电力系统两相接地短路计算与仿真(4).

1、辽宁工业大学电力系统计算课程设计（论文）题目：电力系统两相接地短路计算与仿真（4）院（系）：电气工程学院专业班级：电气工程及其自动化111班学号：111902019学生姓名：王野指导教师：（签字）起止时间：14-06-15 至 14-06-29课程设计（论文）任务及评语4 ft 掘ii41*IQ覇舟粗.5*段f4vnvihuu隠in3 It! 0 L- 411.16- HI 也 弭Hl 慣 仃I4ri UlBhS-trlL!?；T 如 0枣訂 1% ；二 E +fh in. syjftt-t&.ifliXd nRMWtj一 ji n Xit 1：恺审 *41 畑 I l；-Vk|IZT 社I

2、口 Pl. |画軒=何It雅愤口砰iIl為 乜刪 0 d 119 l . like at-商fl Ri . -Ih （HH*. HqlKl.llii 尿商出畢【冷gd叩片1 血h *t4r 7跟 +rMHiMFM|kiN|-* f it Hit力的片尊 Me mi fKjftj冬 | 課 MrW 升牛 1）由JflJi H IBCPi 4Litij ijrir 黑 ijin%ik 鼻电 hl-* 决羸出Q.七 rj 巾盘L 4-941 - - tl He- * H !k * h-4 4. UAb ft,御則H诞肝iF置U升町划士邑側越A随里堪也世!1垒 巫|刑備- i摘要在电力系统的设计和运行

3、中，必须考虑到可能发生的故障和不正常的运行情 况，防止其破坏对用户的供电和电气设备的正常工作。从电力系统的实际运行情况 看，这些故障多数是由短路引起的，因此除了对电力系统的短路故障有一较深刻的 认识外，还必须熟练掌握电力系统的短路计算。这里着重介绍简单不对称故障两相 短路接地的常用计算方法。对称分量法是分析不对称故障常用方法，根据对称分量 法，一组不对称的三相量可以分解为正序、负序和零序三相对称的三相量。在应用 对称分量法分析计算不对称故障时必须首先做出电力系统的各序网络，通过网络化 简求出各序网络对短路点的输入电抗以及正序网络的等值电势，再根据不对称短路 的不同类型，列出边界方程，以求得短路

4、点电压和电流的各序分量。本论文介绍有关电力系统故障的基本概念及故障计算中标幺值的特点，并通过 短路计算对电力系统的运行状态有一个初步的认识，同时对电力系统进行不对称故 障的分析计算，主要内容为两相接地短路的分析计算，最后，通过Matlab软件对接地短路故障进行仿真，观察仿真后的波形变化，将短路运行计算结果与各时刻短 路的仿真结果进行分析比较，得出结论。关键词：短路计算、两相短路接地、对称分量法4冬z m目录第1章绪论11.1短路概述11.2本文研究内容2第2章对称分量法32.1不对称分量法的分解 32.2对称分量法在两相接地短路中的应用 12.3计算短路点的A、B和C三相电压和电流 42.4计

5、算各条支路的电压和电流 52.5计算其它各个节点的A、B和C三相电压和电流 1第3章MATLAB仿真23.1 M ATLAB仿真电路图23.1.1仿真结果1第4章仿真结果进行分析比较 2第5章课程设计总结3参考文献4本科生课程设计（论文）第1章绪论1.1短路概述电力系统短路类型、短路计算的目的和意义进行简要阐述电力系统在运行过程中常常会受到各种扰动，其中对电力系统运行影响较大的 是系统中发生的各种故障.常见的故障有短路，断线和各种复杂故障.因此，故障分析 重点是对短路故障的分析。电力系统在正常运行时，除中性点以外，相与相，相与地 之间是绝缘的，所谓短路是指相与相或相与地之间发生短接。本文研究的

6、是两相接地短路。短路故障发生原因：电力系统短路发生的原因很多，既有客观的，也有主观的，而且由于设备的结构 和安装地点的不同，引发短路故障的原因也不相同。但是，根本原因是电器设备载流 部分相与相之间或相与地之间的绝缘遭到破坏。例如，架空线路的绝缘子可能由于 受到雷电过电压而发生闪络，或者由于绝缘子表面的污秽而在正常工作电压下放 电。再如发电机，变压器，电缆等设备中载流部分的绝缘材料载运性中损坏.有时因 鸟兽跨接在裸露的载流部分，或者因为大风或在导线上覆冰，引起架空线路干塔倒塌 而造成短路。此外，线路检修后，在未拆除地线的情况下运行人员就对线路送电而发 生的误操作，也会引起短路故障。短路故障的危害

