電力系統(tǒng)兩相接地短路計算與仿（4）課設(shè)

PAGE遼寧工業(yè)大學(xué)《電力系統(tǒng)計算》課程設(shè)計（論文）題目：電力系統(tǒng)兩相接地短路計算與仿真（4）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：（簽字）起止時間：本科生課程設(shè)計（論文）課程設(shè)計（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（論文）任務(wù)G1T12LG1T12L244T2G2GG1:kk:1L23L343S1GGG各元件參數(shù)標幺值如下（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，標準變比側(cè)YN接線，非標準變比側(cè)Δ接線；T2：電阻0.01，電抗0.15，k=1.05，標準變比側(cè)YN接線，非標準變比側(cè)Δ接線；L24:電阻0.028，電抗0.08，對地容納0.4；L23:電阻0.03，電抗0.68，對地容納0.03；L34:電阻0.025，電抗0.06，對地容納0.032；G1和G2：電阻0，電抗0.15，電壓1.1；負荷功率：S1=0.45+j0.2；任務(wù)要求：當(dāng)節(jié)點4發(fā)生B、C兩相金屬性接地短路時，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，對各種不同時刻BC兩相接地短路進行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)計質(zhì)量：論文格式：總成績：指導(dǎo)教師簽字：年月日PAGE4摘要在電力系統(tǒng)的設(shè)計和運行中，必須考慮到可能發(fā)生的故障和不正常的運行情況，防止其破壞對用戶的供電和電氣設(shè)備的正常工作。從電力系統(tǒng)的實際運行情況看，這些故障多數(shù)是由短路引起的，因此除了對電力系統(tǒng)的短路故障有一較深刻的認識外，還必須熟練掌握電力系統(tǒng)的短路計算。這里著重介紹簡單不對稱故障兩相短路接地的常用計算方法。對稱分量法是分析不對稱故障常用方法，根據(jù)對稱分量法，一組不對稱的三相量可以分解為正序、負序和零序三相對稱的三相量。在應(yīng)用對稱分量法分析計算不對稱故障時必須首先做出電力系統(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，以求得短路點電壓和電流的各序分量。本論文介紹有關(guān)電力系統(tǒng)故障的基本概念及故障計算中標幺值的特點，并通過短路計算對電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)有一個初步的認識，同時對電力系統(tǒng)進行不對稱故障的分析計算，主要內(nèi)容為兩相接地短路的分析計算，最后，通過Matlab軟件對接地短路故障進行仿真，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)果進行分析比較，得出結(jié)論。關(guān)鍵詞：短路計算、兩相短路接地、對稱分量法目錄TOC\o"1-3"\f\h\z第1章緒論 11.1短路概述 11.2本文研究內(nèi)容 2第2章對稱分量法 32.1不對稱分量法的分解 32.2對稱分量法在兩相接地短路中的應(yīng)用 42.3計算短路點的A、B和C三相電壓和電流 72.4計算各條支路的電壓和電流 82.5計算其它各個節(jié)點的A、B和C三相電壓和電流 9第3章Matlab仿真 103.1Matlab仿真電路圖 103.1.1仿真結(jié)果 11第4章仿真結(jié)果進行分析比較 13第5章課程設(shè)計總結(jié) 14參考文獻 15緒論短路概述電力系統(tǒng)短路類型、短路計算的目的和意義進行簡要闡述電力系統(tǒng)在運行過程中常常會受到各種擾動,其中對電力系統(tǒng)運行影響較大的是系統(tǒng)中發(fā)生的各種故障.常見的故障有短路,斷線和各種復(fù)雜故障.因此,故障分析重點是對短路故障的分析。電力系統(tǒng)在正常運行時,除中性點以外,相與相,相與地之間是絕緣的,所謂短路是指相與相或相與地之間發(fā)生短接。本文研究的是兩相接地短路。