电力系统两相短路计算与仿真3.docx

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电力系统两相短路计算与仿真3

辽宁工业大学

《电力系统分析》课程设计（论文）

题目：

电力系统两相短路计算与仿真（3）

院（系）：

工程技术学院

专业班级：

电气工程及其自动化12

学号：

学生姓名：

指导教师：

教师职称：

起止时间：

15-06-15至15-06-26

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：

工程技术学院教研室：

电气教研室

课程设计（论文）任务

G1T12L244T2G2

G

1:

kk:

1

L23L34

3

S1

原始资料：

系统如图

各元件参数标幺值如下（各元件及电源的各序阻抗均相同）：

T1：

电阻0.01，电抗0.18，k=1.1，标准变比侧YN接线，非标准变比侧Δ接线；

T2：

电阻0，电抗0.2，k=1.05，标准变比侧YN接线，非标准变比侧Δ接线；

L24:

电阻0.03，电抗0.07，对地容纳0.03；

L23:

电阻0.025，电抗0.06，对地容纳0.028；

L34:

电阻0.015，电抗0.06，对地容纳0.03；

G1和G2：

电阻0，电抗0.1，电压1.05；负荷功率：

S1=0.5+j0.2；

任务要求：

当节点2发生B、C两相金属性短路时，

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，对各种不同时刻BC两相短路进行Matlab仿真；

5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：

论文格式：

总成绩：

指导教师签字：

年月日

摘要

电力系统自动化（automationofpowersystems）对电能生产、传输和管理实现自动控制、自动调度和自动化管理。

电力系统是一个地域分布辽阔，由发电厂、变电站、输配电网络和用户组成的统一调度和运行的复杂大系统。

在电力系统的设计和运行中，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，这些故障多数是由短路引起的，例如短路时电路的电压骤降,严重影响电气设备的正常运行，短路时保护装置动作,如熔断器的保险丝熔断,将短路电路切除,这会造成停电，而且短路点越靠近电源,停电范围越大,造成生活的不便和经济上的损失，严重的短路会影响电力系统运行的稳定性,可使并列运行的发电机组失去同步,造成系统解列，不对称短路,像单相短路和两相短路。

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作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，以求得短路点电压和电流的各序分量。

关键词：

两相短路故障;短路计算;对称分量法.

目录

第1章绪论1

1.1电力系统短路计算概述1

1.2本文设计内容1

第2章电力系统不对称短路计算原理3

2.1对称分量法概念3

2.2三相序阻抗及等值网络3

2.3两相不对称短路的计算步骤4

2.4两相（b相和c相）短路4

第3章电力系统两相短路计算7

3.1系统等值电路及其简化7

3.2两相短路及其他各相电流电压运算10

第4章BC两相短路仿真13

4.1仿真模型的建立13

4.2仿真结果及分析14

第5章总结15

参考文献16

第1章绪论

电力系统短路计算概述

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。

电力系统短路故障发生的原因很多，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同。

但是，根本原因是电气设备载流部分相与相之间或相与地之间的绝缘遭到破坏。

主要有：

元件损坏，气象条件恶化，违规操作和其他

短路的危害性：

1）短路故障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。

2）短路电流使设备发热增加，短路持续时间较长时，设备可能过热以致损坏。

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。

3）当短路地点离电源不远而持续时间又较长时，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。

本文设计内容

学习两相短路故障的常用计算方法。

对称分量法是分析故障常用方法，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作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，以求得短路点电压和电流的各序分量。

通过对系统的两相短路故障的计算，认识短路故障对电力系统的影响。

为保证系统安全可靠地运行，减轻短路造成的影响，除在运行维护中应努力设法消除可能引起短路的一切原因外，还应尽快地切除短路故障部分，使系统电压在较短的时间内恢复到正常值。

