电力系统单相短路计算与仿真

1、辽宁工业大学电力系统分析课程设计（论文）目：电力系统单相短路计算与仿真（1）院（系）:专业班级：学 号：学生姓名：指导教师：教师职称：起止时间：院（系）：课程设计（论文）任务及评语教研室：课程设讣(论文)任务各元件参数如下（各序参数相同）:Gl. G2： SN=30MVA, Vn=, X=：Tl: SN=I Vs%=10> k=121kVzPs=2OOkW, Po=35kWJo%=: YN/d-11 T2:Sn=, Vs%=,k=121k½Ps=180kW, Po=30kWJo%=: YN/d-11LI:线路长90km,电阻Qkm,电抗Qkm,对地容纳X 10 6Skm;L2:

2、线路长80km>电阻Q/krm 电抗Qkm对地容纳×10 6Skm:；L3:线路长70km,电阻Qkm,电抗Q/krm 对地容纳×106Skm;: 负荷：S3=45MVA,功率因数均为任务要求（节点3发生A相金属性短路时）：1计算各元件的参数：2画出完整的系统等值电路图：3忽略对地支路，计算短路点的A、B和C三相电压和电流：4忽略对地支路，计算其它各个右点的A、B和C三相电压和支路电流：5在系统正常运行方式下，对各种不同时刻A相接地短路进行MatIab仿 真：6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。指导教师评语及成绩平时考核：设计质量：答辩

3、：总成绩：指导教师签字：年月日ii:成绩：平时20%论文质量60% 答辩20% 以白分制讣算近年来，随着我国工业化的推进，国民经济也快速的发展着，与此同时电力 系统的规模变得越来越庞大，电力系统在人民的日常生活和工作中担任的角色也 越来越重要，因此，电力系统的稳定运行直接影响着人们的日常生活。在电力系统的设讣和运行中，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，这些故障多数是山短路引起的，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。关键词：单相短路电流；单相短路电压；仿真;第1章

4、绪论错误!未定义书签。电力系统短路计算概述错误!未定义书签。本文设计内容错误!未定义书签。第2章 电力系统不对称短路讣算原理错误!未定义书签。对称分量法基本原理错误!未定义书签。三相序阻抗及等值网络错误!未定义书签。单相不对称短路的计算步骤错误!未定义书签。第3章电力系统单相短路计算错误!未定义书签。系统等值电路及元件参数计算错误!未定义书签。系统等值电路及其化简错误!未定义书签o单相短路计算错误!未定义书签。第4章短路讣算的仿真错误!未定义书签。仿真模型的建立错误!未定义书签。仿真结果及分析错误!未定义书签。第5章总结错误!未定义书签。参考文献错误!未定义书签。第章绪论电力系统短路计算概述电

5、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（即在不同 地点同时发生短路或断线），而最为常见和对电力系统影响最大的是短路故障。 因此，故障分析重点是对短路故障的分析。所谓短路，是指一切不正常的相与相 之间或相与地之间（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。在三相系统中可能发生的短路有：三相短路,两相短路,单相短路接地和两相 短路接地。三相短路是对称的,其他类型的短路都是不对称的。在各种短路类型 中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。三相短路虽然很 少发生，但情况较严重，应给予足够的重视。短路故障

6、时短路点附近的支路中出现比正常值大许多倍的电流，由于短路电 流的电动力效应，导体间将产生很大的机械应力，可能使导体和它们的支架遭到 破坏。短路时系统电压大幅度下降，对用户影响很大。系统中最主要的电力负荷是 异步电动机，电压下降时，电动机的电磁转矩显著减少，转速随之下降。当电压 大幅下降时，电动机甚至可能停转，造成产品报废，设备损坏等严重后果。当短路地点离电源不远而持续时间乂较长时，并列运行的发电厂可能失去同 步，破坏系统稳定，造成大片区停电。这是短路故障最严重的后果。发生不对称短路时，不平衡电流能产生足够的磁通在邻近的电路内感应岀很 大的电动势，这对于架设在高压电力线路附近的通讯线路或铁道讯号