短路故障發(fā)生原因：電力系統(tǒng)短路發(fā)生的原因很多,既有客觀的,也有主觀的,而且由于設(shè)備的結(jié)構(gòu)和安裝地點的不同,引發(fā)短路故障的原因也不相同。但是,根本原因是電器設(shè)備載流部分相與相之間或相與地之間的絕緣遭到破壞。例如,架空線路的絕緣子可能由于受到雷電過電壓而發(fā)生閃絡(luò),或者由于絕緣子表面的污穢而在正常工作電壓下放電。再如發(fā)電機,變壓器,電纜等設(shè)備中載流部分的絕緣材料載運性中損壞.有時因鳥獸跨接在裸露的載流部分,或者因為大風(fēng)或在導(dǎo)線上覆冰,引起架空線路干塔倒塌而造成短路。此外,線路檢修后,在未拆除地線的情況下運行人員就對線路送電而發(fā)生的誤操作,也會引起短路故障。短路故障的危害：短路對電器設(shè)備和電力系統(tǒng)的正常運行都有很大的危害.發(fā)生短路后,由于電源供電回路阻抗的減小以及產(chǎn)生的暫態(tài)過程,是短路回路中的電流急劇增加,其數(shù)值可能超過該回路額定電流的許多倍。短路點據(jù)發(fā)電機的電氣距離越近,短路電流越達。例如發(fā)電機端發(fā)生短路時,流過定子繞組的短路電流最大順時值可能達到發(fā)電機額定電流的10~15倍.再大容量的電力系統(tǒng)中,短路電流可達幾萬安,甚至幾十萬安。在短路點出產(chǎn)生的電弧可能會燒壞設(shè)備,而且短路電流流過導(dǎo)體時,所產(chǎn)生的熱量可能會引起導(dǎo)體或絕緣損壞。另外,導(dǎo)體可能會受到很大的電動力沖擊,致使其變形甚至損壞。短路將引起電網(wǎng)中的電壓降低,特別是靠近短路點處的電壓下降最多,是部分用戶的供電受到影響。例如,負荷中的異步電動機,由于其電磁轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比,當(dāng)電壓降低時,電磁轉(zhuǎn)矩將顯著減小,使電動機轉(zhuǎn)速變慢或甚至完全停轉(zhuǎn),從而造成廢品及設(shè)備損壞等嚴重后果。短路故障：可能引起系統(tǒng)失去穩(wěn)定。不對稱接地短路所引起的不平衡電流將在線路周圍產(chǎn)生不平衡磁通,結(jié)果在臨近的通信線路中可能感應(yīng)出相當(dāng)大的感應(yīng)電動勢,造成對通信系統(tǒng)的干擾,甚至危機通信設(shè)備和人身安全。短路故障分析的內(nèi)容和目的：短路故障分析的主要內(nèi)容包括故障后電流的計算,短路容量(短路電流與故障前電壓的乘積)計算,故障后系統(tǒng)中各點電壓的計算以及其他的一些分析和計算,如故障時線路電流與電壓之間的相位關(guān)系等。短路電流計算與分析的主要目的在于應(yīng)用這些計算結(jié)果進行機電保護設(shè)計和整定值計算,開關(guān)電器,串聯(lián)電抗器,母線,絕緣子等電器設(shè)備的設(shè)計,制定限制短路電流的措施和穩(wěn)定性分析等。限制短路故障危害的措施：1)電力系統(tǒng)設(shè)計和運行時,都要采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣斫档桶l(fā)生短路故障的概率,例如采用合理的防雷措施,降低過電壓水平,使用結(jié)構(gòu)完善的配電裝置和加強運行維護管理等。同時還要采取減少短路危害的措施,其中,最主要的是迅速將發(fā)生短路的元件從系統(tǒng)中切除,使無故障部分的電網(wǎng)繼續(xù)正常運行。2)在發(fā)電廠,變電所及整個電力系統(tǒng)的設(shè)計和運行中,需要合理地選擇電器接線,恰當(dāng)?shù)剡x用配電設(shè)備和短路器,正確地設(shè)計機電保護以及選擇限制短路電流的措施等,而則些都必須以段路故障設(shè)計計算結(jié)果作為依據(jù)。3)短路故障的計算與分析,主要是短路電流的大小及其變化規(guī)律不僅與短路故障的類型有關(guān),而且與電源特性,網(wǎng)絡(luò)元件的電磁參數(shù)有關(guān)。本文研究內(nèi)容本課程的課程設(shè)計是電氣工程極其自動化專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)完《電力系統(tǒng)分析》課程后，進行的一次的綜合訓(xùn)練，其目的在于加深對電力系統(tǒng)短路方面的基礎(chǔ)理論和基本知識的理解，掌握各種短路的計算方法以及接地支路對短路電流的影響。任務(wù)要求：節(jié)點4發(fā)生B、C兩相金屬性接地短路時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，對各種不同時刻BC兩相接地短路進行Matlab仿真；

