銀川能源學院課程設計課程名稱：電力系統分析設計題目：電力系統三相短路電流的計算目錄TOC\o"1-3"\h\u28935摘要 摘要電力系統分析是電氣工程、電力工程的專業核心課程，通過學習電力系統分析，學生可以了解電力系統的構成，電力系統的計算分析及方法、電力系統常見的故障及其處理方法、電力系統穩定性的判斷，為從事電力系統打下必要的基礎。電力系統短路電流的計算是重中之重，電力系統三相短路電流計算主要是短路電流周期（基頻）分理的計算，在給定電源電勢時，實際上就是穩態交流電路的求解。采用近似計算法，對系統元件模型和標幺參數計算作簡化處理，將電路轉化為不含變壓器的等值電路，這樣，就把不同電壓等級系統簡化為直流系統來求解。在電力系統中，短路是最常見而且對電力系統運行產生最嚴重故障的后果之一。課題電力系統接線圖如圖所示，其中G為發電機，M為電動機，負載(6)為由各種電動機組合而成的綜合負荷，設在電動機附近發生三相短路故障，計算短路點k的短路電流。第一章.短路的概述1.1發生短路的原因電力系統中，發生短路故障的原因有很多，常見的有：（1）元件的絕緣自然老化發展成短路;（2）因雷擊或過電壓引起電弧放電，鳳、雪等自然災害引起電桿倒塌；（3）違反了電力系統的正規操作——違規操作；其他，如鳥獸等跨接裸露導線等造成的短路。1.2發生短路的類型電力系統中，發生短路故障的類型具體可分為以下：三相接地故障，用表示；單相接地故障，用表示；兩相短接故障，用表示；兩相接地短路故障，用表示；電力系統中，短路故障歸類可以分為：三相短路｛對稱短路｝兩相短路｛不對稱短路｝單相接地短路｛不對稱短路｝兩相接地短路｛不對稱短路｝在這些故障中，三相短路故障雖然很少發生，但情況比較嚴重，且三相短路時電力系統仍是三相對稱的，稱為對稱故障，分析比較容易，因此對三相短路的研究有十分重要的意義。1.3短路計算的目的在電力系統中，短路計算具有十分重要的意義：選擇有足夠電動力穩定和熱穩定性的電氣設備；合理的配置繼電保護及自動裝置，并正確整定其參數；選擇最佳的主接線方案；進行電力系統暫態穩態的計算；確定電力線路對鄰近通信線路的干擾等；1.4短路的后果發生短路故障時可能產生以下后果：（1）通過短路點的很大短路電流和所燃起的電弧使短路點的元件發生故障甚至損壞。（2）短路電流通過非故障設備時，由于發熱和電動力作用，引起它們使用壽命縮短甚至嚴重損壞。（3）電力系統中部分地區的電壓嚴重降低，使大量電力用戶的正常工作遭到破壞。（4）破壞電力系統中各發電廠之間并列運行的穩定性，引起系統振蕩甚至使得系統崩潰，無法繼續正常運行。所以，有必要對電力系統進行短路計算分析。根據計算的結果，合理選擇和校驗電氣設備，進行繼電保護裝置的選型與整定計算，分析電力系統的故障及穩定性能，選擇限制短路電流的措施和確定電力線路對通信線路的影響等。第二章.給定電力系統進行三相短路電流的計算2.1收集已知電力系統的原始參數發電機G1：額定有功功率60MVA次暫態電抗標幺值X”=0.12