7、系统等会产 生重大影响。本文设计内容本科设主要计算单相短路及其仿真分析，具体设计安排如下：1计算各元件的参数；2画出完整的系统等值电路图；3忽略对地支路，计算短路点的A、B和C三相电压和电流；4忽略对地支路，计算其它各个节点的A、B和C三相电压和支路电流；5在系统正常运行方式下,对各种不同时刻A相接地短路进行Matlab仿真;6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。第2章电力系统不对称短路计算原理对称分量法基本原理所谓对称分量法，即将三个相量分解为对称的分量组，用于分析三相电路不 对称运行状态的一种方法。对称分量法是电工中分析对称系统不对称运行状态的一种基本方法。广

8、泛应用于三相交流系统参数对称、运行工况不对称的电气量计算。电力系统正常运行时可认为是对称的，即各元件三相阻抗相同，各自三 相电压、电流大小相等，具有正常相序。电力系统正常运行方式的破坏主要 与不对称故障或者断路器的不对称操作有关。由于整个电力系统中只有个别 点是三相阻抗不相等，所以一般不使用直接求解复杂的三相不对称电路的方 法，而采用更简单的对称分量法进行分析。电工中分析对称系统不对称运行状态的一种基本方法。电力系统中的发 电机、变压器、电抗器、电动机等都是三相对称元件，经过充分换位的输电 线基本上也是三相对称的。对于这种三相对称系统的分析计算可以方便地用 单相电路的方法求解。对称分量法是分析

9、不对称故障的常用方法，根据不对称分量法，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f=,2°且有l + " + =0, «3 = 1； /*;1）* 2 /二分别为a相 电流的正序、负序和零序分量并且有。b()(l>()<*(1)(2-2)当已知三相补对称的相量时，可山上式求得各序对称分量，已知各序对称分量时，也可以求岀三相不对称的相量，即(2-3)式中&#

10、39;11(2-4)ST= a2 a 1< a a1 1)a()(a)(b)(C)图三相量的对称分量展开(23)并计及式(22)有(2-5)电压的三相相量与其对称分量之间的关系也与电流一样。三相序阻抗及等值网络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。不对称短路时故障处的短路电流和电压网络的故障处，对称分量分解后可用 序电压方程表示为儿种主要的序网。为使电路简化，需要将线路的三角形连接转化为星形连接，转化后其正序、负序和零序网络图如下。图零序网络对正序、负序和零序网络内电抗进行Y转换讣算如下。= 0.023X

11、34 X240.06x0,08X24 + X54 + X25 " 0.08 + 0.06 + 0.068X=八 34 “23=°.06x°068= 00202 X24 + X34 + 23 0.08 + 0.06 + 0.068' J= 0.026X23X24_°068x008X24 + Mm + X23 一 O°8 + 006 + 0.068三相序阻抗化简，其等值网络图如下。图正序等值网络图负序等值网络图零序等值网络对等效电抗进行计算(1) 正序AGl(I) + An=丿 0.15 + J.l5+ = /).3j×2 + j

12、×sw + JX3 = 70.020 + j.2+./0.026 = ./0.246jX2 + 7Xc2u1 + JX1 = 0.15 + 0.15 + 70.023 = 0.323必皿F0.869(2) 负序j×G(2 + J×n= JO. 15 + 70.15 = y.3jX2 + jX Sg + jx 3 = 7'0021 + )0.2 + 0.026 = 0.247jXr2 + JXg2 + JXl = 7'02 + 0.15 + ./0.023 = J0.373JXg) =jjj=+71(2)÷J jXEXsg+jX'

13、jX2 + jXG2(2' + jXP=丿00994+JO. 3J0.247/0.373(3) 零序JXff(O) =jj=+丿XT'1 + 3(0) J2<0) + X"0) + jX2ii= I ' I = Io4+ -T0.2 + 0.026 J0.021 + 0.023÷ 丿015丿0.226 JO. 194单相不对称短路的计算步骤1. 确定计算条件，画计算电路图1）计算条件：系统运行方式，短路地点、短路类型和短路后釆取的措施。2）运行方式：系统中投入的发电、输电、变电、用电设备的多少以及它们 之间的连接情况。根据计算Ll的确定系统运行

