電力系統(tǒng)兩相短路計(jì)算與仿

1、遼寧工業(yè)大學(xué)電力系統(tǒng)計(jì)算課程設(shè)計(jì)（論文）題目： 電力系統(tǒng)兩相短路計(jì)算與仿真（1）院（系）：電氣工程學(xué)院專業(yè)班級：學(xué) 號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：教師職稱：起止時間：13-07-01 至 13-07-12課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評語院（系）：電氣工程學(xué)院教研室：電氣工程及其自動化課程設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)G1 T11L22 T2 G2Hz）gL/Ls3 I原始資料：系統(tǒng)如圖S3各元件參數(shù)如下（各序參數(shù)相同）：G1、G2： Sn=30MVA，V10.5kV，X=0.26；T1: Sn=31.5MVA, Vs%=9.5, k=10.5/121kV, Ps=220kW, Po=33kW,Io%=0.9； YN/d

2、-11T2: Sn=31.5MVA, Vs%=10.5, k=10.5/121kV, Ps=180kW, Po=30kW,Io%=0.8； YN/d-11L1:線路長 80km，電阻 0.17Q /km,電抗 0.4Q /km,對地容納 2.78X 10-6S/km；L2:線路長 75km，電阻 0.2Q /km，電抗 0.42Q /km,對地容納 2.88X 10-6S/km；L3:線路長 80km，電阻 0.17Q /km,電抗 0.4Q /km,對地容納 3.08X 10-6S/km； 負(fù)荷：S3=45MVA,功率因數(shù)均為0.9.任務(wù)要求（節(jié)點(diǎn)3發(fā)生AC相金屬性短路時）：1計(jì)算各元件的參

3、數(shù)；2畫出完整的系統(tǒng)等值電路圖；3忽略對地支路，計(jì)算短路點(diǎn)的A、B和C三相電壓和電流；4忽略對地支路，計(jì)算其它各個節(jié)點(diǎn)的A、B和C三相電壓和支路電流；5在系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下，對各種不同時刻AC兩相短路進(jìn)行Matlab仿真；6將短路運(yùn)行計(jì)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。指導(dǎo)教師評語及成績平時考核： 設(shè)計(jì)質(zhì)量：答辯：總成績： 指導(dǎo)教師簽字：年 月 日注：成績：平時20%論文質(zhì)量60%答辯20%以百分制計(jì)算生產(chǎn)、輸送、分配、消費(fèi)電能的各種電器設(shè)備連接在一起而組成的整體稱為 電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)中輸送和分配電能的部分稱為電力網(wǎng)。在電力系統(tǒng)和電力網(wǎng) 的實(shí)際運(yùn)行中，由于雷擊、溫度等意外情

4、況的存在，電力系統(tǒng)短路時有發(fā)生，極 大的破壞電力系統(tǒng)設(shè)備，影響電網(wǎng)及用戶的生產(chǎn)生活。對稱分量法是電力系統(tǒng)短 路計(jì)算的常用方法，在應(yīng)用對稱分量法分析計(jì)算不對稱故障時必須首先作出電力 系統(tǒng)的各序網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)化簡求出各序網(wǎng)絡(luò)對短路點(diǎn)的輸入電抗以及正序網(wǎng)絡(luò) 的等值電勢，再根據(jù)不對稱短路的不同類型，列出邊界方程，以求得短路點(diǎn)電壓 和電流的各序分量本文主要采用了對稱分量法對電力系統(tǒng)兩相短路的情況進(jìn)行分 析和計(jì)算。關(guān)鍵詞：兩相短路；電力系統(tǒng)計(jì)算；對稱分量法目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 第1章緒論1 HYPERLINK

5、l bookmark13 o Current Document 1.1電力系統(tǒng)短路計(jì)算概述1 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 短路的一般概念1 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 短路的危害1 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 短路計(jì)算的目的1 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 1.2本文設(shè)計(jì)內(nèi)容1 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 第2章電力系統(tǒng)

6、不對稱短路計(jì)算原理2 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 2.1對稱分量法基本原理2 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 2.2三相序阻抗及等值網(wǎng)絡(luò)2 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 2.3兩相不對稱短路的計(jì)算步驟3 HYPERLINK l bookmark71 o Current Document 第3章電力系統(tǒng)兩相短路計(jì)算6 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 3.1系統(tǒng)等值電路及元件參數(shù)計(jì)算6