，次暫態電動勢E”=1.08。電動機為6MVA。

變壓器T1:：變壓器額定容量31.5MVA,電壓10.5/121KV

變壓器T2：變壓器額定容量7.7MVA,電壓110/6.3KV

變壓器Ｔ3：變壓器額定容量20MVA,電壓110/11KVL1線路，60km,X1=0.4Ω/km、L2線路，20km

、

L3線路,7km2.2制定等值網絡及參數計算2.2.1標幺值的概念在電力系統分析中，還經常采用一種相對單位制，稱為標幺值。在標幺值中。各不同單位的物理量都要指定一個基準值，這個基準值用下標B表示。則某個物理量的標幺值定義為其有名值和基準值之比，用下標*表示，有時加上說明用標幺值表示后，可以略去下標*。可見標么值是一個無單位的比值，而且，對同一個實際值，當所算的基值不同時其標幺值也不同。標么值的符號為各量符號加下角碼“*”標幺值是一個沒有量綱的數值，對于同一個有名值，基準值選的不同，其標幺值也就不同，因此，說明一個量的標幺值時，一定要同時說明它的基準值，否則，標幺值沒意義。電力系統使用標幺值進行計算和標注，主要是因為它具有這樣一些優點：易于比較電力系統各元件的參數和特點，便于迅速準確的判定結果的正確性。能夠簡化計算公式，交流電路中，用標幺值計算時通過選擇不同的基準值，線電壓與相電壓的標幺值相等，三相功率與單相功率的標幺值相等，三相電路與單相電路的計算公式相同。三相電力系統中，各元件參數和變量之間的基準值還有確定關系：2.2.2計算各元件的電抗標幺值發電機1電抗：變壓器2電抗：線路3電抗：線路4電抗：變壓器5電抗：綜合負載6的模型為電壓源，(要歸算到統一的基準值下)有線路7電抗:變壓器8電抗：大容量電動機9的模型為電壓源，，（要歸算到統一的基準值下）有：圖中分子為元件電抗的編號，分母為電抗的標幺值，電動勢也以標幺值表示，并忽略其間的相位差，相應的計算以實數計算。2.2.3系統的等值網絡圖第三章.故障點短路電流計算先合并串連電抗，得到圖，串聯電抗合并其中，因為電路含有多個電源，先在A點斷開電路，用戴維南定理，將斷開處的二端口網絡等效成一個電壓源，其電動勢等于A點處的開路電壓其內阻為除源后的A端的等效電阻再接入電路，得圖戴維南定理簡化后的電路求出起始次暫態電流的標幺值為：起始次暫態電流為沖擊電流：短路電流的最大有效值：短路功率（短路容量）：第四章.電力系統不對稱短路電流計算4.1對稱分量法任何一個三相不對稱的系統都可分解成三相對稱的三個分量系統，即正序、負序和零序分量系統。對于每一個相序分量來說，都能獨立地滿足電路的歐姆定律和基爾霍夫定律，從而把不對稱短路計算問題轉化成各個相序下的對稱電路的計算問題。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，任意一組不對稱的三個相量（電壓或電流）總可以分解成為正序、負序和零序三組（每組三個）相量。正序分量是指三個相量模相同，但相位角按A-B-C順序互差，正序分量一般加下標1表示。電力系統穩態運行時只有正序分量。負序分量是指三個相量模相同。但相位角按C-B-A順序互差，負序分量一般加下標2表示，零序分量是指三個相量模相同，且相位角也相等，零序分量一般加下標0表示。（1）圖中相量幅值相等，相位彼此互差，且a超前b，b超前c，稱為正序分量；圖中相量幅值相等，相位關系與正序相反，稱為負序分量；圖中相量幅值和相位均相同，稱為零序分量。

