(fā)生三相短路故障時(shí)，三相短路故障為對(duì)稱形式，只分析A相的電壓電流 情況就可以了. A相電壓由于短路故障電壓變?yōu)榱悖潆娏魇芏搪酚绊懚查g增 大如圖4T8、4-如所示.4. 3仿真分析小結(jié)對(duì)于中性點(diǎn)不直接接地的電力系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于回路不直 接構(gòu)成短路回路,短路點(diǎn)電流不大約為正常對(duì)地電容電流的3倍,不必直接切除 接地相，電壓變?yōu)?,但此時(shí)非接地相的對(duì)地電壓卻升為相電壓的1.7倍（此電路 中的接地短路對(duì)系統(tǒng)的電壓電流影響不大，基本保持不變），單相