電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計

武漢理工大學(xué)《電力系統(tǒng)分析》課程設(shè)計說明書PAGEPAGE4學(xué)號：0120711350109課程設(shè)計題目短路電流的計算學(xué)院自動化專業(yè)電氣工程及其自動化班級電氣0701姓名陳建龍指導(dǎo)教師宋仲康謝長軍2010年06月16日課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名：陳建龍專業(yè)班級：電氣0701指導(dǎo)教師：宋仲康謝長軍工作單位：自動化學(xué)院題目:短路電流的計算初始條件：如圖所示發(fā)電機G，變壓器T1、T2以及線路L電抗參數(shù)都以統(tǒng)一基準(zhǔn)的標(biāo)幺值給出，系統(tǒng)C的電抗值是未知的，但已知其正序電抗等于負序電抗。在K點發(fā)生a相直接接地短路故障，測得K點短路后三相電壓分別為Ua=1∠-120，Uc=1∠120.T1LT2～～～系統(tǒng)CXT1=0.15XL1=0.05XT2=0.25X2=0.25XL0=0.15要求完成的主要任務(wù):求系統(tǒng)C的正序電抗；求K點發(fā)生bc兩相接地短路時故障點電流；求K點發(fā)生bc兩相接地短路時發(fā)電機G和系統(tǒng)C分別提供的故障電流(假設(shè)故障前線路中沒有電流)。時間安排：熟悉設(shè)計任務(wù)6.7收集相關(guān)資料6.8選定設(shè)計原理6.9計算分析及結(jié)果分析6.10--6.13撰寫設(shè)計報告6.14—6.16指導(dǎo)教師簽名：宋仲康謝長軍2010年06月16日系主任（或責(zé)任教師）簽名：宋仲康謝長軍2010年06月16日目錄摘要………………11設(shè)計任務(wù)及題目要求…………22設(shè)計原理………………………32.1電力系統(tǒng)各序網(wǎng)絡(luò)的制定………………32.2不對稱三相量的分解……………………43計算過程及步驟………………53.1系統(tǒng)C的正序電抗的計算……………53.2K點發(fā)生bc兩相接地短路時故障點電流的計算……73.3K點發(fā)生bc兩相接地短路時發(fā)電機G和系統(tǒng)C分別提供的故障電流(假設(shè)故障前線路電流中沒有電流)的計算…………………84結(jié)果分析………………………105總結(jié)與體會……………………11參考資料………………………12武漢理工大學(xué)《電力系統(tǒng)分析》課程設(shè)計說明書PAGEPAGE5PAGE1摘要電能是現(xiàn)代社會中最重要，也是最方便的能源。電能具有許多優(yōu)點，它可以方便地轉(zhuǎn)化為別種形式的能，它的輸送和分配易于實現(xiàn)；它的應(yīng)用規(guī)模也很靈活。電力系統(tǒng)正常運行的破壞多半是由短路故障引起的。發(fā)生短路時，系統(tǒng)從一種狀態(tài)劇變到另一種狀態(tài)，并伴隨產(chǎn)生復(fù)雜的暫態(tài)現(xiàn)象。所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或相與地發(fā)生通路的情況。在三相系統(tǒng)中，可能發(fā)生的短路有：三相短路、兩相短路、兩相短路接地和單相接地短路。對于各種不對稱短路，都可以對短路點列寫各序網(wǎng)絡(luò)的電勢方程，根據(jù)不對稱短路的不同類型列寫邊界條件方程。聯(lián)立求解這些方程可以求得短路點電壓和電流的各序分量。關(guān)鍵詞：短路各序網(wǎng)絡(luò)不對稱短路1設(shè)計任務(wù)及題目要求短路電流的計算如圖1所示發(fā)電機G，變壓器T1、T2以及線路L電抗參數(shù)都以統(tǒng)一基準(zhǔn)的標(biāo)幺值給出，系統(tǒng)C的電抗值是未知的，但已知其正序電抗等于負序電抗。在K點發(fā)生a相直接接地短路故障，測得K點短路后三相電壓分別為Ua=1∠-120，Uc=1∠120.求系統(tǒng)C的正序電抗；求K點發(fā)生bc兩相接地短路時故障點電流；求K點發(fā)生bc兩相接地短路時發(fā)電機G和系統(tǒng)C分別提供的故障電流(假設(shè)故障前線路中沒有電流)。T1LT2～～～系統(tǒng)CXT1=0.15XL1=0.05XT2=0.25X2=0.25XL0=0.15圖1電路原理圖2設(shè)計原理2.1電力系統(tǒng)各序網(wǎng)絡(luò)的制定應(yīng)用對稱分量法分析計算不對稱故障時，首先必須作出電力系統(tǒng)的各序網(wǎng)絡(luò)。為此，應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)的接線圖，中型點接地情況等原始資料，在故障點分別施加各序電勢，從故障點開始，逐步查明各序電流流通的情況。凡是某一序電流能流通的元件，都必須包括在該序網(wǎng)絡(luò)中，并用相應(yīng)的序參數(shù)和等值電路表示。除中性點接地阻抗，空載線路以及空載變壓器外，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，如圖2所示；負序電流能流通的元件與正序電流的相同，但所有電源的負序電勢為零。因次，把正序網(wǎng)絡(luò)中各元件的參數(shù)都用負序參數(shù)代替，并令電源電勢等于零，便得到負序網(wǎng)絡(luò)如圖3所示；在短路點電流施加代表故障邊界條件的零序電勢時，由于三相零序電流大小及相位相同，他們必須經(jīng)過大地才能構(gòu)成通路，而且電流的流通與變壓器中性點接地情況及變壓器的接法有密切的關(guān)系。