某電力系統(tǒng)三相短路故障計(jì)算與分析

本科課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱:電力系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目:某電力系統(tǒng)三相短路故障計(jì)算與分析專業(yè)班級(jí):學(xué)生姓名:學(xué)生學(xué)號(hào):指導(dǎo)教師:教師職稱:起止日期:學(xué)生郵箱:

某電力系統(tǒng)三相短路故障計(jì)算與分析摘要：本設(shè)計(jì)以電力系統(tǒng)三相短路實(shí)用計(jì)算方法為依據(jù)，以一個(gè)典型多電源的電力系統(tǒng)為例，計(jì)算電力系統(tǒng)各母線上發(fā)生三相短路時(shí)的短路電流和短路容量。首先對(duì)原始材料進(jìn)行分析；然后根據(jù)電力系統(tǒng)各元件的等效電路，計(jì)算電力系統(tǒng)各元件的次暫態(tài)參數(shù)，根據(jù)各元件的連接關(guān)系畫出等值電路圖；之后，選擇三相短路故障點(diǎn)，對(duì)每一個(gè)故障點(diǎn)進(jìn)行短路電流的計(jì)算，即等效變換成電源和轉(zhuǎn)移阻抗的形式，進(jìn)而求出短路容量；最后綜合各短路點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果，分析各個(gè)計(jì)算結(jié)果的意義。關(guān)鍵詞：三相對(duì)稱短路；標(biāo)幺制；轉(zhuǎn)移電抗Abstract:Thisdesignisbasedonthepracticalcalculationmethodofthree-phaseshortcircuitinthepowersystem,takingatypicalmulti-sourcepowersystemasanexample,tocalculatetheshort-circuitcurrentandshort-circuitcapacityofthethree-phaseshortcircuitonthebusofthepowersystem.Firstly,theoriginalmaterialisanalyzed.Thenaccordingtotheequivalentcircuitofeachelementofthepowersystem,thesub-transientparametersofeachelementofthepowersystemarecalculated,andtheequivalentcircuitdiagramisdrawnaccordingtotheconnectionrelationofeachelement.Then,selectthethree-phaseshort-circuitfaultpoints,calculatetheshort-circuitcurrentateachfaultpoint,thatis,convertitintotheformofpowersupplyandtransferimpedance,andthencalculatetheshort-circuitcapacity;Finally,thesignificanceofeachcalculationresultisanalyzedbysynthesizingthecalculationresultsofeachshortcircuitpoint.Keywords:three-phasesymmetricalshortcircuit;TheMAOsystem;Transferreactance

目錄第1章設(shè)計(jì)任務(wù)分析 41.1設(shè)計(jì)任務(wù)分析 41.1.1電力系統(tǒng)原始資料 41.1.2設(shè)計(jì)要求 51.2三相短路的實(shí)用計(jì)算 61.2.1三相短路實(shí)用計(jì)算的基本假設(shè) 61.2.2三相短路實(shí)用計(jì)算的方法 6第2章系統(tǒng)等值電路繪制 102.1電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)標(biāo)幺值等值電路 102.1.1標(biāo)幺值的定義 102.1.2不同基準(zhǔn)值標(biāo)幺值間的換算 102.1.3多電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)幺值等值電路 112.2次暫態(tài)參數(shù)計(jì)算 112.2.1次暫態(tài)參數(shù)確定方法 112.2.2次暫態(tài)參數(shù)詳細(xì)計(jì)算 122.3系統(tǒng)等值電路繪制 13第3章三相對(duì)稱短路計(jì)算 153.1短路點(diǎn)的選擇和短路故障的確定 153.2各故障點(diǎn)的短路計(jì)算 153.2.1短路故障點(diǎn)在K（1） 153.2.2短路故障點(diǎn)在K（2） 183.2.3短路故障點(diǎn)在K（3） 203.2.4短路故障點(diǎn)在K（4） 223.2.5短路故障點(diǎn)在K（5） 253.2.6短路故障點(diǎn)在K（6） 28第4章三相對(duì)稱短路分析 314.1短路計(jì)算的意義 314.1.1短路的危害 314.1.2計(jì)算短路電流的目的 314.2各點(diǎn)短路計(jì)算結(jié)果匯總與分析 32總結(jié) 33參考文獻(xiàn) 34