7、HYPERLINK l bookmark121 o Current Document 3.2系統(tǒng)等值電路及其化簡7 HYPERLINK l bookmark133 o Current Document 3.3兩相短路計(jì)算10 HYPERLINK l bookmark166 o Current Document 第4章短路計(jì)算的仿真13 HYPERLINK l bookmark169 o Current Document 4.1仿真模型的建立13 HYPERLINK l bookmark172 o Current Document 4.2仿真結(jié)果及分析14 HYPERLINK l bookmar

8、k175 o Current Document 第5章總結(jié)16 HYPERLINK l bookmark178 o Current Document 參考文獻(xiàn)17第1章緒論i.i電力系統(tǒng)短路計(jì)算概述短路的一般概念短路是電力系統(tǒng)的嚴(yán)重故障，所謂短路，是之一切不正常的相與相之間或相 與地發(fā)生通路的情況。短路的危害（1）短路故障時短路點(diǎn)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。（3）當(dāng)短路地點(diǎn)離電源不遠(yuǎn)而持續(xù)時間又較長時，并列運(yùn)行的發(fā)電廠可

9、能失 去同步，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定，造成大片區(qū)停電。短路計(jì)算的目的（1）選擇有足夠機(jī)械穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度的電氣設(shè)備。（2）合理配置繼電保護(hù)和自動裝置并確定其參數(shù)。（3）研究短路對用戶的影響i.2本文設(shè)計(jì)內(nèi)容為了保護(hù)電力系統(tǒng)運(yùn)行正常，本文模擬了一組電力系統(tǒng)兩相短路的過程，采 用了對稱分量法計(jì)算各元件參數(shù)。首先對設(shè)計(jì)要求中的電路圖畫出等值電路，忽 略對地支路分別計(jì)算短路點(diǎn)A、B、C三相的電壓和電流并對在正常運(yùn)行方式下 不同時刻的AC短路進(jìn)行仿真。第2章電力系統(tǒng)不對稱短路計(jì)算原理2.1對稱分量法基本原理對稱分量法是分析電力系統(tǒng)三相不平衡的有效方法，其基本思想是把三相不 平衡的電流、電壓分解成三組對稱的正序相量

10、、負(fù)序相量和零序相量，這樣就可 把電力系統(tǒng)不平衡的問題轉(zhuǎn)化成平衡問題進(jìn)行處理。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3組三相對稱的分量。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。120210圖2.1系統(tǒng)等值電路圖1 +。+。2 =0, a3 = 1; Iai，Ia2，Ia0分別為a相電流的正序、負(fù)序和零序分量并 且有：(1)“(0)1 =a2 Ia(1),Ic( 1) = aI a(1)b =aL (2), 0 (2) * 2【a (2)

11、b (0) c (0) = a (0)(2-1)當(dāng)已知三相補(bǔ)對稱的相量時，可由上式求得各序?qū)ΨQ分量，已知各序?qū)ΨQ分 量時，也可以求出三相不對稱的相量，即：aaa (0)aa (1) a (2)a2a1+ a。(2-2)展開（2-2）有b = b +b (2) + b (0)=I + I + Ic c (1) c (2) c (0)電壓的三相相量與其對稱分量之間的關(guān)系也與電流一樣。2.3兩相不對稱短路的計(jì)算步驟確定計(jì)算條件，畫出計(jì)算電路圖計(jì)算條件：系統(tǒng)運(yùn)行方式，短路地點(diǎn)、短路類型和短路后采取的措施。運(yùn)行方式：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。畫等值電路，計(jì)算參

12、數(shù)網(wǎng)絡(luò)化簡，分別求出短路點(diǎn)至各等值電源點(diǎn)之間的總電抗分別畫出各段路點(diǎn)對應(yīng)的等值電路，星角變化。兩相短路時，假定在K點(diǎn)發(fā)生AC兩相短路。這種情況下以相量表示的邊界 條件方程如下：I = 0 ； I =-1 ； U = U（2-1）fbfa fc fb fc轉(zhuǎn)換為對稱分量：I = 1/3（I +1 +1 ） = 0fb0fa fb ft_I = 1/3（a21 +1 + aI ） = jI / qfb 2fbftft可得：I =-1 ，I =0 fb1fb 2fb 0(2-3)I= 1/3(aI + a21 ) = -1 /3fb1fa fb ftft_艮即U = U（2-4）fb fb 2于是，