4.2各序網絡的定制4.2.1同步發電機的各序電抗同步發電機在對稱運行時，只有正序電勢和正序電流。此時的電機參數就是正序參數。當發電機定子繞組中通過負序基頻電流時，它產生的負序旋轉磁場與正序基頻電流產生的旋轉磁場轉向正好相反。因此，負序旋轉磁場同轉子之間有兩倍同步旋轉的相對運動。正序電抗取決于定子負序旋轉磁場所遇到的磁阻，由于轉子縱橫間不對稱，隨著負序旋轉磁場同轉子間的相對位置的不同，負序磁場所遇到的磁阻也不同，負序電抗也就不同。發生不對稱短路時，由于發電機轉子縱橫軸間的不對稱，定、轉子繞組無論是在穩態還是在暫態過程中，都將出現一系列的高次諧波電流，這就使對發電機序參數的分析變復雜了。為了使發電機負序電抗具有確定的含義，取發電機負序端電壓的基頻分量與負序電流基頻分量的比值，作為計算電力系統基頻短路時發電機的負序阻抗。當發電機定子繞組通過基頻零序電流時，由于各相電樞磁勢大小相等，相位相同，且在空間相差120度電角度。它們在系統中的合成磁動勢為零，所以，發電機的零序電抗僅由定子線圈的等位漏磁通確定。但是零序電流所產生的漏磁通與正序（或負序）電流所產生的漏磁通不同的，其差別與繞組形式有關。4.2.2變壓器的各序電抗變壓器的等值電路表征了一相原、副方繞組間的電磁關系。下圖反映了不計繞組電阻和鐵芯損耗時變壓器的零序等值電路。如圖變壓器的零序等值電路（a）雙繞組變壓器（b）三繞組變壓器變壓器等值電路中的參數不僅同變壓器的結構有關，有的參數也同所通過電流的序別有關。變壓器各繞組的電阻，與通過的序別無關。因此，變壓器的正序，負序，零序的等值電阻相等。變壓器的漏抗，反映了原副方繞組間磁耦合的情況，磁通的路徑與所通電流的序別無關。因此變壓器的正序，負序，零序等值漏抗也相等。變壓器的勵磁阻抗，取決于主磁通路徑的磁導，當變壓器通以負序電流時，主磁通的路徑與正序電流時完全相同，所以變壓器正序，負序和零序等值電路及參數是完全相同的。對于由三個單相變壓器組成的三相變壓器組，每相的零序主磁通與正序主磁通一樣，有獨立磁路。對于三相四柱式，零序主磁通也能形成回路，磁阻很小，所以兩種變壓器中，短路計算時可以當做，忽略勵磁電流，把勵磁支路斷開。變壓器的零序等值電路與外電路的聯接，取決于零序電流的流通路徑，因而與變壓器三相繞組聯接形式及中性點是否接地有關，即：（1）當外電路向變壓器某側三相繞組施加零序電壓時，如果能在改側產生零序電流，則等值電路中改側繞組與外電路接通；如果不能產生零序電流，則從電路等值的觀點，可以認為變壓器該側繞組與外電路斷開。根據這一原則，只有中性點接地的星形接法才能與外電路接通。（2）當變壓器繞組只有零序電勢時，如果它能將零序電勢施加到外電路上去并能提供零序電流的通路，則等值電路中改側繞組端點與外電路接通，否則與外電路斷開。所以也只有YN接法繞組才能與外電路接通。（3）在三角形接法的繞組中，繞組的零序電勢雖不能作用到外電路去，但能在繞組中形成環流，在等值電路中改側繞組端點接零序等值中性點。由于三角形接法的繞組漏抗與勵磁支路并聯，不管何種鐵芯結構的變壓器，一般勵磁電抗總比漏抗大得多，一般近似取。小結對稱分量法是分析電力系統不對稱故障的實用方法靜止元件的正序電抗和負序電抗相等。對于旋轉設備，各序電流會引起不同的電磁過程，三序阻抗不相等。變壓器零序電抗的大小，則決定于變壓器三相繞組的結線方式和變壓器的鐵芯結構。由于相間互感的助增作用，架空輸電線的零序電抗大于正序電抗，架空地線的存在使得輸電線的零序電抗有所減小。電纜線路零序電抗的數值，則與電纜的包護層有關。制訂序網時，某序網應該包含該序電流通過的所有元件，負序網絡結構與正序網絡相同，但是為無源網絡。制訂零序網絡，應從故障點開始，依次考察零序電流的流通情況。在一相零序網絡中，中性點接地阻抗須以其三倍值表示，并且也為無源網絡。4.3不對稱短路的分析4.3.1不對稱短路三種情況的分析（1）單相接地短路故障處邊界條件為：，，用對稱分量法表示為：，整理后得到序分量表示的邊界條件為： 解得： （2）兩相短路故障處的邊界條件為：，用對稱分量法表示為：整理得：，，可得：， （3）兩相短路接地故障處的邊界條件為：，，用序分量表示的邊界條件為 可得：4.3.2正序等效定則正序等效定則：在簡單不對稱短路故障的情況中，短路點基準相的電流的正序分量，與在短路點的每一相中加入附加阻抗而發生三相短路時的電流相等。則短路點的基準相正序電流表達式為：心得體會通過這次的課程設計，讓我重新溫習了以前課本上學過的相關知識，讓我對課本上的知識有了更深層次的理解與認識，同時也對電力系統三相短路電流的計算更加熟練，加深了我對電力系統的了解和認識，特別是對電力系統的短路電流的計算，加深鞏固了短路電流計算的能力。同時，在這次的課程設計中，也更加熟練了電腦上的一些基本操作如：autoCAD、word等一些常用軟件。當然，在這次的課程設計中，我確實曾遇到了很難的疑難，最終，先是跟同學討論，在未能得到解決的前提下去與老師溝通、交流，最后將問題一一解決。在這次的課程設計中，讓我感覺到理論知識在工程實踐中的重要性，理論是對實踐的指導，更重要的是我學到了課本上學習不到的東西，電力系統短路電流故障是電力系統三大計算之一，學好它對于學好電力系統這門課程，對以后的畢業設計和實際工作具有十分重要的意義。而利用計算機來計算和分析其大小、流向是十分方便的。因此，在今后的學習中，我會繼續努力學好《電力系統分析》這門課程，并學習另外一些相關的課外知識，開闊自己的視野。總之，這是很有意義的經歷，對我以后的學習一定會起到很大的作用。參考文獻[1]《電力系統分析》，朱一綸主編，機械工業出版社；[2]《電力系統分析課程設計綜合實驗》，祝淑萍