第1章設(shè)計(jì)任務(wù)分析1.1設(shè)計(jì)任務(wù)分析本設(shè)計(jì)題目是某電力系統(tǒng)三相短路故障計(jì)算與分析，電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路故障造成的危害十分巨大。作為電力系統(tǒng)三大計(jì)算之一，分析與計(jì)算三相短路故障的參數(shù)尤為重要。通過(guò)對(duì)某電力系統(tǒng)典型短路點(diǎn)的三相短路故障的各參數(shù)分析，確定短路時(shí)故障的起始次暫態(tài)電流和沖擊電流，為電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，安全運(yùn)行，設(shè)備選擇，繼電保護(hù)整定等提供重要依據(jù)。1.1.1電力系統(tǒng)原始資料（1）某電力系統(tǒng)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)如圖1-1所示，圖中K(1)~K(6)分別發(fā)生三相短路時(shí)，分析與計(jì)算產(chǎn)生最大可能的故障電流和功率：圖1-1電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（2）結(jié)合文獻(xiàn)[9]和實(shí)際電力系統(tǒng)的運(yùn)行，該電力系統(tǒng)的參數(shù)如下：對(duì)發(fā)電機(jī)而言，額定有功功率、額定電壓、功率因數(shù)和次暫態(tài)電抗可以通過(guò)設(shè)備制造工藝和各種實(shí)驗(yàn)進(jìn)行得到，發(fā)電機(jī)G1和發(fā)電機(jī)G2的數(shù)據(jù)如下：發(fā)電機(jī)G1：額定有功功率為110MW，額定電壓UN=10.5kV；次暫態(tài)電抗標(biāo)幺值X"d=0.264，功率因數(shù)cos=0.85。發(fā)電機(jī)G2：火電廠共兩臺(tái)機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組參數(shù)為額定有功功率25MW，額定電壓UN=10.5kV；次暫態(tài)電抗標(biāo)幺值X"d=0.13,功率因數(shù)cos=0.8。對(duì)變壓器而言，每一臺(tái)變壓器在出廠時(shí)，就通過(guò)短路實(shí)驗(yàn)和空載實(shí)驗(yàn)得出大部分參數(shù)的值，在已知設(shè)備選型的情況下，就可以知道該變壓器的額定容量、等值電路中參數(shù)的值，變壓器T1、T2、T3的數(shù)據(jù)如下：變壓器T1：型號(hào)SF7-10/110，變壓器額定容量為10MV·A，一次電壓110kV，短路損耗59kW，空載損耗16.5kW，阻抗電壓百分比值Uk%=10.5。變壓器T2：型號(hào)SF7-31.5/110，變壓器額定容量為31.5MV·A，一次電壓110kV，短路損耗148kW，空載損耗38.5kW，阻抗電壓百分比值Uk%=10.5。變壓器T3：型號(hào)SF7-16/110，變壓器額定容量為16MV·A，一次電壓110kV，短路損耗86kW，空載損耗23.5kW，阻抗電壓百分比值Uk%=10.5。對(duì)線路而言，根據(jù)實(shí)際位置可以知道線路的長(zhǎng)度，不同類型的線路，其電抗值和對(duì)地電容均可通過(guò)查表得到，線路1、2、3的數(shù)據(jù)如下：線路1：鋼芯鋁絞線LGJ-120，截面積120mm2，長(zhǎng)度為100km，每條線路單位長(zhǎng)度的正序電抗為XD（1）=0.408Ω/km，每條線路單位長(zhǎng)度的對(duì)地電容。線路2：鋼芯鋁絞線LGJ-150，截面積150mm2，長(zhǎng)度為100km，每條線路單位長(zhǎng)度的正序電抗為XD（1）=0.401Ω/km，每條線路單位長(zhǎng)度的對(duì)地電容。線路3：鋼芯鋁絞線LGJ-185，截面積185mm2，長(zhǎng)度為100km，每條線路單位長(zhǎng)度的正序電抗為XD（1）=0.394Ω/km，每條線路單位長(zhǎng)度的對(duì)地電容。綜合負(fù)載的值根據(jù)實(shí)際需求來(lái)進(jìn)行設(shè)定，并取用電高峰期的值且留有一定裕量，數(shù)據(jù)如下：綜合負(fù)載L：容量為8+j6（MV·A），負(fù)載的電抗標(biāo)幺值為。電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)如下：電動(dòng)機(jī)：電動(dòng)機(jī)容量為2MW，起動(dòng)系數(shù)為6.5，額定功率因數(shù)為0.86。