1、 DOCPROPERTY Manager * MERGEFORMAT Xinjiang Institute of Engineering課程設計說明書 題目名稱： 某系統短路計算 系 部： 電力工程系 專業班級： 電氣工程12-3 學生姓名： 王 東 學 號： 2014220040 指導教師： 劉 華 完成日期： 2015年01月16日 電力工程系課程設計答辯情況記錄表答辯人姓名王東班 級電氣工程12-3專 業電氣工程及其自動化設計題目某系統短路計算指導老師劉華答辯日期2015年01月15 日答辯時間16時03分16時30分自述 本次設計就是就某系統發生短路而進行的短路計算。通過手算并輔以仿真

2、。電力系統的運行過程中，時常會發生故障，其中大多數是短路故障。在三相供電系統中，破壞供電系統正常運行的故障最為常見而且危害性最大的就是各種短路?；卮饐栴}1.課程設計的思路是什么？ 答：首先，分析題目根據題目列出相邊界與序邊界條件，然后組合序網求出相電流與序電流，手算之后到實驗室進行PSASP仿真。2.短路計算的方法有哪些？你們用的是什么方法？ 答：對稱分量法，不對稱分量法。我們用的是不對稱分量法。3.短路計算的目的是什么？ 答：選擇限制短路電流的方式，選擇電氣設備，整定繼電保護裝置，選擇主接線方案 4.設計遇到哪些問題？如何解決的？ 答：主要是 計算時公式理解不夠導致計算錯誤，然后我們就找學習

3、比我們好的請教，弄懂，在仿真的時候短路計算老是發生錯誤，最后問別的同學，才仿真成功！ 5.課程設計體會是什么？ 答：發現了自己的不足，主要是計算不仔細，有些公式沒記住，概念理解的也不是很透徹，覺得以后在學習中要更加努力，然后就是得到了班里其他同學的幫助讓我很溫暖 。小結 短路電流的計算可以幫助我們在設計系統時就可把短路問題考慮進去，并選擇方案及電氣設備。還有避免系統在運行中出現故障，造成大面積的停電；或是造成對設備的投資過多，造成浪費。 答辯教師： 年 月 日新疆工程學院電力工程系課程設計評定意見設計題目： 某系統短路計算 學生姓名： 王 東 專業 電氣工程及其自動化 班級 電氣工程12-3

4、評定意見：評定成績： 指導教師（簽名）： 年 月 日評定意見參考提綱：1、學生完成的工作量與內容是否符合任務書的要求。2、學生的勤勉態度。3、設計或說明書的優缺點，包括：學生對理論知識的掌握程度、實踐工作能力、表現出的創造性和綜合應用能力等。新疆工程學院電力工程系課程設計任務書14/15學年 1學期2014年12月18日專 業電氣工程及其自動化班級電氣工程12-3 課程名稱電力系統分析基礎設計題目某系統短路計算指導教師劉 華起止時間2015年01月12日2015年01月16日周數1周設計地點神華樓A303仿真實驗室設計目的：本次電力系統課程設計是根據給定的原始材料完成、鞏固和加深對電力系統短路

5、計算基本原理的理解，學習和掌握應用計算機進行電力系統設計和計算的方法，培養學生獨立分析和解決問題的能力。設計任務或主要技術指標：短路點短路電流的計算所需的部分參數都已經標注在電路圖中，本組成員計算所需系統C、變壓器T1、線路L、變壓器T2、發電機G等的電抗標幺值。發電機：電壓標幺值Eeq=1；線 路：正序負序阻抗的額定標幺值取0.05，零序阻抗的額定標幺值取0.15；a.求系統C的正序電抗；b.求K點發生abc兩相接地短路和abc三相短路時故障點電流；c.求K點發生abc三相短路時發電機G和系統C分別提供的故障電流。線路單位長度的參數見電力系統分析教材。2.設計進度與要求設計進度：1 第一天：

6、選題，收集資料，完成開題報2 第二天第三天：電網接線方案設計3 第四天：完成電路電流的手工計算 4 第五天：基于PSASP的仿真短路計算 5 第六第七天日：打印設計初稿，交指導老師批閱。 要求：1 a.求系統C的正序電抗；b.求K點發生abc兩相接地短路和abc三相短路時故障點電流；c.求K點發生abc三相短路時發電機G和系統C分別提供的故障電流。線路單位長度的參數見電力系統分析教材；2 用PSASP建模仿真計算；3 2人一組，1人手算，1人計算機仿真計算。4 計算題目要求的電網的1個點的短路電流，畫出正序，負序，零序和等效圖，手算之后再在計算機上用PSASPB建模仿真。主要參考書及參考資料：

