电力系统单相短路计算与仿真(2)

辽宁工业大学《电力系统分析》课程设计（论文）题目：电力系统单相短路计算与仿真（2）院（系）：工程技术学院专业班级：电气工程及其自学号：学生姓名：指导教师：教师职称：起止时间：15-06-15至15-06-26本科生课程设计（论文）I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0.15，k=1.1，标准变比侧YN接线，非标准变比侧Δ接线；T2：电阻0.01，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0.02，电抗0.07，对地容纳0.04；L23:电阻0.03，电抗0.07，对地容纳0.03；L34:电阻0.02，电抗0.06，对地容纳0.032；G1和G2：电阻0，电抗0.15，电压1.05；负荷功率：S1=0.5+j0.2；任务要求：当节点4发生A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A相接地短路进行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：答辩：总成绩：指导教师签字：年月日注：成绩：平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算GGG1T12L244T2G21:kk:1L23L343S3本科生课程设计（论文）II摘要电气设备和载流导体的选择、继电保护、自动装置的整定、限制短路电流措施的确定都需要进行短电流的计算。电力系统短路有单相短路、两相短路、两相接地短路、和三相短路之分，对同一点发生单相短路故障的短路电流进行仿真和分析研究，在传统的基础上进行计算，并利用MATLAB进行仿真验证。并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。基于对称分量法的基本理论，对称分量法采取的具体方法之一是解析法，即把该网络分解为正、负、零序三个对称序网，这三组对称序分量可分别按对称的三相电路分解，求得故障端点的等值阻抗。最后根据故障类型选取相关公式计算故障处各序电流、电压，进而合成三相电流电压。根据断相故障和短路故障的特点，进行短路计算。关键词：单相短路电流；单相短路电压；仿真本科生课程设计（论文）III目录第1章绪论..........................................................11.1电力系统短路计算概述.........................................11.2本文设计内容.................................................2第2章电力系统不对称短路计算原理....................................32.1对称分量法基本原理...........................................32.2三相序阻抗及等值网络.........................................42.3单相不对称短路的计算步骤.....................................6第3章电力系统单相短路计算..........................................73.1系统等值电路及其化简.........................................73.2单相短路计算.................................................9第4章短路计算的仿真...............................................124.1仿真模型的建立..............................................124.2仿真结果及分析..............................................14第5章总结.........................................................15参考文献............................................................16本科生课程设计（论文）1第1章绪论1.1电力系统短路计算概述在电力系统运行过程中，时常发生故障，其中大多数是短路故障。所谓短路，是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地（或中性线）之间的连接。除中性点外，相与相或相与地之间都是绝缘的。电力系统短路可分为三相短路，单相接地短路。两相短路和两相接地短路等。三相短路的三相回路依旧是对称的，故称为对称短路。其他的几种短路的三相回路均不对称，故称为不对称短路。电力系统运行经验表明，单相短路占大多数，上述短路均是指在同一地点短路，实际上也可能在不同地点同时发生短路，例如两相在不同地点接地短路。依照短路发生的地点和持续时间不同，它的后果可能使用户的供电情况部分地或全部地发生故障。当在有由多发电厂组成的电力系统发生短路时，其后果更为严重，由于短路造成电网电压的大幅度下降，可能导致并行运行的发电机失去同步，或者导致电网枢纽点电压崩溃，所有这些可能引起电力系统瓦解而造成大面积的停电事故，这是最危险的后果。产生短路的原因很多主要有如下几个方面：（1）元件损坏，例如绝缘材料的自然老化，设计，安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成短路。（2）气象条件恶化，例如雷电造成的闪络放电或避雷针动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。（3）违规操作，例如运行人员带负荷拉刀闸。（4）其他，例如挖沟损伤电缆。在电力系统和电气设备的设计和运行中，短路计算是解决一系列技术问题所不可缺少的基本计算，比如在选择发电厂和电力系统的主接线时为啦比较不同方案接图，进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户的影响。合理配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数都必须进行短路的计算和分析。短路电流计算是电力系统计算分析中很重要的一项计算内容，其计算结果对电力系统的安全稳定经济运行有着重要的意义。通过分析国内常用的一些计算方法，可以发现：经典计算方法所得的短路电流计算结果偏小，有可能给系统埋下不安全的隐患；IEC方法与基于潮流的短路电流结果相差较小，但不同区域的偏本科生课程设计（论文）2差各不相同，也并不一定能反映系统的最大短路电流水平。若换一个思路，改计算节点的最大短路电流为计算其最小等值阻抗，则系统的最小等值阻抗是易于求取的，且能符合系统实际的。在此基础上，根据各节点的最大可能运行电压，去求得该节点的最大短路电流水平，应该是最能反映系统可能的最大短路电流水平的可行方法。1.2本文设计内容根据所给电路图以及所有元器件有关参数按照设计要求设计：当节点4发生A相金属性短路时，计算以下参数：(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A相接地短路进行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。本科生课程设计（论文）3第2章电力系统不对称短路计算原理2.1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。电力系统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。任何不对称的三相相量A、B、C可以分解为三组相序不同的对称分量：正序分量A1、B1、C1；负序分量A2、B2、C2；零序分量A0、B0、C0。在三相电路中，对于任意一组部队称的三相相量（电流或者电压），可以分解为三组三相对称相量，当选择a相作为基准相时，三相相量与其对称分量之间的关系（如电流）为：cbaaaaIIIaaaaIII111113122)0()2()1(（2-1）式中，运算子120jea，2402jea，且有012aa，13a；)1(aI、)2(aI、)0(aI分别为a相电流的正序、负序和零序分量，并且有)0()0()0()2(2)2()2()2()1()1()1(2)1(,,acbacabacabIIIIaIIaIIaIIaI（2-2）本科生课程设计（论文）4由上式可以作出三相量的三组对称分量如式（2-1）所示。可以得到，正序分量的相序与正常对称运行下的相序相同，而负序分量的相序与正序相反，零序分量则三相同相位。将一组不对称的三相量分解为三组对称分量，这种分解如同派克变换一样，也是一种坐标变换。把式（2-1）写成abcSII120（2-3）矩阵S称为对称分量变换矩阵。当已知三相不对称的相量时，可由上式求得各序对称分量。已知各序对称分量时，也可以用反变换求出三相不对称的相量，即1201ISIabc（2-4）式中11111221aaaaS（2-5）三相量的对称分量如图2.1图2.1三相量的对称分量展开式（2-4）并计及式（2-2）有)0()2()1()0()2(2)1()0()2()1()0()2()1(2)0()2()1(cccaaacbbbaaabaaaaIIIIIaIaIIIIIIaIaIIIII（2-6）可见,电压的三相相量与其对称分量之间的关系也与电流的一样。2.2三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。)1(cI)1(bI)1(aI)2(bI)2(cI)2(aI)0(aI)0(cI)0(bI（a）（b）（c）本科生课程设计（论文）5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几种主要的序网如图2.2、2.3、2.4所示。图2.2正序网络图2.3负序网络图2.4零序网络本科生课程设计（论文）62.3单相不对称短路的计算步骤单相不对称短路的计算步骤如下：(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。根据计算目的确定系统运行方式，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。等值电源归算步骤如下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；本科生课程设计（论文）7第3章电力系统单相短路计算3.1系统等值电路