1.1.2設(shè)計(jì)要求由圖1-1可知，該系統(tǒng)為多電源多負(fù)荷電力系統(tǒng)，其中火電廠為兩列機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，在計(jì)算三相短路對(duì)稱電流時(shí)，應(yīng)綜合考慮負(fù)荷和電動(dòng)機(jī)距短路點(diǎn)的距離，進(jìn)而增加計(jì)算的可靠性和準(zhǔn)確性。結(jié)合實(shí)際電力系統(tǒng)的分析和計(jì)算，需要完成以下任務(wù)：1．電力系統(tǒng)等值電路以及相關(guān)參數(shù)計(jì)算2．電力系統(tǒng)各元件的電抗標(biāo)幺值定義與計(jì)算3．典型短路點(diǎn)選擇以及短路故障確定4．短路次暫態(tài)電流，沖擊電流，短路容量的計(jì)算5．分析與總結(jié)1.2三相短路的實(shí)用計(jì)算三相短路的暫態(tài)過(guò)程中定子繞組中定子繞組將出現(xiàn)各種電流分量（基頻、直流及倍頻交流），而在電力系統(tǒng)三相短路的實(shí)用計(jì)算中，如計(jì)算短路沖擊電流、短路電流有效值和短路容量等，主要是短路周期分量（基頻）的計(jì)算。如果確定了電源電勢(shì)，就轉(zhuǎn)換為求解穩(wěn)態(tài)交流電路的問題。1.2.1三相短路實(shí)用計(jì)算的基本假設(shè)在短路的實(shí)際計(jì)算中，忽略一些問題，可以簡(jiǎn)化計(jì)算工作，同時(shí)，對(duì)結(jié)果影響不大，常采用以下一些假設(shè)：（1）短路過(guò)程中各發(fā)電機(jī)之間不發(fā)生搖擺，并認(rèn)為所有發(fā)電機(jī)的電勢(shì)都同相位，對(duì)于短路點(diǎn)而言，計(jì)算所得的數(shù)值稍稍偏大。（2）負(fù)荷只作近似估計(jì)，或當(dāng)作恒定電抗，或當(dāng)作某種臨時(shí)附加電源，視具體情況而定。（3）不計(jì)磁路飽和。系統(tǒng)各元件的參數(shù)都是恒定的，可以應(yīng)用疊加原理。（4）對(duì)稱三相系統(tǒng)，除不對(duì)稱故障處出現(xiàn)局部的不對(duì)稱以外，實(shí)際的電力系統(tǒng)通常都當(dāng)作是對(duì)稱的。（5）忽略高壓輸電線的電阻和電容，忽略變壓器的電阻和勵(lì)磁電流（三相三柱式變壓器的零序等值電路除外），這就是說(shuō)，發(fā)電、輸電、變電和用電的元件均用純電抗表示。加上所有發(fā)電機(jī)電勢(shì)都同相位的條件，這就避免了復(fù)數(shù)運(yùn)算。（6）金屬性短路。短路處相與相（或地）的接觸往往經(jīng)過(guò)一定的電阻（如外物電阻、電弧電阻、接觸電阻等），這種電阻通常稱為“過(guò)渡電阻”。所謂金屬性短路，就是不計(jì)過(guò)渡電阻的影響，即認(rèn)為過(guò)渡電阻等于零的短路情況。1.2.2三相短路實(shí)用計(jì)算的方法對(duì)于簡(jiǎn)單的電力系統(tǒng)，可以采用網(wǎng)絡(luò)變換與化簡(jiǎn)計(jì)算短路電流。計(jì)算時(shí)，首先作出整個(gè)系統(tǒng)的等值電路，然后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)變換與化簡(jiǎn)，將網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)成只保留電源節(jié)點(diǎn)和短路點(diǎn)的形式，如圖1-2所示。圖1-2網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)后的等值電路（1）相應(yīng)地，由疊加定理，可知短路電流計(jì)算式如式(1-1)所示。 (1-1)也可應(yīng)用戴維南定理將網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)成只有一個(gè)電源節(jié)點(diǎn)地形式，如圖1-3所示。圖1-3網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)后的等值電路（2）相應(yīng)地，短路電流計(jì)算公式如式(1-2)所示。 (1-2)因此，要求短路電流，最關(guān)鍵的是要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)求出電源點(diǎn)對(duì)短路點(diǎn)的轉(zhuǎn)移阻抗或輸入阻抗。三相短路的短路電流計(jì)算步驟如圖1-4所示。圖1-4三相短路實(shí)用計(jì)算步驟根據(jù)以上計(jì)算方法，得到三相對(duì)稱短路的電流過(guò)后，可以進(jìn)一步利用式(1-3)求取短路沖擊電流，式中kim為發(fā)電機(jī)沖擊系數(shù)，常取1.8，kim.LD為負(fù)荷沖擊系數(shù)，需要根據(jù)負(fù)荷容量的大小和負(fù)荷距短路點(diǎn)的距離進(jìn)行合適選取。 (1-3)可以進(jìn)一步利用式(1-4)求取短路容量，式中Vav取平均額定電壓，I為通過(guò)實(shí)用計(jì)算達(dá)到得次暫態(tài)短路電流。 (1-4)在進(jìn)行等值電路變換時(shí)，常用到星形網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為三角形網(wǎng)絡(luò)，由星形變?yōu)槿切螘r(shí)，利用式(1-5)進(jìn)行變換。 (1-5)由三角形變?yōu)樾切螘r(shí)，利用式(1-6)進(jìn)行變換。 (1-6)