7、：短路对电器设备和电力系统的正常运行都有很大的危害发生短路后，由于电源供电回路阻抗的减小以及产生的暂态过程，是短路回路中的电流急剧增加，其数值可 能超过该回路额定电流的许多倍。短路点据发电机的电气距离越近，短路电流越达。例如发电机端发生短路时，流过定子绕组的短路电流最大顺时值可能达到发电 机额定电流的1015倍.再大容量的电力系统中，短路电流可达几万安，甚至几十万 安。在短路点出产生的电弧可能会烧坏设备，而且短路电流流过导体时，所产生的热 量可能会引起导体或绝缘损坏。另外，导体可能会受到很大的电动力冲击，致使其变 形甚至损坏。短路将引起电网中的电压降低，特别是靠近短路点处的电压下降最多， 是部

8、分用户的供电受到影响。例如，负荷中的异步电动机，由于其电磁转矩与电压的 平方成正比，当电压降低时，电磁转矩将显著减小，使电动机转速变慢或甚至完全停 转,从而造成废品及设备损坏等严重后果。短路故障：可能引起系统失去稳定。不对称接地短路所引起的不平衡电流将在线路周围产生不平衡磁通，结果在临近的通信线路中可能感应出相当大的感应电动势，造成对通信系统的干扰，甚至危机通信设备和人身安全。短路故障分析的内容和目的：短路故障分析的主要内容包括故障后电流的计算，短路容量（短路电流与故障前 电压的乘积 计算,故障后系统中各点电压的计算以及其他的一些分析和计算 ，如故 障时线路电流与电压之间的相位关系等。短路电流

9、计算与分析的主要目的在于应用这些计算结果进行机电保护设计和整定值计算，开关电器，串联电抗器，母线,绝缘子 等电器设备的设计，制定限制短路电流的措施和稳定性分析等。限制短路故障危害的措施:1电力系统设计和运行时，都要采取适当的措施来降低发生短路故障的概率，例 如采用合理的防雷措施，降低过电压水平，使用结构完善的配电装置和加强运行维护 管理等。同时还要采取减少短路危害的措施，其中,最主要的是迅速将发生短路的元 件从系统中切除，使无故障部分的电网继续正常运行。2在发电厂，变电所及整个电 力系统的设计和运行中，需要合理地选择电器接线，恰当地选用配电设备和短路器, 正确地设计机电保护以及选择限制短路电流

10、的措施等 ，而则些都必须以段路故障设 计计算结果作为依据。3短路故障的计算与分析，主要是短路电流的大小及其变化 规律不仅与短路故障的类型有关，而且与电源特性，网络元件的电磁参数有关。1.2本文研究内容本课程的课程设计是电气工程极其自动化专业学生学习完电力系统分析课 程后，进行的一次的综合训练，其目的在于加深对电力系统短路方面的基础理论和 基本知识的理解，掌握各种短路的计算方法以及接地支路对短路电流的影响。任务要求：节点4发生B、C两相金属性接地短路时1计算短路点的A、B和C三相电 压和电流；2计算其它各个节点的A、B和C三相电压和电流；3计算各条支路 的电压和电流；4在系统正常运行方式下，对各

11、种不同时刻BC两相接地短路进行Matlab仿直.4彳乂璘乂弟22(1(2(01113111a a a b c a I I a a I a? ?=? (12(22(011111a a b a c a II I aa I a a I I ? ? ?=?(1(2 a a a I I II ?=+(1(2(0 c c c c I I I I=+2(1(1(1(1, a c a b I a I I a I=(0(0(0bca I I I ?=2(2(2(2(2, a c a b I a I I a I=第2章对称分量法2.1不对称分量法的分解对称分量法是分析不对称故障的常用方法，根据不对称分量法，一组不

12、对称的 三相量可以分解为正序、负序和零序三相对称的三相量。在三相电路中，对于任意一组不对称的三相量（电流或电压），可以分解为三 相三组对称的相量，当选择a相作为基准时，三相相量与其对称分量之间的关系（如电流为:(2-1 式中运算子 1202240, j j a e a e?=且有 2310, 1a a a += (1(2(0a a a I I I?、分别为a相电流的正序、负序和零序分量并且有：(2-2当已知三相补对称的相量时,可由上式求得各序对称分量，已知各序对称分量时，也可以求出三相不对称的相量，即(2-3展开(2-3)并计及(2-2)有(2-4电压的三相相量与其对称分量之间的关系也与电流一

