1、遼寧工業大學電力系統分析課程設計（論文）目：電力系統單相短路計算與仿真（1）院（系）:專業班級：學 號：學生姓名：指導教師：教師職稱：起止時間：院（系）：課程設計（論文）任務及評語教研室：課程設訃(論文)任務各元件參數如下（各序參數相同）: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:線路長90km,電阻Qkm,電抗Qkm,對地容納X 10 6Skm;L2:

2、線路長80km>電阻Q/krm 電抗Qkm對地容納×10 6Skm:；L3:線路長70km,電阻Qkm,電抗Q/krm 對地容納×106Skm;: 負荷：S3=45MVA,功率因數均為任務要求（節點3發生A相金屬性短路時）：1計算各元件的參數：2畫出完整的系統等值電路圖：3忽略對地支路，計算短路點的A、B和C三相電壓和電流：4忽略對地支路，計算其它各個右點的A、B和C三相電壓和支路電流：5在系統正常運行方式下，對各種不同時刻A相接地短路進行MatIab仿 真：6將短路運行計算結果與各時刻短路的仿真結果進行分析比較，得出結 論。指導教師評語及成績平時考核：設計質量：答辯

3、：總成績：指導教師簽字：年月日ii:成績：平時20%論文質量60% 答辯20% 以白分制訃算近年來，隨著我國工業化的推進，國民經濟也快速的發展著，與此同時電力 系統的規模變得越來越龐大，電力系統在人民的日常生活和工作中擔任的角色也 越來越重要，因此，電力系統的穩定運行直接影響著人們的日常生活。在電力系統的設訃和運行中，必須考慮到可能發生的故障和不正常的運行情 況，防止其破壞對用戶的供電和電氣設備的正常工作。從電力系統的實際運行情 況看，這些故障多數是山短路引起的，因此除了對電力系統的短路故障有一較深 刻的認識外，還必須熟練掌握電力系統的短路計算。關鍵詞：單相短路電流；單相短路電壓；仿真;第1章

4、緒論錯誤!未定義書簽。電力系統短路計算概述錯誤!未定義書簽。本文設計內容錯誤!未定義書簽。第2章 電力系統不對稱短路訃算原理錯誤!未定義書簽。對稱分量法基本原理錯誤!未定義書簽。三相序阻抗及等值網絡錯誤!未定義書簽。單相不對稱短路的計算步驟錯誤!未定義書簽。第3章電力系統單相短路計算錯誤!未定義書簽。系統等值電路及元件參數計算錯誤!未定義書簽。系統等值電路及其化簡錯誤!未定義書簽o單相短路計算錯誤!未定義書簽。第4章短路訃算的仿真錯誤!未定義書簽。仿真模型的建立錯誤!未定義書簽。仿真結果及分析錯誤!未定義書簽。第5章總結錯誤!未定義書簽。參考文獻錯誤!未定義書簽。第章緒論電力系統短路計算概述電

5、力系統在運行過程中常常會受到各種擾動，其中，對電力系統影響較大的 是系統中發生的各種故障。常見的故障有短路、斷線和各種復雜故障（即在不同 地點同時發生短路或斷線），而最為常見和對電力系統影響最大的是短路故障。 因此，故障分析重點是對短路故障的分析。所謂短路，是指一切不正常的相與相 之間或相與地之間（對于中性點接地的系統）發生通路的情況。在三相系統中可能發生的短路有：三相短路,兩相短路,單相短路接地和兩相 短路接地。三相短路是對稱的,其他類型的短路都是不對稱的。在各種短路類型 中，單相短路占大多數，兩相短路較少，三相短路的機會最少。三相短路雖然很 少發生，但情況較嚴重，應給予足夠的重視。短路故障