第2章系統(tǒng)等值電路繪制2.1電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)標(biāo)幺值等值電路電力系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路和負(fù)荷等元件組成，其等值電路也是由各元件等值電路連接而成的，且具有多個(gè)電壓等級(jí)。在短路計(jì)算中，主要采用標(biāo)幺值等值電路。2.1.1標(biāo)幺值的定義標(biāo)幺值是相對(duì)值，必須要有基準(zhǔn)值與之相對(duì)應(yīng)，稱之為基準(zhǔn)值，標(biāo)幺值等于有名值除以基準(zhǔn)值，故標(biāo)幺值是一個(gè)沒有量綱的數(shù)，對(duì)于同一個(gè)實(shí)際有名值，基準(zhǔn)值選得不同，標(biāo)幺值也不同，因此在使用標(biāo)幺值時(shí)，必須首先將基準(zhǔn)值確定?；鶞?zhǔn)值的選擇，除了要求基準(zhǔn)值與同名值同單位外，原則上可以任意，但是，采用標(biāo)么值的目的是為了簡(jiǎn)化計(jì)算和便于對(duì)結(jié)果作出分析評(píng)價(jià)。因此，選擇基準(zhǔn)值時(shí)應(yīng)盡量考慮滿足這些要求，基值的選取一般可以遵循以下幾個(gè)原則：全系統(tǒng)只能有一個(gè)基準(zhǔn)值，這樣才能使數(shù)據(jù)統(tǒng)一；一般取額定值為基準(zhǔn)值，這樣使標(biāo)幺值在１附近；電壓、電流、阻抗（導(dǎo)納）和功率的基準(zhǔn)值必須滿足電路的基本關(guān)系?？梢宰C明，只要當(dāng)基準(zhǔn)值的選擇滿足上面的條件，即具有與有名值相同的關(guān)系，則在標(biāo)幺制中，電路各物理量之間的基本關(guān)系與有名制中的完全相同。有名制的有關(guān)公式可直接應(yīng)用于標(biāo)幺制。采用標(biāo)幺制有如下一些好處：（1）易于比較電力系統(tǒng)各元件的特性及特性，對(duì)同一類型的元件，標(biāo)幺值參數(shù)都在一定的范圍內(nèi)。（2）采用標(biāo)幺制，能夠簡(jiǎn)化計(jì)算公式。這是因?yàn)樵谟忻缔D(zhuǎn)換為標(biāo)幺值過(guò)程中，會(huì)抵消掉一些中間量。（3）采用標(biāo)幺制，能在一定程度上簡(jiǎn)化計(jì)算工作，特別對(duì)于多電壓等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)，基準(zhǔn)值選擇合適，可以減少由于參數(shù)換算而帶來(lái)的計(jì)算復(fù)雜度。2.1.2不同基準(zhǔn)值標(biāo)幺值間的換算在電力系統(tǒng)的實(shí)際計(jì)算中，對(duì)于直接電氣聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)，在制訂標(biāo)么值的等值電路時(shí)，各元件的參數(shù)必須按統(tǒng)一的基準(zhǔn)值進(jìn)行歸算。然而，從手冊(cè)或產(chǎn)品說(shuō)明書中查得的電機(jī)和電器的阻抗值，一般都是以各自的額定容量（或額定電流）和額定電壓為基準(zhǔn)的標(biāo)么值（稱為額定標(biāo)么阻抗）。由于各元件額定值可能不同，因此，必須把不同基準(zhǔn)值的標(biāo)么阻抗換算成統(tǒng)一基準(zhǔn)值的標(biāo)么值。進(jìn)行換算時(shí)，先把額定標(biāo)幺阻抗還原為有名值，如式(2-1)所示。 (2-1)若統(tǒng)一選定的基準(zhǔn)電壓和基準(zhǔn)功率分別為VB和SB，那么以此作為基準(zhǔn)的標(biāo)幺電抗值如式(2-2)所示。 (2-2)因此，當(dāng)選取的基準(zhǔn)電壓和額定電壓相同時(shí)，換算到基準(zhǔn)值的公式可以抵消掉電壓，進(jìn)而對(duì)實(shí)際元件參數(shù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，能簡(jiǎn)化參數(shù)計(jì)算公式。2.1.3多電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)幺值等值電路電力系統(tǒng)中有許多不同電壓等級(jí)的線路段，它們由變壓器耦聯(lián)。