如圖4所示。利用各序的網(wǎng)絡(luò)圖可以計算出相應(yīng)的序阻抗。XXc(1)XT1XL1XT2Xd”CVfa(1)G+++圖2系統(tǒng)的正序網(wǎng)絡(luò)XXc(1)XT1XL1XT2Xd”Vfa(2)+圖3系統(tǒng)的負序網(wǎng)絡(luò)XXT1XL0XT2Vfa(0)+圖4系統(tǒng)的零序網(wǎng)絡(luò)2.2不對稱三相量的分解對稱分量法是分析不對稱故障的常用方法，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、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相量(電壓或電流)，可以分解為三組對稱的相量，當(dāng)選擇a相作為基準(zhǔn)相時；三相相量與其對稱分量之間的關(guān)系為式中，運算子a=ej120,a2=ej240，且有1+a+a2=0,a3=1Ia(1),Ia(2),Ia(0)分別為a相電流的正序，負序和零序分量，并且有最后可得到:Ia=Ia(1)+Ia(2)+Ia(3)Ib=a2Ia(1)+aIa(2)+Ia(0)=Ib(1)+Ib(2)+Ib(3) (3)Ic=aIa(1)+a2Ia(2)+Ia(0)=Ic(1)+Ic(2)+Ic(3)電壓的三相相量與其對稱分量之間的關(guān)系也與電流的一樣。3計算過程及步驟3.1系統(tǒng)C的正序電抗的計算應(yīng)用對稱分量法分析各種簡單不對稱時，都可以寫出各序網(wǎng)絡(luò)故障點的電壓方程式(4)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的各元件都只用電抗表示時,方程可寫成式中Eeq=Vf(0)，即是短路發(fā)生前故障點的電壓。單相接地短路時，故障處的三個邊界條件為：Vfa=0,Ifb=0,Ifc=0用對稱分量表示為：Vfa(1)+Vfa(2)+Vfa(0)=0,a2Ifa(1)+aIfa(2)+Ifa(0)=0,aIfa(1)+a2Ifa(2)+Ifa(0)=0經(jīng)整理后便得到用序量表示的邊界條件為根據(jù)邊界條件(5)和方程式(4)。即能確定短路點電流和電壓的各序分量為短路點非故障相得對地電壓為：根據(jù)設(shè)計任務(wù)所給的已知條件代入(7)式得：(8)式與(9)式相比并且將a2=-1-a代入兩式得：對(10)式進行化簡，最終得到：Xff(0)=Xff(2)。由系統(tǒng)的各序網(wǎng)絡(luò)圖可得到：最后可解得：Xc=-0.0125由此可得Xff(1)=Xff(2)=Xff(0)=0.1364。3.2K點發(fā)生bc兩相接地短路時故障點電流的計算根據(jù)設(shè)計要求可以看出要求的是兩相短路接地的情況，故障處的三個邊界條件為：Ifa=0,Vfb=0,Vfc=0用序量表示的邊界條件為最后得到：以及短路點故障相的電流為將Xff(1)=Xff(2)=Xff(0)=0.1364代入式(12)可得Ifa(1)=-4.8876j，再將它們分別代入式(14)可得Ifb=3.6657+3.349j和Ifc=3.6657-6.349j由邊界條件可得Ifa=0K點發(fā)生bc兩相接地短路時發(fā)電機G和系統(tǒng)C分別提供的故障電流(假設(shè)故障前線路電流中沒有電流)的計算將Ifa(1)=-4.8876j以及Xff(1)=Xff(2)=Xff(0)=0.1364分別代入式（13）可得根據(jù)電流與阻抗成反比可以算出由系統(tǒng)C和發(fā)電機G提供的各序電流同理可算出IGa(2)=0.6665jIGa(0)=1.333j根據(jù)式(3)可算出在abc三相中分別由系統(tǒng)C和發(fā)電機G提供的短路電流：同理可以算出IGa=0.6665jIGb=-1.7316+1.6662jIGc=1.7316+1.6662j4結(jié)果分析經(jīng)過計算可以看出系統(tǒng)在發(fā)生單相接地短路時Vfa=0,Vfb與Vfc大小相同，相位相反。同樣在發(fā)生兩相短路接地時bc兩相的電流大小相等，相位相反；非短路相電流為零；而且由系統(tǒng)C和發(fā)電機G提供的短路電流大小相反。而短路相無論是系統(tǒng)C還是發(fā)電機G他們的bc兩相大小相等，相位相反。5總結(jié)與體會本設(shè)計是求三相輸電線路的短路電流。短路電流的計算在實際的電力生產(chǎn)中有著非常重要的意義。它可以幫助我們在設(shè)計系統(tǒng)時就可把短路問題考慮進去，避免系統(tǒng)在運行中出現(xiàn)故障，造成大面積的停電；抑或是造成對設(shè)備的投資過多，造成浪費。同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)的知識理解不夠深刻，掌握的不夠牢固。我們通過查閱大量有關(guān)資料，并在小組中互相討論，交流經(jīng)驗和自學(xué)，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛。但這激發(fā)了我努力學(xué)習(xí)的興趣。通過這次設(shè)計，我懂得了學(xué)習(xí)和團隊合作的重要性，了解到理論知識與實踐相結(jié)合的重要意義，學(xué)會了堅持，耐心和努力，這將為自己今后的學(xué)習(xí)和工作做出了最好的榜樣。參考資料何仰贊、溫增銀.電力系統(tǒng)分析.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002陳立新、楊光宇.電力系統(tǒng)分析.北京：中