7、1 李庚銀.電力系統分析基礎 M.北京：機械工業出版社.2011.8;2 中國電力科學研究院.短路計算用戶手冊M.2010.6；3 中國電力科學研究院.潮流計算用戶手冊M.2010.6；教研室主任（簽名） 系（部）主任（簽名） 年 月 日 摘 要電能是現代社會中最重要，也是最方便的能源。電能具有許多優點，它可以方便地轉化為別種形式的能，它的輸送和分配易于實現；它的應用規模也很靈活。電力系統正常運行的破壞多半是由短路故障引起的。發生短路時，系統從一種狀態劇變到另一種狀態，并伴隨產生復雜的暫態現象。所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或相與地發生通路的情況。在三相系統中，可能發生的短路有：三相短路

8、、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絡的電勢方程，根據不對稱短路的不同類型列寫邊界條件方程。聯立求解這些方程可以求得短路點電壓和電流的各序分量?！娟P鍵詞】 短路、對稱短路、不對稱短路Abstract Electric power is the most important in the modern society, is also the most convenient source of energy. Electric energy has many advantages, it can be easily transformed into

9、 other forms of energy, it is easy to realize the transmission and distribution; it is also flexible application scale.Most of the normal operation of the power system failure is caused by short circuit fault. When a short circuit occurs, the system from one state to another state of upheaval, and a

10、ccompanying transient phenomena complex. The so-called short, refers to the occurrence of path or phase between all not normal phase conditions. In the three-phase system, short circuit may occur: three phase short circuit, two phase short circuit, two phase short circuit to ground and single-phase

11、grounding fault.For a variety of asymmetric short circuit, can be classified the EMF equation to write each sequence network on the short point, according to different types of asymmetric short-circuit column write boundary condition equations. The sequence component of simultaneous solution of thes

12、e equations can be solved by the short point of voltage and current. keyword: symmetric asymmetric short-circuit short-circuit目錄TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc25598 1 設計任務 設計任務如圖所示發電機G，變壓器T1、T2以及線路L電抗參數都以統一基準的標幺值給出，系統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， 。圖1 電路原理圖要求完成的主要任務: (1) 求

13、系統C的正序電抗； (2) 求K點發生bc兩相短路和abc三相短路時故障點電流； (3) 求K點發生bc兩相短路和abc三相短路時發電機G和系統C分別提供的故障電流(假設故障前線路中沒有電流)。2 設計原理2.1 兩相短路1. 兩相短路各序網絡的制定應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的各序網絡。為此，應根據電力系統的接線圖，中性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絡中，并用相應的序參數和等值電路表示。除中性點接地阻抗，空載線路以及空載變壓器外，電力系統各元件均應包括在正序網

14、絡中，并且用相應的正序參數和等值電路表示，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。因此，把正序網絡中各元件的參數都用負序參數代替，并令電源電勢等于零，便得到負序網絡如圖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，他們必須經過大地才能構成通路，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系，如圖4所示。利用各序的網絡圖可以計算出相應的各序阻抗。圖2 系統的正序網絡-圖3 系統的負序網絡-圖4 系統的零序網絡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，根據對稱分量法，一組不對稱的三相量可

15、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，當選擇a相作為基準相時；三相相量與其對稱分量之間的關系為：式（2-1）中，運算子 ，且有分別為a相電流的正序、負序和零序分量，并且有最后可得到電壓的三相相量與其對應的序分量之間的關系也與電流的一樣。2.2 三相短路正序等效定則：是指在簡單不對稱短路的情況下，短路點電流的正序分量與在短路點各相中接入附加電抗而發生三相短路時的電流相等。三種不對稱短路電流的正序分量的計算和三相短路電流在形式上很相近，只是阻抗為 ,是附加阻抗。在單相短路時附加阻抗為和(或)的串聯；兩相短路時附

16、加阻抗為(或)；兩相短路接地時為 (或)的并聯。因此，對于任一種不對稱短路，其短路電流的正序分量可以利用圖5所示的正序增廣網絡計算。圖5 正序增廣網絡在圖5中，阻抗Z為附加阻抗，對于任一種不對稱短路，其短路電流的正序分量可以利用圖5所示的正序增廣網絡計算。故障相短路電流的值和正序分量有一定關系，可以用以下公式： QUOTE 上式中 Z正序增廣網絡中附加阻抗； M 故障相短路電流對正序分量的倍數。表2-1列出了各種短路時Z和M的值，對于兩相短路接地，表中的M值只適用于純電抗的情況。表2-1各種短路時的Z和M值短路種類ZM三相短路01單相短路Z(2)+( Z(1)+3 Zf)3兩相短路Z(2)+