等，中國電力出版社;[3]《電力系統分析基礎》，韋剛，中國電力出版社;基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統的設計與研究基于單片機的嵌入式Web服務器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現的供暖系統最佳啟停自校正（STR）調節器單片機控制的二級倒立擺系統的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協議棧的實現基于單片機的蓄電池自動監測系統基于32位嵌入式單片機系統的圖像采集與處理技術的研究基于單片機的作物營養診斷專家系統的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統研究與開發基于單片機的泵管內壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統開發基于單片機的液壓動力系統狀態監測儀開發模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數控系統的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環走絲方式研究基于單片機的機電產品控制系統開發基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內核設計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統的設計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統單片機系統軟件構件開發的技術研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設計和應用基于單片機的光纖光柵解調儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統的研制基于單片機的數字磁通門傳感器基于單片機的旋轉變壓器-數字轉換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調系統的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統設計Pico專用單片機核的可測性設計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現基于單片機的電液伺服控制系統用于單片機系統的MMC卡文件系統研制基于單片機的時控和計數系統性能優化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數據采集系統基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設備的數控改造基于單片機的溫度智能控制系統的設計與實現基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協議轉換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監測技術研究基于單片機的膛壁溫度報警系統設計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設計基于單片機船舶電力推進電機監測系統基于單片機網絡的振動信號的采集系統基于單片機的大容量數據存儲技術的應用研究基于單片機的疊圖機研究與教學方法實踐基于單片機嵌入式Web服務器技術的研究及實現基于AT89S52單片機的通用數據采集系統基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統基于單片機的控制系統在PLC虛擬教學實驗中的應用研究基于單片機系統的網絡通信研究與應用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統設計與研究基于單片機的模糊控制器在工業電阻爐上的應用研究基于雙單片機沖床數控系統的研究與開發基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統研究基于TCP/IP協議的單片機與Internet互聯的研究與實現變頻調速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數器自動換樣功能的研究與實現基于單片機的倒立擺控制系統設計與實現單片機嵌入式以太網防盜報警系統基于51單片機的嵌入式Internet系統的設計與實現單片機監測系統在擠壓機上的應用MSP430單片機在智能水表系統上的研究與應用基于單片機的嵌入式系統中TCP/IP協議棧的實現與應用單片機在高樓恒壓供水系統中的應用基于ATmega16單片機的流量控制器的開發基于MSP430單片機的遠程抄表系統及智能網絡水表的設計基于MSP430單片機具有數據存儲與回放功能的嵌入式電子血壓計的設計基于單片機的氨分解率檢測系統的研究與開發鍋爐的單片機控制系統基于單片機控制的電磁振動式播種控制系統的設計