电力系统分析课程设计-三相短路故障分析计算机算法

课程设计报告题目三相短路故障分析计算机算法课程名称电力系统分析院部名称龙蟠学院专业08电气工程及其自动化班级M08电气工程及其自动化学生姓名顾辰蛟学号0821113542课程设计地点C314课程设计学时一周指导教师朱一纶金陵科技学院教务处制成绩电力系统课程设计《三相短路故障分析计算机算法设计》一．基础资料1.电力系统简单结构图如图MT1T2T2G2G2G16kV2000kWcos0.86N起动系数为6.5用电负载（电动机）(3)KLGJ-185100km100kmLGJ-15025MWcos0.8Ncos0.85N''0.13dX火电厂110MW100kmLGJ-120110kV负载图1电力系统简单结构图''0.264dX86jMVAT32．电力系统参数如图1所示的系统中K（3）点发生三相短路故障，分析与计算产生最大可能的故障电流和功率。（1）发电机参数如下：发电机G1：额定的有功功率110MW，额定电压NU=10.5kV；次暂态电抗标幺值''dX=0.264，功率因数Ncos=0.85。发电机G2：火电厂共两台机组，每台机组参数为额定的有功功率25MW；额定电压UN=10.5kV；次暂态电抗标幺值''dX=0.130；额定功率因数Ncos=0.80。（2）变压器铭牌参数由参考文献《新编工厂电气设备手册》中查得。变压器T1：型号SF7-10/110-59-16.5-10.5-1.0，变压器额定容量10MV·A，一次电压110kV，短路损耗59kW，空载损耗16.5kW，阻抗电压百分值UK%=10.5，空载电流百分值I0%=1.0。变压器T2：型号SFL7-31.5/110-148-38.5-10.5-0.8，变压器额定容量31.5MV·A，一次电压110kV，短路损耗148kW，空载损耗38.5kW，阻抗电压百分值UK%=10.5，空载电流百分值I0%=0.8。变压器T3：型号SFL7-16/110-86-23.5-10.5-0.9，变压器额定容量16MV·A，一次电压110kV，短路损耗86kW，空载损耗23.5kW，阻抗电压百分值UK%=10.5，空载电流百分值I0%=0.9。（3）线路参数由参考文献《新编工厂电气设备手册》中查得。线路1：钢芯铝绞线LGJ-120，截面积120㎜2，长度为100㎞，每条线路单位长度的正序电抗X0（1）=0.408Ω／㎞；每条线路单位长度的对地电容b0(1)=2.79×10﹣6S／㎞。对下标的说明X0(1)=X单位长度（正序）；X0（2）=X单位长度（负序）。线路2：钢芯铝绞线LGJ-150，截面积150㎜2，长度为100㎞，每条线路单位长度的正序电抗X0（1）=0.401Ω／㎞；每条线路单位长度的对地电容b0(1)=2.85×10﹣6S／㎞。线路3：钢芯铝绞线LGJ-185，截面积185㎜2，长度为100㎞，每条线路单位长度的正序电抗X0（1）=0.394Ω／㎞；每条线路单位长度的对地电容b0(1)=2.90×10﹣6S／㎞。（4）负载L：容量为8＋j6（MV·A），负载的电抗标幺值为*LX**22*LLQSU；电动机为2MW，起动系数为6.5，额定功率因数为0.86。3．参数数据设基准容量SB=100MV·A；基准电压UB=UavkV。（1）SB的选取是为了计算元件参数标幺值计算方便，取SB-100MV·A，可任意设值但必须唯一值进行分析与计算。（2）UB的选取是根据所设计的题目可知系统电压有110kV、6kV、10kV，而平均额定电压分别为115、6.3、10.5kV。平均电压Uav与线路额定电压相差5%的原则，故取UB=Uav。（3）''I为次暂态短路电流有效值，短路电流周期分量的时间t等于初值（零）时的有效值。满足产生最大短路电流的三个条件下的最大次暂态短路电流作为计算依据。（4）Mi为冲击电流，即为短路电流的最大瞬时值（满足产生最大短路电流的三个条件及时间Kt=0.01s）。一般取冲击电流Mi=2×MK×''I=2.55''I。（5）MK为短路电流冲击系数，主要取决于电路衰减时间常数和短路故障的时刻。其范围为1≤MK≤2，高压网络一般冲击系数MK=1.8。二．设计任务及设计大纲1.各元件参数标幺值的计算，并画电力系统短路时的等值电路。（1）发电机电抗标幺值NBGGPS100%XXNcos公式①式中%XG——发电机电抗百分数，由发电机铭牌参数的%X100XGd；BS——已设定的基准容量（基值功率），AMV；NP——发电机的额定有功功率，MWNcos——发电机额定有功功率因数。（2）负载电抗标幺值L2L2LQSUX公式②式中U——元件所在网络的电压标幺值；LS——负载容量标幺值；LQ——负载无功功率标幺值。