在計(jì)算過(guò)程中，由于變壓器的存在，使得電路需要換算，才能求解。我們可以采取合適的標(biāo)幺值，使得等值電路中的理想變壓器的變比為1，進(jìn)而消掉理想變壓器。因?yàn)殡娏W(wǎng)絡(luò)的不同電壓等級(jí)通過(guò)磁路耦合，沒有直接的電氣聯(lián)系，可以對(duì)各段電路分別選擇基準(zhǔn)電壓，假定分別選為VB（Ⅰ），VB（Ⅱ），VBⅢ）等。至于功率，整個(gè)輸電系統(tǒng)應(yīng)統(tǒng)一，各段的基準(zhǔn)功率都為SB。由于電力線路的存在，使得以變壓器實(shí)際電壓作為基準(zhǔn)電壓來(lái)進(jìn)行等值電路的化簡(jiǎn)時(shí)，不可避免的造成基準(zhǔn)電壓選擇的困難，為此，在工程計(jì)算中規(guī)定，各個(gè)電壓等級(jí)都以其平均額定電壓Vav作為基準(zhǔn)電壓，根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的電壓等級(jí)，各級(jí)平均額定電壓規(guī)定為：3.15，6.3，10.5，15.75，37，115，230，345，525kV。在短路電流的實(shí)用計(jì)算中一般不要求很高的精確度，可以認(rèn)為各個(gè)變壓器的變比等于其兩側(cè)的平均額定電壓之比，這樣，在標(biāo)幺參數(shù)的等值電路中，所有變壓器的變?yōu)槎嫉扔?，同時(shí)，還假定各元件的額定電壓均等于平均額定電壓。通過(guò)以上分析，可知，在計(jì)算短路電流時(shí)，標(biāo)幺值等值電路對(duì)計(jì)算帶來(lái)的便利性，同時(shí)也應(yīng)注意到，此過(guò)程中所做簡(jiǎn)化對(duì)實(shí)際計(jì)算結(jié)果的影響，即計(jì)算結(jié)果偏大。2.2次暫態(tài)參數(shù)計(jì)算起始次暫態(tài)電流就是短路電流周期分量（基頻分量）的初值。對(duì)于起始次暫態(tài)電流求取，方法與穩(wěn)態(tài)電流的計(jì)算一樣，但要把等值電路中系統(tǒng)所有元件都用次暫態(tài)參數(shù)表示。2.2.1次暫態(tài)參數(shù)確定方法系統(tǒng)中靜止元件（輸電線路和變壓器）的次暫態(tài)參數(shù)與其穩(wěn)態(tài)參數(shù)相同，而旋轉(zhuǎn)元件（同步發(fā)電機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)）的次暫態(tài)參數(shù)與其穩(wěn)態(tài)參數(shù)不同。對(duì)于輸電線路，在短路計(jì)算中忽略了輸電線得電阻和電容，又因?yàn)樵诰€路設(shè)計(jì)時(shí)，已避免在正常天氣下產(chǎn)生電暈，故一般計(jì)算時(shí)認(rèn)為線路的電導(dǎo)為零。因此，輸電線路可用一個(gè)電抗表示，計(jì)算公式如式(2-3)所示，式中x為輸電線路單位長(zhǎng)度的正序電抗，l為輸電線路的長(zhǎng)度。 (2-3)對(duì)于變壓器，短路計(jì)算時(shí)，忽略了變壓器的電阻和勵(lì)磁電流，即用電抗表示，在大容量變壓器的阻抗中以阻抗為主，變壓器的電抗與阻抗數(shù)值上很接近，可以認(rèn)為變壓器的短路電壓VS%近似等于變壓器通過(guò)額定電流時(shí)，在電抗XT上產(chǎn)生的電壓降，根據(jù)銘牌上的值，變壓器電抗標(biāo)幺制計(jì)算公式如式(2-4)所示，式中VS%為變壓器阻抗電壓百分?jǐn)?shù)，SN為變壓器銘牌參數(shù)給定額定容量。 (2-4)對(duì)于發(fā)電機(jī)而言，用次暫態(tài)電勢(shì)E"和次暫態(tài)電抗Xd"表示，在實(shí)用計(jì)算中，近似取E"=1.05~1.11，在不計(jì)負(fù)載影響時(shí)，取E"=1；對(duì)于次暫態(tài)電抗的給定值，需要換算到系統(tǒng)基準(zhǔn)值下，如式(2-5)所示，式中Xd"為次暫態(tài)電抗，PN為發(fā)電機(jī)額定有功功率，為發(fā)電機(jī)額定有功功率因數(shù)。 (2-5)對(duì)于電動(dòng)機(jī)而言，也用次暫態(tài)電勢(shì)E"和次暫態(tài)電抗Xd"表示，對(duì)于次暫態(tài)電勢(shì)與短路前的運(yùn)行狀態(tài)緊密相關(guān)，在實(shí)用計(jì)算中取E"=0.8，對(duì)于電動(dòng)機(jī)電抗標(biāo)幺值可以用式(2-6)進(jìn)行計(jì)算，式中Kss為電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)系數(shù)，PN為電動(dòng)機(jī)額定的有功功率，為電動(dòng)機(jī)額定的有功功率因數(shù)。 (2-6)對(duì)于綜合負(fù)載，用一個(gè)含次暫態(tài)電勢(shì)E"和次暫態(tài)電抗Xd"的有源等值支路表示，實(shí)用計(jì)算中取E"=0.8，對(duì)于電動(dòng)機(jī)電抗標(biāo)幺值可以用式(2-7)進(jìn)行計(jì)算，式中U為元件所在網(wǎng)絡(luò)的電壓標(biāo)幺值，SL為負(fù)載容量標(biāo)幺值，QL為負(fù)載無(wú)功功率標(biāo)幺值。 (2-7)針對(duì)該電力系統(tǒng)所涉及元件次暫態(tài)標(biāo)幺值的計(jì)算分析，只要根據(jù)原始材料逐一進(jìn)行計(jì)算就可以得到系統(tǒng)的等值電路。2.2.2次暫態(tài)參數(shù)詳細(xì)計(jì)算根據(jù)前面分析，取SB為100MV·A，VB為Uav，在該系統(tǒng)中VB在不同線路中的值為6.3kV，10.5kV，115kV。由式(2-3)可以求出各輸電線路的電抗標(biāo)幺值：由式(2-4)可以求出各變壓器的電抗標(biāo)幺值：發(fā)電機(jī)G1和發(fā)電機(jī)G2的次暫態(tài)電勢(shì)標(biāo)幺值均取為1.08，由式(2-5)可以求出各發(fā)電機(jī)的次暫態(tài)電抗標(biāo)幺值：電動(dòng)機(jī)的次暫態(tài)電勢(shì)標(biāo)幺值取為0.8，由式(2-6)可以求出電動(dòng)機(jī)的次暫態(tài)電抗標(biāo)幺值：綜合負(fù)載的次暫態(tài)電勢(shì)標(biāo)幺值取為0.8，由式(2-7)可以求出綜合負(fù)載的次暫態(tài)電抗標(biāo)幺值：2.3系統(tǒng)等值電路繪制將每個(gè)電抗用兩個(gè)數(shù)表示，橫線以上的數(shù)表示電抗的標(biāo)號(hào)，橫線以下的數(shù)表示標(biāo)幺值，這樣，將各元件的次暫態(tài)電抗標(biāo)幺值標(biāo)識(shí)在電力系統(tǒng)等值電路中，繪出短路計(jì)算的等值電路圖，如圖2-1所示。圖2-1短路計(jì)算的等值電路圖

第3章三相對(duì)稱短路計(jì)算3.1短路點(diǎn)的選擇和短路故障的確定電力系統(tǒng)簡(jiǎn)單短路故障共有四種類型：三相短路、兩相短路、兩相接地短路和單相接地短路。電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，單相接地短路發(fā)生的幾率最大，約占70%左右；兩相短路較少；三相短路發(fā)生的幾率最少。三相短路發(fā)生的幾率雖然少，但后果較嚴(yán)重，因此，為保證整個(gè)系統(tǒng)能可靠運(yùn)行，我們選擇在最嚴(yán)重的情況下，進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果作為設(shè)備選型、運(yùn)行方式選取的依據(jù)。另由文獻(xiàn)[7]可知，任意兩節(jié)點(diǎn)之間（包括節(jié)點(diǎn)）線路發(fā)生短路時(shí)，最大三相對(duì)稱短路電流點(diǎn)為其中某一節(jié)點(diǎn)。因此，在電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中，計(jì)算三相短路電流，校驗(yàn)斷路器遮斷容量及分析線路短路電流水平時(shí)，應(yīng)該把短路點(diǎn)選在節(jié)點(diǎn)上。在原始資料的前提下，選擇如圖3-1所示K（1）~K（6）點(diǎn)分別進(jìn)行計(jì)算。圖3-1短路計(jì)算故障點(diǎn)選擇3.2各故障點(diǎn)的短路計(jì)算根據(jù)第二章的等值電路圖，結(jié)合三相對(duì)稱短路實(shí)用計(jì)算的方法，對(duì)不同短路點(diǎn)進(jìn)行等值電路變換、轉(zhuǎn)移阻抗的計(jì)算等步驟，分別求出各故障點(diǎn)的起始短路次暫態(tài)電流、短路點(diǎn)的沖擊電流和短路容量。3.2.1短路故障點(diǎn)在K（1）故障點(diǎn)在K（1）點(diǎn)，如圖3-2所示。圖3-2短路故障在K（1）點(diǎn)利用電阻串并聯(lián)可以得到圖3-3，即短路故障在K（1）點(diǎn)變換圖a。圖3-3短路故障在K（1）點(diǎn)變換圖a可以利用式(1-5)進(jìn)行星三角形轉(zhuǎn)換，得到圖3-4，即短路故障在K（1）點(diǎn)變換圖b。圖3-4短路故障在K（1）點(diǎn)變換圖b將電動(dòng)機(jī)和負(fù)載合并，得到圖3-5，即短路故障在K（1）點(diǎn)變換圖c。圖3-5短路故障在K（1）點(diǎn)變換圖c由發(fā)電機(jī)提供得起始次暫態(tài)電流為由綜合負(fù)荷LD提供的起始次暫態(tài)電流為短路點(diǎn)總的起始次暫態(tài)電流為基準(zhǔn)電流為于是起始次暫態(tài)電流的有名值為：考慮負(fù)載和電動(dòng)機(jī)距短路點(diǎn)的距離，選擇發(fā)電機(jī)的沖擊系數(shù)取1.8，綜合負(fù)荷LD的沖擊系數(shù)取1.8,短路點(diǎn)的沖擊電流為短路容量為3.2.2短路故障點(diǎn)在K（2）故障點(diǎn)在K（2）點(diǎn)，如圖3-2所示。