14、方式，画相应的计算电路图。选电气设备：选择正常运行方式画计算图；短路点取使被选择设备通过的短路电流最大的点。继电保护整定：比较不同运行方式，取最严重的。2. 画等值电路，计算参数；分别画各段路点对应的等值电路。标号与计算图中的应一致。3. 网络化简，分别求出短路点至各等值电源点之间的总电抗。等值电源归算（1）同类型且至短路点的电气距离大致相等的电源可归并；（2）至短路点距离较远的同类型或不同类型的电源可归并；（3）直接连于短路点上的同类型发电机可归并；第3章电力系统单相短路计算系统等值电路及元件参数计算单相接地短路时，故障处的三个边界条件为匕=OZ=Oz =o,经过整理后 便得到用序量表示的边

15、界条件为(l) +Yb(2) ÷Yh(0) = °短路点电流和电丿E的各序分量为I = J = J1 fa 1(2) Ifa(Q)(3-2)jfa(I) = '"/(O厂 JXJr/血 匕=丿X”乙 VeO) = 丿Xjno几电压和电流的各序分量，也可以直接应用复合序网来求得。根据故障处各序 分量之间的关系，将各序网络在故障端口联接起来构成的网络称为复合序网。用 复合序网进行计算，可以得到同样结果。短路点的故障相电流为/.I)=血=/归+IfiI(3-3)3怙丿(X")+ Xj?* + X 加 0)(34)带入式(3-4)各个数据，得j _3%)

16、3×J 3Ph 一 J(XJr(I)+ X#(2) + X#(O) " y(0.869+0.373÷0.104) 一 儿346由式(33)和式(3得11.346山式(32)得1匕 F(X ÷ XE儿=000994+ )0.104) X= 0.151K<2)= JXm 乙=j0.0994×-= -0.0747.34o1K(O)=丿天小。化=y0.104×- = -0.077yl.34o短路点非故障相的对地电压Vjb ="+afa(2) +(0)=丿(。Q)Xjff+(" J)XJf(O)'向1>=

17、(t2-1)0.0994+(W2-I)0.1041Jl .346a(a -1)0.0994+(/ - I)OaO41.346VfC =ClfairVfa +%=MS )Xr + ("l)X"gi)j(a 6/2)0.0994+ (U 1)0.1041Jl .346(rt-6Z2)0.0994+(r-l)0.I041.346系统等值电路及其化简为使电路简化，需要将线路的三角形连接转化为星形连接，其转化公式为。7 0 e"Zab + Zbc + Zea7 =ab乙 b 7+7+7J ab J be J Ca7 =Ca beCa厶 N+z/z在进行电路化简时，还需要对电

18、源、阻抗进行合并，其公式如下。EE 广 EEEi+Ei一 ZZZ1÷Z2代数得,1abACIaIb=OIC=OZQb + Zg0.869+ J0.104Zab + Zbe + ZCa0.869+ y0.0994+ JO. 104乙 C + ZabJ0.0994+ /0.869Zab + ZbC + ZCaJ0.869+ J0.0994+ JO. 104ZCfl + Zz )0.104+)0.0994Zab + ZbC + Zg0.869+ )0.0994+ )0.104Ee(I_ E1E2+E2E1 I IEi +E2乙讥1) /0.15 × /0.15 C 山亡 =0.0

19、750.15 + JO. 15乙=0.907Zb =0.903Z严= 0.19对于正序图,图单相接地短路IfaI图单相短路的复合序网第4章短路计算的仿真仿真模型的建立当A相发生接地短路时故障点A相电压降为零，山于系统为不接地系统，即 Xff无穷大，山公式可知，单项短路电流减为零，非故障相即BC两项电压上升为 线电压，其夹角为60。故障切除后各相电压水平较原来升高，这是中性点电位升 高导致的。0.00Q2 03040.50.6Btlii）s图单项接地（A相）电压图单项接地（A相）电流当输电线路发生A相接地短路时，B相、C相电流没有变化，始终为0。在正 常状态时，三相短路故障发生器处于断开状态，A相电流为OO在时，三相短路 故障发生器闭合，此时A相接地短路，其短路电流形发生了剧烈的变化，但大体 上仍呈现正弦规律变化。在时，三相短路故障发生器打开，故障排除，此时故障 点A相电流迅速变为0。具体的仿真波形如图所示：图单项（A相）接地各项电流波形仿真结果及分析系统釆用中性点不接地方式时，发生单相接地故障三相间线电压仍然对称， 不必马上切除故障部分，提高了供电的可靠性。但是接地电流在故障处可能产生 稳定或间歇性的电弧，将危害整个电网的安全运行。若系统改为直接接地，中性点会与故障点成短路回路，线路