對稱分量法不對稱分量法的分解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解為正序、負序和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相作為基準時，三相相量與其對稱分量之間的關(guān)系(如電流)為：(2-1)式中運算子且有；分別為a相電流的正序、負序和零序分量并且有：(2-2)當(dāng)已知三相補對稱的相量時，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(2-3)展開（2-3）并計及（2-2）有(2-4)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。對稱分量法在兩相接地短路中的應(yīng)用根據(jù)課題的初始參數(shù)我們的畫的等值電路圖（圖2.1）。圖2.1等值電路圖根據(jù)給出短路圖和對稱分量法發(fā)出各序等效電路圖：圖2.2正序電路圖圖2.3負序電路圖圖2.4零序電路圖應(yīng)用對稱分量法分析兩相短路接地，可以寫出各序網(wǎng)絡(luò)故障點的電壓方程式（2-4），當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的各元件都只用電抗表示時，上述方程可以寫成(2-5)式中，，即是短路點發(fā)生前故障點的電壓。這三個方程式包含了6個未知量，因此，還必須有兩相短路接地的邊界條件寫出另外三個方程。兩相（b相和c相）短路接地時故障處的情況（如圖2.5）。圖2.5兩相接地短路故障處的邊界條件為:用序分量表示的邊界條件為：(2-6)圖2.6復(fù)合序網(wǎng)根據(jù)邊界條件繪出復(fù)合序網(wǎng)如圖所示通過化簡各序網(wǎng)絡(luò)圖得：(2-7)由（2-6）和（2-7）可以得到（2-8）短路點故障相得電流為（2-9）根據(jù)上式可以得到兩相短路接地時故障相電流的絕對值為（2-10）短路點非故障相電壓為(2-11)計算短路點的A、B和C三相電壓和電流計算短路點各序各相電壓和電流當(dāng)節(jié)點4發(fā)生單相金屬性短路時，計算短路點的電壓和電流。計算各條支路的電壓和電流計算其它各個節(jié)點的A、B和C三相電壓和電流解得所以節(jié)點1、2的電壓Matlab仿真Matlab仿真電路圖目前，電力系統(tǒng)仿真軟件有很多，Matlab以其強大的計算能力、友好的動態(tài)仿真環(huán)境和豐富的工具箱越來越成為從事包括電力網(wǎng)絡(luò)、電力電子和控制系統(tǒng)等電力系統(tǒng)學(xué)習(xí)和研究的重要仿真工具。電力系統(tǒng)暫態(tài)功角穩(wěn)定控制是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的第一道防線。暫態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)在受到大干擾(如短路故障,突然增加或減少發(fā)電機出力、大量負荷,突然斷開線路等)后,各同步發(fā)電機保持同步運行并過渡到新的或恢復(fù)到原來穩(wěn)態(tài)運行方式的能力,通常指第一或第二振蕩周期不失步。提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的措施是多樣的,本文以單機—無窮大系統(tǒng)為例,主要對電力系統(tǒng)穩(wěn)定器、快速切除故障、故障限流器、單相自動重合閘等措施在提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性方面的作用運用MATLAB的電力系統(tǒng)仿真模塊集SimPowerSystemsBlockset(以下簡稱PSB)進行仿真分析。圖3.1仿真電路圖仿真結(jié)果圖3.2仿真圖仿真結(jié)果進行分析比較正序負序零序?qū)τ嬎憬Y(jié)果比較分析結(jié)論忽略對地支路時，當(dāng)節(jié)點4發(fā)生兩相金屬性短路時，比節(jié)點4發(fā)生單相金屬性短路時，短路