圖3-6短路故障在K（2）點(diǎn)利用電阻串并聯(lián)可以得到如圖3-7所示，等效變換圖a。圖3-7短路故障在K（2）點(diǎn)變換圖a可以利用式(1-5)進(jìn)行星三角形轉(zhuǎn)換，如圖3-8所示，等效變換圖b。圖3-8短路故障在K（2）點(diǎn)變換圖b將電動(dòng)機(jī)和負(fù)載合并，得到如圖3-9所示，等效變換圖c。圖3-9短路故障在K（2）點(diǎn)變換圖c由發(fā)電機(jī)提供得起始次暫態(tài)電流為由綜合負(fù)荷LD提供的起始次暫態(tài)電流為短路點(diǎn)總的起始次暫態(tài)電流為基準(zhǔn)電流于是起始次暫態(tài)電流的有名值為：考慮負(fù)載和電動(dòng)機(jī)距短路點(diǎn)的距離，選擇發(fā)電機(jī)的沖擊系數(shù)取1.8，綜合負(fù)荷LD的沖擊系數(shù)取1.8,短路點(diǎn)的沖擊電流為短路容量為3.2.3短路故障點(diǎn)在K（3）故障點(diǎn)在K（3）點(diǎn)，如圖3-10所示。圖3-10短路故障在K（3）點(diǎn)利用電阻串并聯(lián)可以得到如圖3-11所示，等效變換圖a。圖3-11短路故障在K（3）點(diǎn)變換圖a將電動(dòng)機(jī)和負(fù)載合并，得到如圖3-12所示，等效變換圖b。圖3-12短路故障在K（3）點(diǎn)變換圖b由發(fā)電機(jī)提供得起始次暫態(tài)電流為由綜合負(fù)荷LD提供的起始次暫態(tài)電流為短路點(diǎn)總的起始次暫態(tài)電流為基準(zhǔn)電流于是起始次暫態(tài)電流的有名值為：考慮負(fù)載和電動(dòng)機(jī)距短路點(diǎn)的距離，選擇發(fā)電機(jī)的沖擊系數(shù)取1.8，綜合負(fù)荷LD的沖擊系數(shù)取1.7,短路點(diǎn)的沖擊電流為短路容量為3.2.4短路故障點(diǎn)在K（4）故障點(diǎn)在K（4）點(diǎn)，如圖3-13所示。圖3-13短路故障在K（4）點(diǎn)利用電阻串并聯(lián)可以得到如圖3-14所示，等效變換圖a。圖3-14短路故障在K（4）點(diǎn)變換圖a可以利用式(1-5)進(jìn)行星三角形轉(zhuǎn)換，如圖3-15所示，等效變換圖b圖3-15短路故障在K（4）點(diǎn)變換圖b將發(fā)電機(jī)合并，得到如圖3-16所示，等效變換圖c。圖3-16短路故障在K（4）點(diǎn)變換圖c由發(fā)電機(jī)提供得起始次暫態(tài)電流為由綜合負(fù)荷LD提供的起始次暫態(tài)電流為短路點(diǎn)總的起始次暫態(tài)電流為基準(zhǔn)電流于是起始次暫態(tài)電流的有名值為：考慮負(fù)載和電動(dòng)機(jī)距短路點(diǎn)的距離，選擇發(fā)電機(jī)的沖擊系數(shù)取1.8，綜合負(fù)荷LD的沖擊系數(shù)取1.5,短路點(diǎn)的沖擊電流為短路容量為3.2.5短路故障點(diǎn)在K（5）故障點(diǎn)在K（5）點(diǎn)，如圖3-17所示。圖3-17短路故障在K（5）點(diǎn)利用電阻串并聯(lián)可以得到如圖3-18所示，等效變換圖a。圖3-18短路故障在K（5）點(diǎn)變換圖a可以利用式(1-5)進(jìn)行星三角形轉(zhuǎn)換，如圖3-19所示，等效變換圖b。圖3-19短路故障在K（5）點(diǎn)變換圖b將各發(fā)電機(jī)合并合并，得到如圖3-20所示，等效變換圖c。圖3-20短路故障在K（5）點(diǎn)變換圖c由發(fā)電機(jī)提供得起始次暫態(tài)電流為由綜合負(fù)荷LD提供的起始次暫態(tài)電流為短路點(diǎn)總的起始次暫態(tài)電流為基準(zhǔn)電流于是起始次暫態(tài)電流的有名值為：考慮負(fù)載和電動(dòng)機(jī)距短路點(diǎn)的距離，選擇發(fā)電機(jī)的沖擊系數(shù)取1.8，綜合負(fù)荷LD的沖擊系數(shù)取1.4,短路點(diǎn)的沖擊電流為短路容量為3.2.6短路故障點(diǎn)在K（6）故障點(diǎn)在K（6）點(diǎn)，如圖3-21所示。圖3-21短路故障在K（6）點(diǎn)利用電阻串并聯(lián)可以得到如圖3-22所示，等效變換圖a。圖3-22短路故障在K（6）點(diǎn)變換圖a可以利用式進(jìn)行星三角形(1-5)轉(zhuǎn)換，如圖3-23所示，等效變換圖b。圖3-23短路故障在K（6）點(diǎn)變換圖b將發(fā)電機(jī)合并，得到如圖3-24所示，等效變換圖c。圖3-24短路故障在K（6）點(diǎn)變換圖c由發(fā)電機(jī)提供得起始次暫態(tài)電流為由綜合負(fù)荷LD提供的起始次暫態(tài)電流為短路點(diǎn)總的起始次暫態(tài)電流為基準(zhǔn)電流于是起始次暫態(tài)電流的有名值為：考慮負(fù)載和電動(dòng)機(jī)距短路點(diǎn)的距離，選擇發(fā)電機(jī)的沖擊系數(shù)取1.8，綜合負(fù)荷LD的沖擊系數(shù)取1.5,短路點(diǎn)的沖擊電流為短路容量為