17、Zf兩相接地短路3 計算過程及步驟3.1 系統C的正序電抗計算應用對稱分量法分析各種簡單不對稱故障時，都可以寫出各序網絡故障點的電壓方程式(3-1)，當網絡的各元件都只用阻抗表示時,方程可寫成式中 QUOTE = QUOTE ，即是短路發生前故障點的電壓。a相接地短路時，故障處的三個邊界條件為：用對稱分量表示為：經整理后便得到用序量表示的邊界條件為根據邊界條件式和方程式(3-1)。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：根據設計任務所給的已知條件代入式得：與式相比并且將代入兩式得： 對式進行化簡，最終得到：由系統的各序網絡圖可得到：最后可解得：由此可得:3.2 K點發生

18、兩相短路時故障點電流計算K點發生兩相（b、c相）短路，該點三相對地電壓及流出該點的相電流（短路電流）具有下列邊界條件：將它們轉換為用對稱分量表示，先轉換電流即為：說明兩相短路故障點沒有零序電流，因為故障點不與地連接，零序電流沒有通路。由式中電壓關系可得即(省略下標a) 和即為兩相短路的三個邊界條件。即解聯立方程和得故障相短路電流為3.3 K點發生abc三相短路時故障點電流根據正序等效定則可知，三相短路的附加阻抗 ,即三相短路電流等于正序電流（三相短路）總電抗： 由此三相短路電流：3.4 K點發生abc三相短路時發電機G和系統C分別提供的故障電流K點發生abc三相短路系統C故障電流：K點發生ab

19、c三相短路發電機G故障電流：4 仿真實驗本次仿真用PSASP軟件，PSASP基于電網基礎數據庫、固定模型庫以及用戶自定義模型庫的支持，可以進行電力系統（輸電、供電和配電系統）的各種計算分析。4.1交直流電力系統分析程序功能潮流計算、暫態穩定、短路電流、網損分析、電壓穩定、靜態安全分析、靜態和動態等值、直接法暫態穩定、小干擾穩定、最優潮流和無功優化、參數優化協調、繼電保護整定與仿真；主要特點:交直流混合電力系統；固定模型庫和用戶自定義模型庫支持；提供用戶程序接口實現與用戶程序聯合運行；文本和圖形兩種運行模式及多種形式的結果輸出；開放友好的用戶程序接口環境；PSASP提供用戶程序接口(UPI)環境

20、使PSASP模塊和用戶程序模塊聯合運行共同完成某一計算任務；UPI為用戶提供了更加自由更加開放的環境即通過編程(語言工具不限如FORTRANC+等)；利用PSASP的資源和實現PSASP的功能擴充；利用Windows操作系統提供的動態連接庫(DLL)支持可以使UPI方式與PSASP內部的固定模型方式在計算精度和時間上達到同樣的效果其中不少單位如清華大學浙江中試等應用UPI做了很多富有成效的科研工作。潮流計算流程：PSASP潮流計算的流程和結構如下圖所示：圖6 圖6短路計算流程：圖7 圖74.2仿真結果部分截圖圖8仿真主接線圖圖9系統潮流分析圖10 BC短路短路電流圖11 BC兩相短路電流報表圖

21、12 K點ABC三相短路電流圖13 ABC三相短路報表圖14 發電機G母線側三相短路電流由于計算誤差以及PSASP仿真時發電廠、變壓器、母線、交流線等一系列的參數只知道阻抗，部分數據不統一。所以導致手算和PSASP短路計算出來的數據存在一定的差值。發電機母線側三相短路電流的計算直接用PSASP軟件計算，不基于潮流計算。如有必要可在發電機G側母線上加裝限流電抗器。結果分析經過計算可以看出系統在發生單相接地短路時,與大小相同，相位相反。同樣在發生兩相短路接地時bc兩相的電流大小相等，相位相反；非短路相短路電流為零；在發生bc兩相短路時，雖然非故障相短路電流為零，但系統C和發電機G各系統提供的正序電流和負序電流不為零。由分析計算可知，兩相短路有以下幾個基本特點：（1）短路電流及電壓中不存在零序分量。（2）兩故障相中的短路電流的絕對值相等，而方向相反，數值上為正序電流的3倍。（3）當正序阻抗等于負序阻抗時，兩相短路的故障相電流為同一點發生三相短路時的短路電流的倍，因此可以通過對序網進行三相短路計算來近似求兩相短路的電流。（4）短路時非故障相電壓在短路前后不變，兩故障相電壓總是大小相等，數值上為非故障相電壓的一半，兩故障相電壓相位上總是同相，但與非故障相電壓方向相反。三相短