6、時短路點附近的支路中出現比正常值大許多倍的電流，由于短路電 流的電動力效應，導體間將產生很大的機械應力，可能使導體和它們的支架遭到 破壞。短路時系統電壓大幅度下降，對用戶影響很大。系統中最主要的電力負荷是 異步電動機，電壓下降時，電動機的電磁轉矩顯著減少，轉速隨之下降。當電壓 大幅下降時，電動機甚至可能停轉，造成產品報廢，設備損壞等嚴重后果。當短路地點離電源不遠而持續時間乂較長時，并列運行的發電廠可能失去同 步，破壞系統穩定，造成大片區停電。這是短路故障最嚴重的后果。發生不對稱短路時，不平衡電流能產生足夠的磁通在鄰近的電路內感應岀很 大的電動勢，這對于架設在高壓電力線路附近的通訊線路或鐵道訊號

7、系統等會產 生重大影響。本文設計內容本科設主要計算單相短路及其仿真分析，具體設計安排如下：1計算各元件的參數；2畫出完整的系統等值電路圖；3忽略對地支路，計算短路點的A、B和C三相電壓和電流；4忽略對地支路，計算其它各個節點的A、B和C三相電壓和支路電流；5在系統正常運行方式下,對各種不同時刻A相接地短路進行Matlab仿真;6將短路運行計算結果與各時刻短路的仿真結果進行分析比較，得出結論。第2章電力系統不對稱短路計算原理對稱分量法基本原理所謂對稱分量法，即將三個相量分解為對稱的分量組，用于分析三相電路不 對稱運行狀態的一種方法。對稱分量法是電工中分析對稱系統不對稱運行狀態的一種基本方法。廣

8、泛應用于三相交流系統參數對稱、運行工況不對稱的電氣量計算。電力系統正常運行時可認為是對稱的，即各元件三相阻抗相同，各自三 相電壓、電流大小相等，具有正常相序。電力系統正常運行方式的破壞主要 與不對稱故障或者斷路器的不對稱操作有關。由于整個電力系統中只有個別 點是三相阻抗不相等，所以一般不使用直接求解復雜的三相不對稱電路的方 法，而采用更簡單的對稱分量法進行分析。電工中分析對稱系統不對稱運行狀態的一種基本方法。電力系統中的發 電機、變壓器、電抗器、電動機等都是三相對稱元件，經過充分換位的輸電 線基本上也是三相對稱的。對于這種三相對稱系統的分析計算可以方便地用 單相電路的方法求解。對稱分量法是分析

9、不對稱故障的常用方法，根據不對稱分量法，一組不對稱 的三相量可以分解為正序、負序和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量（電流或電壓），可以分解為三相三組對稱的相量，當 選擇a相作為基準時，三相相量與其對稱分量之間的關系（如電流）為。(2-1)式中運算子f=,2°且有l + " + =0, «3 = 1； /*;1）* 2 /二分別為a相 電流的正序、負序和零序分量并且有。b()(l>()<*(1)(2-2)當已知三相補對稱的相量時，可山上式求得各序對稱分量，已知各序對稱分量時，也可以求岀三相不對稱的相量，即(2-3)式中&#

10、39;11(2-4)ST= a2 a 1< a a1 1)a()(a)(b)(C)圖三相量的對稱分量展開(23)并計及式(22)有(2-5)電壓的三相相量與其對稱分量之間的關系也與電流一樣。三相序阻抗及等值網絡短路故障的計算與分析,主要是短路電流的大小及其變化規律不僅與短路故 障的類型有關,而且與電源特性,網絡元件的電磁參數有關。不對稱短路時故障處的短路電流和電壓網絡的故障處，對稱分量分解后可用 序電壓方程表示為兒種主要的序網。為使電路簡化，需要將線路的三角形連接轉化為星形連接，轉化后其正序、負序和零序網絡圖如下。圖零序網絡對正序、負序和零序網絡內電抗進行Y轉換訃算如下。= 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 + 0.068三相序阻抗化簡，其等值網絡圖如下。圖正序等值網絡圖負序等值網絡圖零序等值網絡對等效電抗進行計算(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) 負序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單相不對稱短路的計算步驟1. 確定計算條件，畫計算電路圖1）計算條件：系統運行方式，短路地點、短路類型和短路后釆取的措施。2）運行方式：系統中投入的發電、輸電、變電、用電設備的多少以及它們 之間的連接情況。根據計算Ll的確定系統運行

