電力系統(tǒng)單相斷線

遼寧工業(yè)大學(xué)《電力系統(tǒng)分析》課程設(shè)計(jì)（論文）題目：電力系統(tǒng)單相斷線計(jì)算與仿真（3）院（系）：電氣工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：教師職稱：起止時(shí)間：14-06-30至14-07-11PAGE2

課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)G1T11L12T2G21:kk:1G1T11L12T2G21:kk:1L3L23S3課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)GGG原始資料：系統(tǒng)如圖各元件參數(shù)如下（各序參數(shù)相同）：G1、G2：SN=32MVA，VN=10.5kV，X=0.3；T1:SN=35.5MVA，Vs%=10.5，k=10.5/121kV,△Ps=180kW,△Po=30kW,Io%=0.8；YN/d-11T2:SN=35.5MVA，Vs%=10.5，k=10.5/121kV,△Ps=150kW,△Po=25kW,Io%=0.9；YN/d-11L1:線路長(zhǎng)80km，電阻0.22Ω/km，電抗0.4Ω/km，對(duì)地容納2.8×10-6S/km；L2:線路長(zhǎng)75km，電阻0.22Ω/km，電抗0.42Ω/km，對(duì)地容納2.78×10-6S/km；；L3:線路長(zhǎng)70km，電阻0.22Ω/km，電抗0.41Ω/km，對(duì)地容納2.8×10-6S/km；；負(fù)荷：S3=50MVA，功率因數(shù)為0.85。任務(wù)要求（支路L1發(fā)生A相斷線時(shí)）：1計(jì)算各元件的參數(shù)；2畫出完整的系統(tǒng)等值電路圖；3忽略對(duì)地支路，計(jì)算斷點(diǎn)的A、B和C三相電壓和電流；4忽略對(duì)地支路，計(jì)算其它各個(gè)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行單相斷線的Matlab仿真；6將斷線運(yùn)行計(jì)算結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行分析比較，得出結(jié)論。指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)平時(shí)考核：設(shè)計(jì)質(zhì)量：答辯：總成績(jī)：指導(dǎo)教師簽字：年月日注：成績(jī)：平時(shí)20%論文質(zhì)量60%答辯20%以百分制計(jì)算

緒論電力系統(tǒng)斷線概述電力系統(tǒng)斷線也就是所謂的縱向故障，它指的是網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間出現(xiàn)了不正常斷開或三相阻抗不相等的情況。發(fā)生縱向故障時(shí)，由這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)組成故障端口?？v向故障為不對(duì)稱故障，只是在故障口出現(xiàn)了某種不對(duì)稱狀態(tài)，系統(tǒng)其余部分的參數(shù)還是三相對(duì)稱的。可以應(yīng)用對(duì)稱分量法進(jìn)行分析。首先在故障口插入一組不對(duì)稱電勢(shì)源來(lái)代替實(shí)際存在的不對(duì)稱狀態(tài)，然后將這組不對(duì)稱電勢(shì)源分解成正序，負(fù)序和零序分量。根據(jù)重疊原理，分別作出各序的等值網(wǎng)絡(luò)。從而可以列出各序網(wǎng)絡(luò)故障端口的電壓方程式進(jìn)行計(jì)算。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，電力系統(tǒng)各種故障中，單相短路占大多數(shù)，約為總故障數(shù)的65%，三相短路占5～10%。雖然電力系統(tǒng)發(fā)生斷線的幾率很小，但故障產(chǎn)生的后果極為嚴(yán)重，必須引起足夠的重視。本文設(shè)計(jì)內(nèi)容本文設(shè)計(jì)內(nèi)容：在一個(gè)獨(dú)立閉式電力網(wǎng)絡(luò)中，支路L1發(fā)生A相斷線。任務(wù)要求：1計(jì)算各元件的參數(shù)；2畫出完整的系統(tǒng)等值電路圖；3忽略對(duì)地支路，計(jì)算斷點(diǎn)的A、B和C三相電壓和電流；4忽略對(duì)地支路，計(jì)算其它各個(gè)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行單相斷線的Matlab仿真；6將斷線運(yùn)行計(jì)算結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行分析比較，得出結(jié)論。電力系統(tǒng)不對(duì)稱故障計(jì)算原理對(duì)稱分量法基本原理對(duì)稱分量法是分析不對(duì)稱故障的常用方法，根據(jù)對(duì)稱分量法，任意一組不對(duì)稱的三相相量都可以分解為三組三相對(duì)稱的分量，這就是所謂的“三相相量對(duì)稱分量法”。