（3）变压器电抗标幺值NTBKTSS100%UX公式③变压器中主要指电抗，因其电抗TTRX，即TR可忽略，由变压器电抗有名值推出变压器电抗标幺值为100%USUUSXKNT2NT2BBT公式④式中KU%——变压器阻抗电压百分数；BS——基准容量，MVANTS、NTU——变压器铭牌参数给定额定容量，MVA、额定电压，kV；BU——基准电压BU取平均电压avU，kV。（4）线路电抗标幺值lx02BBWUSX公式⑤式中0x——线路单位长度电抗；l——线路长度，km；BS——基准容量，MVA；BU——输电线路额定平均电压，基准电压avUUB，kV。输电线路的等值电路中有四个参数，一般电抗WWRX，故WR0。由于不做特殊说明，故电导、电纳一般不计，故而只求电抗标幺值。（5）电动机电抗标幺值（近似值）NBMLPS6.51XcosN公式⑥式中BS——设定的基准容量，MVA；NP——电动机额定的有功功率，MW；cosN——电动机额定有功功率因数。（6）短路次暂态电流标幺值（''*I）*''''*EIKX（取''E1）''''B*BSII3U（kA）公式⑦基准容量100MVABS；基准电压BavUU(kV)。（7）冲击电流（Mi）的计算''0.01/T''''MM2KI2eI2Iic（1+）1.8''M2.55Ii（kA）公式⑧（8）短路容量KS的计算''''KB*BSSI3UI（MAV）公式⑨2设基准容量BS100MVA；基准电压()BavkVUU。（1）发电机电抗标幺值由公式①得10.264100X==0.204110/0.85;20.13100X==0.41625/0.8（2）变压器电抗值标幺值由公式③得310.5100X0.65610016；410.5100X0.3310031.5；510.5100X1.0510010（3）线路电抗标幺值由公式④得60.408100100X0.309115115；70.401100100X0.303115115；80.394100100X0.298115115负载电抗标幺值由公式②得916X61/100100电动机电抗标幺值由公式⑥得101100X6.626.52/0.862.导纳矩阵的形成与计算对地电纳0095.0501097.210011521210178.01001097.210011521210188.01001092.2100115212162*0'.220.2262*0'.210.2162*0'.200.2002*YYYYYYYYYlbSUYBB3.求出阻抗矩阵并对用计算机分析短路电流的原理加以说明。4.求出短路点的次暂态短路电流和流过发电机G1的故障电流。短路点的电抗标幺值为9091.0/111*jYX短路点次暂态短路电流为1.1111UYIK流过发电机G1的故障电流。1135681IXXXXX=0.397A5.求出短路点的冲击电流，短路功率。08.103.63100KII(kA)冲击电流''M2.55I2.559.2223.51kAi（）短路功率''Kav3UI36.39.22105.4(MVA)S6：提高：用估算法求三相短路分析，并对两种算法的结果进行比较分析。（结果列表比较，优缺点比较）。估算法：短路点的等值电抗为KX1.3006短路次暂态电流标幺值''KKU1I0.7688X1.3006短路次暂态电流有名值''''BKBSI=I8.1361(kA)3U冲击电流''M2.55I20.7471iKA短路功率''Kav3UI76.8863(MVA)S比较：（1）估算法误差大，每一短路处需要逐一分析与计算。（2）Y矩阵计算时考虑对地电容，变压器实际变比，则误差小；Y矩阵对角元素将各节点的等值短路电抗（阻抗）均求出；使分析其他点的短路故障提供了更容易更直观的参数值；Y矩阵程序通用性强等特点。IkIImY短路点1.110.0823.510.9091IkIImX短路点0.76888.136120.74711.3006三．设计小结本设计通过对三相短路故障分析的分析，提出导纳矩阵算法和阻抗矩阵算法设计方案，并对计算机算法进行了分析比较，从简便方面考虑，最终选择了导纳矩阵设计方案，它具有运算方便，节省时间等优点，但还有分析短路电流不太全面的不足。设计体会：本次课程设计中在计算导纳矩阵和阻抗矩阵时输入不太仔细导致无运算结果，浪费了点时间，在计算流过G1的故障电流时不太清楚怎么计算，通过书籍的查找找到了方法，最终得以顺利解决。本次设计不但巩固了电力系统分析的知识还顺带复习了MATLAB的知识。参考文献：格式如下1.于永源等编，电力系统分析，北京：中国电力出版社，20072.《工厂常用电气设备手册》编写组，工厂常用电气设备手册（上），北京：中国电力出版社，1999