电力系统短路故障计算分析

课程设计设计题目：110KV变电所的常规设计（电力系统短路故障计算分析）学生姓名：指导教师：张静二级学院：机电工程学院专业：电气工程及其自动化班级：学号：目录引言............................................错误!未定义书签。摘要............................................错误!未定义书签。1电力系统模型...................................错误!未定义书签。1.1电力系统仿真模型..........................................12电力系统短路的介绍.............................................12.1短路产生的原因............................................12.2短路的危害................................错误!未定义书签。2.3短路故障分析的内容和目的..................错误!未定义书签。3电力系统仿真模型的建立与分析...................错误!未定义书签。3.1各元件参数设置............................错误!未定义书签。4电力系统短路故障计算分析.......................错误!未定义书签。4.1三相短路分析..............................................44.2不对称短路故障分析........................................54.2.1AB两相接地短路.......................................54.2.2BC两相接地短路.......................................54.2.3A相单相接地故障......................................6结论............................................................7参考文献.........................................................7心得体会.........................................错误!未定义书签。I引言为了保证电力系统运行的功能和质量，在设计、分析和研究时必须保证系统的静态和动态特性。现代电力系统是一个超高压、大容量和跨区域的巨大的联合系统，电力系统事故具有突发性强、维持时间短、复杂程度高、破坏力大的特点，因而使得事后对故障原因分析、查找变得尤其困难。由于在实际系统上进行试验和研究比较困难，因此借助各种电力系统动态仿真软件电力系统的设计和研究已成为有效途径之一。电力系统仿真软件有很多，当今比较流行的主要有EMTP(ElectromagneticTransientsProgram)仿真程序，美国电力公司(PTI)开发的PSS/E(PowerSystemSimulatorforEngineering)，MathWorks公司开发的Matlab中所包含的电力系统工具箱(PowerSystemToolbox)，以及中国电力科学研究院开发的仿真软件PSASP(PowerSystemAnalysisSoftwarePackage)。由于Matlab具有很良好的开发性、高效的数据仿真分析,特别是信号处理和直观的图形显示功能,且Matlab/Simulink环境下的PSB模型库及Simulink强大的二次开发功能和丰富的工具箱,能快速而准确地对电路及更复杂的电气系统进行仿真、计算。因此，它已成为电力科研工作者和工程技术人员应用它来进行电力系统有关问题的仿真分析和辅助设计的理想工具。II摘要基于Matlab最重要的组件之一Simulink中的电力元件库（SimPowerSystems）构建电力系统仿真模型，在Matlab的平台下仿真电力系统为工程设计和维修提供依据重要的依据，同时也为电力研究带来大大的便利，利用Simulink中的画图工具搭建电力系统模型也是进行电力系统故障分析的常用方法，它让电力研究者从大量繁琐的理论分析及复杂的矩阵计算中解脱出来，让庞大的电力系统很直观的呈现在研究者的面前，从而将庞大的电力网搬进了办公室，为研究带来了巨大的便利。简要介绍了电力系统模型和MATLAB/SIMULINK中SimPowerSystems(电力系统元件库)的主要功能.SimPowerSystems是专门为电力系统设计的仿真分析软件,在对其基本元件进行介绍后,在仿真平台上,通过对一个简单的电力系统输电线路的短路故障进行设计、仿真、分析,得到了理想的仿真效果.关键词：MatlabSimPowerSystems短路电流计算仿真Abstract:ThearticledescribesthebasiccharacteristicsofMatlab/SimulinkandthebasicmethodandprocessofapplyingMatlabinthesimulationofpowersystem.MatlabSimPowerSystemsBlocksetisusedtobuildamodelofsingle-machineinfinity-bussystemandsimulatevariousfaultofpowersystem.TheresultsshowthatthesimulationwaveformisinlinewiththeoreticalanalysisandMatlabisavalidtoolforthesimulationofpowersystemfault.Bythecontrastandanalysisofdifferentshortcircuitfaults,wecanobtainaresultthatthethree-phaseshortcircuitfaultistheworstsituationinthefaultsofpowersystem.Sothissituationshouldbeavoidedasfaraspossibleinmanufacture.Also,bythecontrastandanalysisofthefaultresolutiontime,weknowthatclearingtheshortcircuitfaultonaminimaltimeisonewaytoguaranteethepowersystemrunningregularlyandreducetheloss.11、电力系统模型电力系统中输送和分配电能的部分称为电力网,它包括升降压变压器和各种电压等级的输电线路。动力系统、电力系统和电力网简单示意如图：图1动力系统、电力系统和电力网示意图电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。所以我们应对单相短路引起足够的重视，对单相短路的研究是有其重要意义的，所以本章重点就是研究单相短路故障在MATLAB中的运用和分析。1.1电力系统仿真模型供电系统如图，发电机G1：50MVA、110kV，保持恒定，Y连接；线路L为100km；变压器T为Yn/d接法，SN=10MVA，Uk%=10.5，k=110/11。图1.1电力系统接线图2、电力系统短路的介绍在三相电力系统中,可能发生的短路有:三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路。2.1短路产生的原因有很多，主要有以下几个方面：1、元件损坏例如绝缘材料的自然老化，设计，安装维护不良所带来的设备缺陷发展成短路等，2、气象条件恶化例如雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌3、违规操作，例如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等；24、其他，例如挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。2.2短路的危害随着短路类型、发生地点和持续时间的不同，短路的后果可能只破坏局部地区的正常供电，也可能威胁整个系统的安全运行。短路的危险后果一般有以下的几个方面：1、短路故障使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。3、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，它的电磁转矩同端电压的平方成正比，电压下降时，电动机的电磁转矩显著减小，转速随之下降。当电压大幅度下降时，电动机甚至可能停转，造成产品报废，设备损坏等严重后果。4、当短路发生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，造成大片地区停电。这是短路故障的最严重后果。5、发生不对称短路时，不平衡电流能产生足够的磁通在邻近的电路内感应出很大的电动势，这对于架设在高压电力线路附近的通讯线路或铁道讯号系统等会产生严重的影响。2.3短路故障分析的内容和目的短路故障分析的主要内容包括故障后电流的计算、短路容量的计算、故障后系统中各点电压的计算以及其他的一些分析和计算，如故障时线路电流与电压之间的相位关系等。短路电流计算与分析的主要目的在于应用这些计算结果进行继电保护设计和整定值计算，开关电器、串联电抗器、母线、绝缘子等电气设备的设计，制定限制短路电流的措施和稳定性分析等。33、电力系统仿真模型的建立与分析图2电力系统短路故障仿真模型3.1各元件参数设置3.1.1三相电压源元件参数电压有效值A相相位（正序）频率连接方式110KV050Y3.1.2三相电路短路故障发生器（有对地故障）RonTranstatusTrantimes测量值RpCpRg0.00001[10][0.010.04]none1e6inf0.0013.1.3三相双绕组变压器（取额定容量为10000kVA）功率和频率Wing1连接方式Wing2连接方式Wing1参数Wing2参数[10e6,50]YnDelta(D11)[110e3,0.036,0.052][110e3,0.036,0.052]变压器的一次侧的基准值为变压器的二次侧的基准值为21.1101122222NNbaseSURHHfSULNNbase85.350210110222111211011022211NNbaseSUR4HHfSULNNbase0385.0502101122222变压器的电抗为712.810101107210232232NNKTSUPR变压器的漏感为404.0502101001105.1021100%222fSUUfXLNNKTT因此，一次绕组漏感和电抗的标幺值为052.085.3404.05.05.011baseTLLL036.0121712.85.05.011baseTRRR同理，036.02R，052.02L。3.1.4仿真参数StarttimeStoptimeTypeRelativetolerance其它00.1Variable-step,ode23t(stiff/NDF)1e-3auto4、电力系统短路故障计算分析4.1三相短路分析在三相电路短路故障发生器参数中将三相故障全选中，选择故障相接地选项。进行电路仿真，用示波器观察故障点电流波形并保存波形图，并记录三相电流的最大幅值，填入表中。A相B相C相512554.1-577.654.2不对称短路故障分析4.2.1AB两相接地短路在三相电路短路故障发生器参数中将AB相故障全选中，并选择故障相接地选项。进行电路仿真，画出三相电流的