13、以序分量表示的AC相短路的邊界條件為：I = 0 ； I =I ； U = U（2-5）fb 0fbfb 2fbfb 2應(yīng)當(dāng)注意，AC相短路時選基準(zhǔn)相為B相，故障點(diǎn)基準(zhǔn)相的序電流、序電壓 才有式（2-5）的關(guān)系，B相和C相的序電流、序電壓就沒有這樣的關(guān)系。當(dāng)然 AC相短路時選B相為基準(zhǔn)相，AB相短路時選C相為基準(zhǔn)相，其故障點(diǎn)的序電 流、序電壓同樣有這一關(guān)系。U與I之間的相位差為：fbfb4 = tg -（2-6）k R2 S由此可知，等于系統(tǒng)負(fù)序阻抗的阻抗角。短路點(diǎn)的各序復(fù)數(shù)功率按下列式進(jìn)行計(jì)算： TOC o 1-5 h z 正序功率：& = U I（2-7）f bf 攻 f b負(fù)序功率：&

14、= U I（2-8）fbf 2 f b式中I 、I短路點(diǎn)的正序及負(fù)序電流的共軛值。fbfb 2故障處的各相電流、電壓序分量計(jì)算。如果故障點(diǎn)的ZS = Z2S （故障點(diǎn)遠(yuǎn)離 電源），則兩側(cè)短路電流等于該點(diǎn)三相短路電流的3/2倍。2S圖2.2 A,C兩相短路復(fù)合序網(wǎng)絡(luò)從以上的分析計(jì)算可知，兩相短路有以下幾個基本特點(diǎn):（）短路電流及電壓中不存在零序分量。（2）兩故障相中的短路電流的絕對值相等，而方向相反，數(shù)值上為正序電 流的十3倍。（3）當(dāng)Z1=乙時，兩相短路的故障相電流為同一點(diǎn)發(fā)生三相短路時的短 路電流的，百/2倍，因此可以通過對序網(wǎng)進(jìn)行三相短路計(jì)算來近似求兩相短路的 電流。（4）短路時非故障相電

15、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。第3章電力系統(tǒng)兩相短路計(jì)算3.1系統(tǒng)等值電路及元件參數(shù)計(jì)算系統(tǒng)各元件參數(shù)如下:發(fā)電機(jī)G1、G2： SN1 = 30MW變壓器T1：Sn 1 = 31.5 MW變壓器T2：AP0 = 30kwSn2 = 31.5MW，Sn2 = 10.5MW，X = 0.26% = 10.5/121KV，Vs% = 10.5，AP = 220kwV% = 10.5，AP = 180kw，q2 = 10.5/121KV，線路L： l180Km， R1=0.4Q / Km負(fù)荷:12 =

16、75 Km，R2 = 0.2Q / km七=80Km，R3 = 0.17Q / km, %=0.4 Q / KmS3=45MVA，功率因數(shù)均為0.9。解題過程如下:BBV 2S10.5 2X = X=X*f. * -=0.26*12SV231.5nbV 2S10.5 2X = X=X*f. * -=0.26*12SV 231.5nbV %V2S10.5 100X = X =s* t *b =*=0.3312100SV2100 31.5V %V 2tSb10.5 100X = X =s*+*b *= 0.3312100SV2100 31.51）計(jì)算各元件標(biāo)幺值（取 S = 100 MV A, V

17、發(fā)電機(jī)G1：發(fā)電機(jī)G2：變壓器T1：變壓器T2：sl b 100X = X2 = X * 1 *-b = 0.4*80*12P = 0.22& 100*= 0.82510.5 2蟲100*= 0.82510.5 2=，V）線路L1：線路L2：bS100X = X2 = X * 12* f = 0.42*75*=0. 2 1 5bS100線路 L3： X = X2 = X *l*武=0.4*80*布=0.22S b 100負(fù)荷 S：X = X2 = X *-b = 0.9*=232）以a相為基準(zhǔn)相作出各序網(wǎng)絡(luò)圖求出各序的等值電抗.j* j(0.333 + 0.50) + j1* j(0.25 +