13、样。(1(2(0b b b b I I I I ?=+L2.2对称分量法在两相接地短路中的应用.mar.tacnJi) M8I-nifi+ia.iflAJ-JL.厂rfACI根据课题的初始参数我们的画的等值电路图（图2.1）图2.1等值电路图根据给出短路图和对称分量法发出各序等效电路图：R|*p 024Imi *ii0 區 h *ju DftJQ Md.ai5+jn.crth*|e+tpL.2JI?.10 0：l耳fl阿JD 02A图2.3负序电路图图2.4零序电路图应用对称分量法分析两相短路接地，可以写出各序网络故障点的电压方程式(2-4),当网络的各元件都只用电抗表示时，上述方程可以写成(

14、1(1(1eq fa fa ff E X I V ?(2(2(2fa fa ff X I V ?-=(O(O(Ofa fa ff X I V ?-=(2-5式中，(0eq fE V ?=，即是短路点发生前故障点的电压。这三个方程式包含了6个未知量，因此，还必须有两相短路接地的边界条件写出另外三个方程。两 相(b相和c相)短路接地时故障处的情况(如图2.5)。图2.5两相接地短路故障处的边界条件为：0, 0, Ofa fb fc I V V ?=用序分量表示的边界条件为：0 0( 2( 1(=+?fa fa fa I I I0( 2( 1(fa fa fa V V V ?=(2-6.rWv丿图2

15、.6复合序网根据边界条件绘出复合序网如图所示通过化简各序网络图得:0624. 0051. 1j E eq -=1522. 00156. 0 1(j Z ff += 1321. 00147. 0 2(j Z ff += 1221. 00127. 0 3(j Z ff +=由(2-6)和(2-7)可以得到(0(1(1(2(0(eqfa ff ff ff E I Z Z Z ?(0(2(1(2(0ff fa fa ff ff Z I I Z Z+(2(0(1(2(0ff fa fa ff ff Z I I Z Z+ (2(0(1(1(2(0(2(0ff ff fa fa fa fa ff ff Z

16、Z V V V I Z Z+ (2-8)短路点故障相得电流为2(1(2(0fb fa fa fa I a I a I I ?=+2(1(2(0fc fa fa fa I a I a I I=+ (2-9)根据上式可以得到两相短路接地时故障相电流的绝对值为1(20( 2( 2( 0( 1, 1(1fa ff ff ff ff fc fb f I Z Z Z Z I I I +-=(2-10)短路点非故障相电压为1(0( 2( 0( 2( 1( 0( 2( 1(33fa ff ff ff ff fa fa fa fa fa I Z Z Z Z jV V V V V +=+= (2-112.3计算短

17、路点的A、B和C三相电压和电流计算短路点各序各相电压和电流当节点4发生单相金属性短路时，计算短路点的电压和电流987. 41993. 00552. 00068. 0( 0132. 00152. 0(0552. 00068. 0(* 132. 0152. 0(153. 00152. 00672.0056. 1/(0( 2( 1(0( 1(j j j j j j j Z Z Z E I ff ff ff eqfa -=+=2665.10567. 0 0552. 00068. 0(* 132. 0152. 0( 0552. 00068. 0(* 132. 0152. 0(0552.00068. 00

18、( 2( 0( 0(j j j j j j I Z Z Z I fa ff ff ff fa -=+=+=1(0154.02465. 0 783. 41921. 0(* 0611. 00037. 0(1(0( 2( 0( 2( 0( 2( 1(j j j I Z Z Z Z V V V fa ff ff ff ff fa fa fa -=-+=+ 0534. 51923. 6 1415. 31623. 0( 6332. 10637. 0(* 8373. 42012. 0(1202400( 2( 1(200j j e j e j I al I a I oo j j fa fa fa f +-=+

19、-+-+-=+= 0534.51923. 6 0746. 31643. 0( 3672. 10537. 0(* 8373. 52112. 0(2401200( 2(2 1(2j j e j e j I I a I a I ooj j fa fa fa fc +=+-+-+-=+=432 .08112. 0 0171.0253. 0(*3 1( 0( 2( 1(j j fa fa fa fa fa -=-= 2.4计算各条支路的电压和电流 512. 190. 0412. 2 3( 2( 1(=-=+=fa fa fa fa I I I I oj j j fa fa fa fa e eeI al

20、I a I 77.130120240 0( 2( 1(2563. 3592. 18. 0412. 2-=-=+= o ooj j j fa fa fa fc e ee1 I a I a I 77.130120120 0( 2(2 1(623. 3592. 18. 0412. 2-=-=+=b897.0311.0*33 1( 0( 2( 1(j j V V V V V fa fa fa fa fa =+=2(1(2(09024090120900.3110.3110.3110fb fa fa fa j j j V a V aV V e e e ?+? +=+=+=9246. 4291.017.00