對(duì)稱分量法是將不對(duì)稱的三相電流和電壓各自分解為三組對(duì)稱分量，它們是：（1）正序分量：三相正序分量的大小相等，相位彼此相差2pi/3，相序與系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下的相同；（2）負(fù)序分量：三相負(fù)序分量的大小相等，相位彼此相差2pi/3，相序與正序相反；（3）零序分量：三相零序分量的大小相等，相位相同。三相序等值網(wǎng)絡(luò)在三相電路中，對(duì)于任意一組不對(duì)稱的三相相量（電流或電壓），可以分解為正序，負(fù)序和零序三相對(duì)稱的三相量。正序網(wǎng)絡(luò)正序網(wǎng)絡(luò)就是通常計(jì)算對(duì)稱短路時(shí)所用的等值網(wǎng)絡(luò)。除中性點(diǎn)接地阻抗、空載線路（不計(jì)導(dǎo)納）以及空載變壓器（不計(jì)勵(lì)磁電流）外，電力系統(tǒng)各元件均應(yīng)包括在正序網(wǎng)絡(luò)中，并且用相應(yīng)的正序參數(shù)和等值電路表示。由此可得，電力系統(tǒng)正序網(wǎng)絡(luò)圖如圖2.1所示。圖2.1電力系統(tǒng)正序網(wǎng)絡(luò)圖我們可以從故障端口看正序網(wǎng)絡(luò)，它是一個(gè)有源網(wǎng)絡(luò)，可以用戴維南定理簡(jiǎn)化成圖2.2的形式。圖2.2戴維南正序等效圖負(fù)序網(wǎng)絡(luò)負(fù)序電流能流通的元件與正序電流的相同，但所有的電源的負(fù)序電勢(shì)為零。因此，把正序網(wǎng)絡(luò)中各元件的參數(shù)都用負(fù)序參數(shù)代替，并令電源電勢(shì)等于零，而在短路點(diǎn)引入代替故障條件的不對(duì)稱電勢(shì)源中的負(fù)序分量，便得到負(fù)序網(wǎng)絡(luò)，如圖2.3所示。圖2.3電力系統(tǒng)負(fù)序網(wǎng)絡(luò)圖從故障端口看負(fù)序網(wǎng)絡(luò)，它是一個(gè)無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，化簡(jiǎn)后如圖2.4所示。圖2.4戴維南負(fù)序等效圖零序網(wǎng)絡(luò)在斷線處施加代表故障邊界條件的零序電勢(shì)時(shí)，由于三相零序電流大小及相位相同，它們必須經(jīng)過(guò)大地（或者架空地線、電纜包皮等）才能構(gòu)成通路。由此可得，電力系統(tǒng)零序網(wǎng)絡(luò)圖如圖2.5所示。圖2.5電力系統(tǒng)零序網(wǎng)絡(luò)圖從故障端口看負(fù)序網(wǎng)絡(luò)，它也是一個(gè)無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，化簡(jiǎn)后如圖2.6所示。圖2.6戴維南零序等效圖電力系統(tǒng)單相斷線計(jì)算系統(tǒng)電路圖系統(tǒng)的電路圖如圖3.1所示。圖3.1電力系統(tǒng)電路圖各元件參數(shù)計(jì)算本課設(shè)的參數(shù)表示方法完全采用標(biāo)幺值的形式，標(biāo)幺制是相對(duì)單位制的一種，在標(biāo)幺制中各物理量都用標(biāo)幺值表。標(biāo)幺值=實(shí)際有名值（任意單位）／基準(zhǔn)值（與有名值同單位）本課設(shè)選取基準(zhǔn)功率SB=100MVA,我們選擇第一段的額定電壓為基準(zhǔn)電壓，VB1=10.5kV，VB2=121kV，VB3=10.5kV。發(fā)電機(jī)標(biāo)幺值參數(shù)計(jì)算變壓器標(biāo)幺值參數(shù)計(jì)算線路標(biāo)幺值參數(shù)計(jì)算系統(tǒng)圖給出變壓器一側(cè)為Y接線，另一側(cè)為Δ接線，所以我們要將電阻進(jìn)行星角變換。星角變換如圖3.2和3.3所示。圖3.2角形接線圖圖3.3星形接線圖已知各線路的阻抗為：L1：Z13=0.12+j0.218L2：Z12=0.112+j0.215L3：Z23=0.105+j0.196Y接線轉(zhuǎn)換Δ接線公式：Z1=Z12×Z13÷(Z12+Z23+Z13)(3-1)Z2=Z23×Z12÷(Z12+Z23+Z13)(3-2)Z3=Z13×Z23÷(Z12+Z23+Z13)(3-3)將各阻抗代入上述公式中，可得：Z1=0.09+j0.194Z2=0.105+j0.21Z3=0.098+j0.199由戴維南定理可得，對(duì)系統(tǒng)的正序網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行化簡(jiǎn)，可得正序網(wǎng)絡(luò)的等效電抗為0.517，等效電壓源為1.048V。由戴維南定理可得，對(duì)系統(tǒng)的負(fù)序網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行化簡(jiǎn)，可得負(fù)序網(wǎng)絡(luò)的等效電抗為0.517。由戴維南定理可得，對(duì)系統(tǒng)的零序網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行化簡(jiǎn)，可得零序網(wǎng)絡(luò)的等效電抗為0.34。