第2章

电力系统不对称短路计算原理

对称分量法概念

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。

三相序阻抗及等值网络

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

；

分别为a相电流的正序、负序和零序分量并且有：

（2-1）

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

（2-2）

式中

；

分别为a相电流的正序，负序和零序分量，并且有

由上式我们可以看到，正序分量的相序与正常对称运行状态下的相序相同，而负序分量的相序则与正序相反。

两相不对称短路的计算步骤

确定计算条件，画出计算电路图

1.计算条件：

系统运行方式，短路地点、短路类型和短路后采取的措施。

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。

3.画等值电路，计算参数

4.网络化简，分别求出短路点至各等值电源点之间的总电抗

分别画出各段路点对应的等值电路，星角变化。

应用对称分量法分析各种简单不对称短路时，都可以写出各序网络故障点的电压方程式（2-3）.当网络的各元件都只用电抗表示时，上述方程式可以写成

式中，

，既是短路发生前故障点的电压。

这三个方程式包含了6个未知数。

因此，还需根据不对称的具体边界条件写出三个方程式，才能求解。

两相（b相和c相）短路

两相短路时故障点处的三个边界边界条件为

用对称分量法表示后整理可得

（2-3）

根据这些条件，我们可以用正序网络和负序网络组成两相短路的复合序网，如图2-1所示。

因为零序电流等于零，所以复合序网中没有零序网络。

利用这个复合序网络可以求出

（2-4）

以及

（2-5）

短路点故障相的电流为

（2-6）

b、c两相电流大小相等，方向相反。

他们的绝对值为

（2-7）

短路点各相对地电压为

（2-8）

图2-1b、c两相短路的复合序网

从以上的分析计算可知，两相短路有以下几个基本特点：

（1）短路电流及电压中不存在零序分量。

（2）可见，两相短路电流为正序电流的

倍；短路点非故障相电压为正序电压的两倍，而故障相电压只有非故障相电压的一半而且方向相反。

（3）短路时非故障相电压在短路前后不变，两故障相电压总是大小相等，数值上为非故障相电压的一半，两故障相电压相位上总是同相，但与非故障相电压方向相反。

第3章电力系统两相短路计算

系统等值电路及其简化

本课设的电力系统图如3-1所示，电力系统的实物接线图如3-2所示。

图3-1

由于电力系统网络主要受影响的系统的电抗，故正序图中只体现电抗的标幺值，其余忽略不计，将系统图转换为正序网络图如图3.2所示，

图3-2

正序网络图中出现角型连接，需将其装换成星型才可以继续简化网络。

根据星角变化公式：

即

=0.02，

=0.02，

=0.02

经转化后的正序网络如图3-3所示

图3-3

将正序图合并电抗后为：

图3-4

因为原始数据的正序、负序的系数相同，那么负序网络与正序网络类似。

负序网络图如图3-5所示

图3-5

将负序图合并电抗后图3-6所示

图3-6

由于系统发生两相短路，非接地，则不存在零序，在此不必画出零序网络。

两相短路及其他各相电流电压运算

根据图合并后的正序网络计算

和

那么正序图就可由其等值电路代替，如图3-7所示

图3-7正序网络等值电路

负序图也可以由其等值电路代替，如图3-8所示

图3-8负序网络等值电路

则

将图3-8和图3-9合并成两相短路复合序网如图3-10所示

图3-10两相短路复合序网

根据公式2-3和2-4可知

由公式2-5可知

由公式2-6可知，短路点故障相的电流为

b、c两相电流大小相等，方向相反。

他们的绝对值为

短路点各相对地电压为

第4章BC两相短路仿真

仿真模型的建立

将三相电路短路故障发生器中的故障相选择为B相和C相故障,即发生B相和C相两相短路故障。

仿真结果及分析

图4-1不同时刻BC两相短路进行Matlab仿真

第5章总结

此课程的设计的目的在于加强对电力系统短路基础理论和基本知识理解，掌握运用电力系统短路的基础理论知识解决一些简单系统的短路方法。

这次课程设计使我感受到了理论与实际相结合的，还提高了我动手查阅资料的能力还锻炼了自己独立目的及其重要意义，不但使我对所掌握电力系统短路基础知识有了更深刻的理解思考问题的能力。

在做课程设计的过程中，我查阅了很多参考书及运用自己所掌握的知识完成此次设计，在这里我也感谢所有给予我帮助的老师和同学，希望以后有更多的机会来锻炼自己，为以后的学习、生活打下良好的基础。

同时在这次设计中叶暴露出自己的不足，基础知识不够扎实，我会在以后的日子里加以改正来提高自己的综合能力。

参考文献

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[2]GB/T15544-1995“三相交流系统短路电流计算”

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华中科技大学出版社，2002.1

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水利电力出版社，1993.12 

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水利电力出版社，2004.1 

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水利电力出版社，2002.5 

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水利电力出版社，2004.6

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[14]曹绳敏.电力系统课程设计及毕业设计参考资料[M].北京：

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