21、1. 01021j j I I I f f f -=+=(.2012120220-=-S+=- =1*0.547651.577050.06550.188633*0.33330.000010.99990.00003 f f f f f fa f Z Z U U U I I Z j j Z Z U U j j2.5计算其它各个节点的A、B和C三相电压和电流21233221Z Z V V V V -31233223Z Z V V V V -=解得0678. 00377. 11j V -=1023. 00325. 13j V -= 213232Z Z VV =1223. 00256. 12j V -=

22、所以节点1、2的电压0544. 00194. 02112j V V V +=-=0006. 00123. 021121j Z V V I -=-=1005. 00578. 11j V -=0014. 02748. 02313120112j Z Z I Z VI +=+=4彳乂理殳環第3章Matlab仿真3.1 Matlab仿真电路图目前，电力系统仿真软件有很多，Matlab以其强大的计算能力、友好的动态 仿真环境和丰富的工具箱越来越成为从事包括电力网络、电力电子和控制系统等电 力系统学习和研究的重要仿真工具。电力系统暂态功角稳定控制是电力系统稳定运 行的第一道防线。暂态稳定性是指电力系统在受到

23、大干扰（如短路故障，突然增加或减少发电机出力、大量负荷，突然断开线路等 后,各同步发电机保持同步运行并 过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力，通常指第一或第二振荡周期不失 步。提高电力系统暂态稳定性的措施是多样的，本文以单机一无穷大系统为例，主要 对电力系统稳定器、快速切除故障、故障限流器、单相自动重合闸等措施在提高电 力系统暂态稳定性方面的作用运用 MATLAB的电力系统仿真模块集SimPowerSystemsBlockset（以下简称PSB进行仿真分析。图3.1仿真电路图3.2仿真结果图3.2仿真图本科生课程设计(论文)第4章仿真结果进行分析比较 正序Z31 =0.46j Z41=0.

24、0004-0.02j Z21 =ZL24 =0.03+0.08j E22 =Z41*E21/(Z41 +Z31 =1.05*(0.0004- 0.02j/(0.46j+0.0004-0.02j=0.004-0.002j Z22 =Z41*Z31/(Z41 +Z31 +Z21 =0.46j*(0.0004-0.02j/(0.46j+0.0004-0.02j+0.03+0.08j =0.02+0.0796j E41 =E22 =0.004-0.002j B24 =-0.02j E23 =E22 *B24 /(B24 +Z22 =(0.003-0.002j*(-0.02j/(- 0.02j+0.02

25、+0.0796j=0.007+0.003j Z23 =Z22 *B24 /(B24 +Z22 =(0.02+0.0796j*(- 0.02j/(-0.02j+0.02+0.0796j=0.1596+0.278j 负序 E13 =1.05 Z13 =0.35j I14 =E13/Z13 +E23/Z23 =(1.05/0.35j+0.007+0.003j/(0.1596+0.278j=0.763-6.587j Z14 =(Z13*Z23 /(Z13 +Z23 =0.35j*(0.1596+0.278j/(0.35j+0.1596+0.278j=0.017+0.104j I21 = I14 =0.

26、763-6.587j 零序 ZT2 =0.2j ZB24 =-0.02j ZL24 =0.03+0.08j Z21 =ZT2 *ZB24 /(ZT2 +ZB24 +ZL24 =0.2j*(-0.02j/ 0.2j+(-0.02j+0.03+0.08j=0.03+0.058j B24 =-0.02j Z22 =Z21*B24 /(B24 +Z21 =(0.03+0.058j*(-0.02j/(-0.02j+0.03+0.058j=0.005-0.026j Z12 =ZT1 =0.2j Z13 =(Z12 *Z22 /(Z12 +Z22 =0.2j*(0.005-0.026j/(0.2j+0.00

27、5-0.026j=0.007-0.0297j对计算结果比较分析结论 忽略对地支路时，当节点4发生两相金属 性短路时，比节点4发生单相金属性短路时，短路电流要增大 0.48%，而当节点4 发生三两相金属性接地短路时，比节点4发生两相金属性短路时的短路电流要增 大 0.30%。2本科生课程设计（论文） 第5章课程设计总结 首先我们由衷的感谢老师提供 给我们这样一个锻炼自己的机会，经过这两周的学习，本次课程设计即将结束，总的来说，经过这门课 的学习收获还是相 当大的。回顾这段时间的课程设计，至 今我仍感 慨万分。在两周的课设日子里，可以说得是苦甜各半，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。 通过这次课程设计使我们都 更加懂得并亲身体会到了 理论与实际相