第4章三相對(duì)稱短路分析4.1短路計(jì)算的意義短路故障計(jì)算被稱為電力系統(tǒng)三大運(yùn)算之一，其重要性不言而喻，本設(shè)計(jì)是三相短路電流的計(jì)算，該計(jì)算可作為整個(gè)電力系統(tǒng)后續(xù)元件選型、繼電保護(hù)整定的參考資料。4.1.1短路的危害短路故障對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和電氣設(shè)備有很大的危害，短路的類型、發(fā)生的地點(diǎn)和持續(xù)的時(shí)間不同，其后果也不相同?？赡苤黄茐木植康貐^(qū)的正常供電，也可能威脅整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，短路的危險(xiǎn)后果一般有以下幾個(gè)方面：（1）發(fā)生短路時(shí)，由于電源供電回路的總阻抗突然減小以及由此產(chǎn)生暫態(tài)過(guò)程，使短路電流急劇增加，可能超過(guò)額定值的許多倍，短路點(diǎn)距發(fā)電機(jī)的電氣距離越近，短路電流越大。短路電流流過(guò)電氣設(shè)備時(shí)，使發(fā)熱增加，若短路持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，可能使設(shè)備過(guò)熱甚至損壞。由于短路電流電動(dòng)力效應(yīng)，導(dǎo)體間還將產(chǎn)生很大的機(jī)械應(yīng)力，致使導(dǎo)體變形甚至損壞。（2）短路會(huì)引起系統(tǒng)電壓大幅度下降，對(duì)用戶影響很大。系統(tǒng)中最主要的電力負(fù)荷是異步電動(dòng)機(jī)，它的電磁轉(zhuǎn)矩同端電壓的平方成正比，電壓下降時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩顯著減小，轉(zhuǎn)速隨之下降。當(dāng)電壓大幅度下降時(shí)，電動(dòng)機(jī)甚至可能停轉(zhuǎn)，造成產(chǎn)品報(bào)度，設(shè)備損壞等嚴(yán)重后果。（3）當(dāng)短路發(fā)生地點(diǎn)離電源不遠(yuǎn)而持續(xù)時(shí)間又較長(zhǎng)時(shí)，并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)可能失去同步，破壞系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，造成大面積停電，這是短路最嚴(yán)重的后果。（4）發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)，線路的三相不平衡電流所產(chǎn)生的總磁通（特別是零序磁通）會(huì)在相鄰的通訊線路上感應(yīng)出很大的電動(dòng)勢(shì)，干擾通訊系統(tǒng)的正常運(yùn)行。4.1.2計(jì)算短路電流的目的短路電流計(jì)算是解決一系列電力技術(shù)問題所不可缺少的基本計(jì)算，在發(fā)電廠、變電所及整個(gè)電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行中均以短路計(jì)算結(jié)果作為依據(jù)。（1）電氣主接線比選，短路電流計(jì)算可為不同方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，并為確定是否采取限制短路電流措施等提供依據(jù)。（2）選擇導(dǎo)體和電器，如選擇斷路器、隔離開關(guān)、熔斷器、互感器、母線、絕緣子、電纜、架空線等。其中包括計(jì)算三相短路沖擊電流、沖擊電流有效值以校驗(yàn)電氣設(shè)備電動(dòng)力穩(wěn)定度，計(jì)算三相短路電流穩(wěn)態(tài)有效值用以校驗(yàn)電氣設(shè)備及載流導(dǎo)體的熱穩(wěn)定性，計(jì)算三相短路容量以校驗(yàn)斷路器的遮斷能力等。（3）確定中性點(diǎn)接地方式，對(duì)于35kV、10kV供配電系統(tǒng)，根據(jù)單相短路電流可確定中性點(diǎn)接地方式。（4）驗(yàn)算接地裝置的跨步電壓和接觸電壓。（5）選擇繼電保護(hù)裝置和整定計(jì)算，在考慮正確、合理地裝設(shè)保護(hù)裝置和校驗(yàn)保護(hù)裝置靈敏度時(shí)，不僅要計(jì)算短路故障支路內(nèi)的三相短路電流值，還需知道其他支路短路電流分布情況；不僅要算出最大運(yùn)行方式下電路可能出現(xiàn)的最大短路電流值，還應(yīng)計(jì)算最小運(yùn)行方式下可能出現(xiàn)的最小短路電流值；不僅要計(jì)算三相短路電流，而且也要計(jì)算兩相短路電流，或根據(jù)需要計(jì)算單相接地電流等。4.2各點(diǎn)短路計(jì)算結(jié)果匯總與分析由第3章對(duì)各短路點(diǎn)的次暫態(tài)電流、沖擊電流和短路電流的計(jì)算，可以得出各個(gè)短路點(diǎn)