14、方式，畫相應的計算電路圖。選電氣設備：選擇正常運行方式畫計算圖；短路點取使被選擇設備通過的短路電流最大的點。繼電保護整定：比較不同運行方式，取最嚴重的。2. 畫等值電路，計算參數；分別畫各段路點對應的等值電路。標號與計算圖中的應一致。3. 網絡化簡，分別求出短路點至各等值電源點之間的總電抗。等值電源歸算（1）同類型且至短路點的電氣距離大致相等的電源可歸并；（2）至短路點距離較遠的同類型或不同類型的電源可歸并；（3）直接連于短路點上的同類型發電機可歸并；第3章電力系統單相短路計算系統等值電路及元件參數計算單相接地短路時，故障處的三個邊界條件為匕=OZ=Oz =o,經過整理后 便得到用序量表示的邊

15、界條件為(l) +Yb(2) ÷Yh(0) = °短路點電流和電丿E的各序分量為I = J = J1 fa 1(2) Ifa(Q)(3-2)jfa(I) = '"/(O廠 JXJr/血 匕=丿X”乙 VeO) = 丿Xjno幾電壓和電流的各序分量，也可以直接應用復合序網來求得。根據故障處各序 分量之間的關系，將各序網絡在故障端口聯接起來構成的網絡稱為復合序網。用 復合序網進行計算，可以得到同樣結果。短路點的故障相電流為/.I)=血=/歸+IfiI(3-3)3怙丿(X")+ Xj?* + X 加 0)(34)帶入式(3-4)各個數據，得j _3%)

16、3×J 3Ph 一 J(XJr(I)+ X#(2) + X#(O) " y(0.869+0.373÷0.104) 一 兒346由式(33)和式(3得11.346山式(32)得1匕 F(X ÷ XE兒=000994+ )0.104) X= 0.151K<2)= JXm 乙=j0.0994×-= -0.0747.34o1K(O)=丿天小?；?y0.104×- = -0.077yl.34o短路點非故障相的對地電壓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系統等值電路及其化簡為使電路簡化，需要將線路的三角形連接轉化為星形連接，其轉化公式為。7 0 e"Zab + Zbc + Zea7 =ab乙 b 7+7+7J ab J be J Ca7 =Ca beCa厶 N+z/z在進行電路化簡時，還需要對電

18、源、阻抗進行合并，其公式如下。EE 廣 EEEi+Ei一 ZZZ1÷Z2代數得,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乙譏1) /0.15 × /0.15 C 山亡 =0.0

19、750.15 + JO. 15乙=0.907Zb =0.903Z嚴= 0.19對于正序圖,圖單相接地短路IfaI圖單相短路的復合序網第4章短路計算的仿真仿真模型的建立當A相發生接地短路時故障點A相電壓降為零，山于系統為不接地系統，即 Xff無窮大，山公式可知，單項短路電流減為零，非故障相即BC兩項電壓上升為 線電壓，其夾角為60。故障切除后各相電壓水平較原來升高，這是中性點電位升 高導致的。0.00Q2 03040.50.6Btlii）s圖單項接地（A相）電壓圖單項接地（A相）電流當輸電線路發生A相接地短路時，B相、C相電流沒有變化，始終為0。在正 常狀態時，三相短路故障發生器處于斷開狀態，A相電流為OO在時，三相短路 故障發生器閉合，此時A相接地短路，其短路電流形發生了劇烈的變化，但大體 上仍呈現正弦規律變化。在時，三相短路故障發生器打開，故障排除，此時故障 點A相電流迅速變為0。具體的仿真波形如圖所示：圖單項（A相）接地各項電流波形仿真結果及分析系統釆用中性點不接地方式時，發生單相接地故障三相間線電壓仍然對稱， 不必馬上切除故障部分，提高了供電的可靠性。但是接地電流在故障處可能產生 穩定或間歇性的電弧，將危害整個電網的安全運行。若系統改為直接接地，中性點會與故障點成短路回路，線路