潮流計(jì)算我們可以將G2和T2等效為輸出負(fù)荷，然后進(jìn)行潮流計(jì)算，可以得到各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流、電壓。如圖3.4所示。圖3.4潮流計(jì)算等值電路圖便可以得到其他各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流，它們分別為：?jiǎn)蜗鄶嗑€計(jì)算電力系統(tǒng)故障總的來(lái)說(shuō)可以分為兩大類：橫向故障和縱向故障。橫向故障是指各種類型的短路?？v向故障是指各種類型的斷線，它指的是網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)f和f'（都不是零電位節(jié)點(diǎn)）之間出現(xiàn)了不正常斷開或三相阻抗不相等的情況。發(fā)生縱向故障時(shí)，由f和f'這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)組成故障端口。本課設(shè)研究單相斷線，如圖3.5所示。圖3.5單相斷線示意圖故障處計(jì)算故障處的邊界條件為：==0（3-4）若用對(duì)稱分量則表示則得：（3-5）滿足這些邊界條件的復(fù)合序網(wǎng)如圖3.6所示。圖3.6單相斷開的復(fù)合序網(wǎng)圖故障處各序電流為：(3-6)由上述公式得故障處各序電流分別為：=2j/(j0.340.517/（0.34+0.517）+0.517)=2.57=-0.34/(0.34+0.517)2.57=-1.02=-0.517/(0.34+0.517)2.57=1.55故障相的斷口電壓為：==0非故障處計(jì)算非故障相電流： （3-7）于是可以得出非故障相電流為：?jiǎn)蜗鄶嗑€的仿真仿真模型的建立Matlab具有強(qiáng)大的運(yùn)算繪圖能力，為用戶提供了各種領(lǐng)域的工具箱，而且編程語(yǔ)法簡(jiǎn)單易學(xué)。我們可以在Matlab中建立電力系統(tǒng)的基本模型。在建立模型初期，會(huì)遇到一些設(shè)置上的困難，通過(guò)不斷地調(diào)整，我最終完成了系統(tǒng)仿真。在對(duì)故障模型進(jìn)行仿真的時(shí)候，可以體會(huì)到Matlab強(qiáng)大的仿真能力，為電氣工作者提供了簡(jiǎn)便、有效地仿真研究方法。我們可以直觀地進(jìn)行故障類型的選擇和波形的查看。本課設(shè)仿真出了兩個(gè)仿真圖形，第一個(gè)圖形為：系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，無(wú)任何故障，電力系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓，電流的波形。第二個(gè)圖形為：系統(tǒng)發(fā)生單相斷線故障時(shí)（線路L1發(fā)生A相斷線），電力系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓，電流的波形。通過(guò)兩個(gè)仿真圖形的對(duì)比，我們可以直觀、清晰地看出系統(tǒng)發(fā)生單相斷線故障時(shí)電壓，電流波形的變化程度。方便了我們對(duì)單相斷線故障處進(jìn)行分析，同時(shí)我們也清楚地了解到單相斷線對(duì)我們的危害，同時(shí)這也給我們敲響警鐘，我們?cè)谌粘Ｉ钪幸獙?duì)電力系統(tǒng)嚴(yán)謹(jǐn)操作。所以此次課設(shè)的研究題目非常有必要，而且對(duì)于電網(wǎng)的研究十分重要。圖4.1系統(tǒng)仿真圖圖4.2系統(tǒng)正常運(yùn)行仿真圖圖4.3系統(tǒng)出現(xiàn)單相斷線仿真圖仿真結(jié)果及分析本文提出了負(fù)序電流和故障相電壓的能量測(cè)度保護(hù)?；谪?fù)序電流的能量測(cè)度斷線保護(hù)具有如下特點(diǎn):單相斷線故障產(chǎn)生的負(fù)序電流在系統(tǒng)中的分配不受中性點(diǎn)接地方式的影響,能量測(cè)度保護(hù)原理可以適合各種中性點(diǎn)接地方式。斷線故障的暫態(tài)諧波量主要為低次，提高了線路的靈敏度。(3)單相斷線故障和單相接地故障的能量測(cè)度相差很大，在接地故障時(shí)所提保護(hù)方案不會(huì)誤動(dòng)。(4)此保護(hù)具有很高的可靠性和靈敏度?？偨Y(jié)現(xiàn)如今，電力已經(jīng)成為人們生產(chǎn)、生活中必不可少的物品。隨著科技的迅猛發(fā)展，電力系統(tǒng)的功能日趨強(qiáng)大，給我們的生活帶來(lái)諸多方便之處，與此同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一定的危害，一旦電力系統(tǒng)發(fā)生故障，將會(huì)給我們的生產(chǎn)和生活帶來(lái)巨大損失。所有我們要防患于未然。本課設(shè)研究的題目是：電力系統(tǒng)單相斷線。通過(guò)本課設(shè)我了解到雖然電力系統(tǒng)發(fā)生斷線的幾率很小，但故障產(chǎn)生的后果極為嚴(yán)重，必須引起足夠的重視。本課設(shè)存在許多不足的地方，例如：課設(shè)中僅僅做出了仿真結(jié)果，沒(méi)有做出實(shí)物，因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中還有可能存在我們考