18、 0.175 + 0.15) ME = jej (0.25 + 0.75 + 0.5 + 0.333 + 0.50)Xff()Xff (2)=j (0.25 + 0.75 + 0.5)/ j (0.333 + 0.50) = j 0.289 =j (0.32 + 0.75 + 0.5)/ j (0.333 + 0.64) = j 0.3883)求各相電流和電壓為：fa fa +，fa (2) + fa (0)Ib = a21fa + aIfa +1fa(0) = 3.642e-網(wǎng)77。1 fb= 口1 fa () +。2 1 fa + 1 fa (0) = 642、。V= V + V + V

19、= j 0.933fafa fa (2)fa (0)= a2V + eV+V= 0fbfa(Dfa(2)fa(0)= a+a2V+V= 0fb fa()fa(2)fa(0)3.2系統(tǒng)等值電路及其化簡本課設(shè)的電力系統(tǒng)接線圖如3.所示G圖3.1電力系統(tǒng)接線圖由于電力系統(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(jì)，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)正序網(wǎng)絡(luò)圖中出現(xiàn)角型連接，需將其裝換成星型才可以繼續(xù)簡化網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)星角變化公式：6= ZMa /孔 + ZgZ廣孔.%廣氣+氣（卜（3-DZ = Z / Zb+ 孔 + Zj經(jīng)轉(zhuǎn)化后的正序網(wǎng)絡(luò)如圖3.3所示

20、將正序圖合并電抗后為:圖3.4合并后正序網(wǎng)絡(luò)因?yàn)樵紨?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，僅 僅是負(fù)序中不存在。負(fù)序網(wǎng)絡(luò)圖如圖3.5所小圖3.5負(fù)序網(wǎng)絡(luò)將負(fù)序圖合并電抗后圖3.6所示3.3兩相短路計(jì)算根據(jù)圖3.6合并后的正序網(wǎng)絡(luò)計(jì)算氣/ Xf,1X J0.741 21X j0.75j 0.741 + j 0.75圖3.7正序網(wǎng)絡(luò)等值電路Zf Z4 + Z3 = j0.373+ j1.088= j1.461Z * ZZ 2 + Z：j0.741 X j0.75j 0.741 + j 0.75=j 0.3734圖3.8負(fù)序網(wǎng)絡(luò)等值電路=j 0.373 + j1.088 = j1.

21、461將圖3.7和圖3.8合并成兩相短路復(fù)合序網(wǎng)如圖3.9所示Vb(1 )Vb(2 )圖3.9兩相短路復(fù)合序網(wǎng)利用這個復(fù)合序網(wǎng)可以求出：舊或=-jXI =jX I= 0.5f(1)f(2)f(2) f(2)ff(2) f(1)I =，=j= 0.342伽 1)j(X+ X )j * (1.461 +1.461)短路點(diǎn)故障相的電流為：匕=if =爐形=，592A、C兩相電流大小相等，方向相反。它們的絕對值為：f = If = If =Qf(1)= 0.592短路點(diǎn)各相對地電壓為：V 或 +V +V = 2V = j2X I =1fb f(1)(2) (0)(1)ff(2)(1),1 ,m- fV

22、 = V =-V =-V =-0.5fc fafb(1)2 fbuspowerguia b C 2YV1 T ABC,部凸Discrete 3-phase Sequence Analyzer (Fundamental)Current Measurement第4章短路計(jì)算的仿真4.1仿真模型的建立根據(jù)以上數(shù)值的計(jì)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彷真模型圖4.2仿真結(jié)果及分析圖4.3故障點(diǎn)B相電流圖4.4故障點(diǎn)C相電流圖4.5故障點(diǎn)三相電流波形圖在開始時，三相電路短路故障發(fā)生器閉合，此時電路發(fā)生A、C兩相短路， 故障點(diǎn)A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(diǎn)A相電流迅速上升為0A。故