电力系统短路计算课程设计

南昌工程学院课程设计南昌工程学院课程设计(论文)机械与电气工程学院电气工程及其自动化专业课程设计（论文）题目电力系统短路电流计算学生姓名班级学号指导教师完成日期2013年11月30日南昌工程学院课程设计成绩：评语：指导教师：年月日南昌工程学院课程设计I南昌工程学院课程设计（论文）任务书一、课程设计(论文)题目：电力系统短路计算二、课程设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：1、系统图及参数见附录2、分组分别计算K1、K2、K3点单相接地短路、两相短路、两相短路接地及三相短路下的短路电流:周期分量有效值的有名值、短路冲击电流的有名值、短路容量；3、对上述情况下的短路电流进行分析比较。三、课程设计(论文)工作内容及完成时间：共2周1、复习短路计算基本方法（11.18～11.20）2、对各短路点进行短路电流计算（11.21～11.26）3、整理设计说明书（11.27～11.30）四、主要参考资料：1、《电力系统分析》孟祥萍高等教育出版社2、《电力系统基础》陈光会王敏中国水利电力出版社3、《电力系统分析》（上册）何仰赞等华中理工大学出版社南昌工程学院课程设计II机械与电气工程学院10电气工程及其自动化专业班学生：日期：自2013年11月18日至2013年11月30日指导教师：助理指导教师(并指出所负责的部分)：教研室：电气工程教研室主任：附录：短路点的设置如下，计算时桥开关和母连开关都处于闭合状态。南昌工程学院课程设计III一、取基准容量：SB=100MVA基准电压：UB=Uav二、计算各元件电抗标幺值：(1)XL=0.401Ω／km，L1=16.582kmL2=14.520km，Xd1=Xd2=X''d=0.0581，系统电抗标幺值X''d=0.0581，两条110kV进线为LGJ-150型线路长度一条为16.582km,另一条为14.520km.。(2)主变铭牌参数如下：1﹟主变：型号SFSZ8-31500/110接线YN/YN/d11变比110±4×2.5%∕38.5±2×2.5%∕10.5短路电压（%）UK(1-2)=10.47UK(3-1)=18UK(2-3)=6.33短路损耗（kw）PK(1-2)=169.7PK(3-1)=181PK(2-3)=136.4空载电流（%）I0(%)=0.46空载损耗（kW）P0=40.62﹟主变：型号SFSZ10-40000/110接线YN/YN/d11变比110±8×1.25%∕38.5±2×2.5%∕10.5短路电压（%）UK(1-2)=11.79UK(3-1)=21.3UK(2-3)=7.08短路损耗（kW）PK(1-2)=74.31PK(3-1)=74.79PK(2-3)=68.30空载电流(%)I0(%)=0.11空载损耗（kW）P0=26.71(3)转移电势E∑=1南昌工程学院课程设计IV目录第一章电力系统故障分析的基本知识………………………………………………11.1短路概述…………………………………………………………………………………11.2标幺值……………………………………………………………………………………3第二章电力系统三相短路电流的计算…………………………………………………52.1计算的条件和近似………………………………………………………………………52.2简单系统''I计算…………………………………………………………………………52.3计算短路电流时的简化条件……………………………………………………………6第三章简单不对称短路的分析与计算………………………………………………73.1对称分量法………………………………………………………………………………73.2电力系统各序网络的制定………………………………………………………………83.3对称分量法在不对称短路计算中的运用……………………………………………83.4简单不对称短路的分析与计算…………………………………………………………93.5正序等效定则…………………………………………………………………………12第四章算例…………………………………………………………………………………144.1各元件电抗标幺值计算………………………………………………………………154.2K1点短路电流计算……………………………………………………………………164.3K2点短路电流计算……………………………………………………………………194.4K3点短路电流计算……………………………………………………………………224.5短路计算结果统计表……………………………………………………………………254.6计算结果总结……………………………………………………………………………25参考文献……………………………………………………………………………………27南昌工程学院课程设计1第一章电力系统故障分析的基本知识1.1短路概述1.1.1短路的定义及类别在电力系统的运行过程中，时常会发生故障，其中大多数是短路故障。短路故障是电力系统除正常运行情况以外的相与相之间或相与地之间的连接。在三相供电系统中，破坏供电系统正常运行的故障最为常见而且危害性最大的就是各种短路。对中性点不接地系统有相与相之间的短路，对中性点接地系统有相与相之间的短路和相与地之间的短路。其短路的基本种类有：三相短路、两相短路、单相短路、两相接地短路、单相接地短路等，如图1-1所示。发生短路故障时，电力系统从正常的稳定状态过渡到短路的稳定状态，一般需3～5秒。在这一暂态过程中，短路电流的变化很复杂。在短路后约半个周波（0.01秒）时将出现短路电流的最大瞬时值，称为短路冲击电流。它会产生很大的电动力，其大小可用来校验电工设备在发生短路时机械应力的动稳定性。(a)(b)(c)(d)1.1.2产生短路的原因产生短路的主要原因是电气设备载流部分的相间绝缘或相地绝缘被破坏，产生短路的原因既有客观的，也有主观的，主要如下：（1）元件损坏，例如设备绝缘材料老化，设计、制造、安装、维护不良等造成的设备缺陷发展成为短路。（2）气象条件影响，例如雷击过后造成的闪烁放电，由于风灾引起架空线断线和导线覆冰引起电线杆倒塌等。图1-1短路的种类（a）三相短路；（b）两相短路；（c）两相短路接地；（e）单相接地短路南昌工程学院课程设计2（3）人为过失，例如工作人员带负荷拉闸，检修线路或设备时未拆除接地线合闸供电，运行人员的误操作等。（4）其他原因，例如挖沟损伤电缆，鸟兽风筝跨接在载流裸导体上等。1.1.3短路的危害短路对电力系统的正常运行和电气设备有很大的危害。电力系统中出现短路故障时，系统功率分布的忽然变化和电压的严重下降，可能破坏各发电厂并联运行的稳定性，使整个系统解列，这时某些发电机可能过负荷，因此，必须切除部分用户。短路时电压下降的愈大，持续时间愈长，破坏整个电力系统稳定运行的可能性愈大。为保证系统安全可靠地运行，减轻短路造成的影响，除在运行维护中应努力设法消除可能引起短路的一切原因外，还应尽快地切除短路故障部分，使系统电压在较短的时间内恢复到正常值。短路的主要危害如下：（1）电流的热效应：由于短路电流比正常工作电流大几十倍至几百倍，这将使电气设备过热，绝缘损坏，甚至把电气设备烧毁。（2）电流的电动力效应：巨大的短路电流通过电气设备将产生很大的电动力，可能引起电气设备的机械变形、扭曲甚至损坏。（3）电流的电磁效应：交流电通过导线时，在线路的周围空间产生交变电磁场，交变电磁场将在邻近的导体中产生感应电动势。当系统正常运行或对称短路时，三相电流是对称的，在线路的周围空间各点产生的交变电磁场彼此抵消，在邻近的导体中不会产生感应电动势；当系统发生不对称短路时，短路电流产生不平衡的交变磁场，对线路附近的通讯线路信号产生干扰。（4）电流产生电压降：巨大的短路电流通过线路时，在线路上产生很大的电压降，使用户的电压降低，影响负荷的正常工作（电机转速降低或停转，白炽灯变暗或熄灭）。供电系统发生短路时将产生上述后果，故在供电系统的设计和运行中，应设法消除可能引起短路的一切因素。为了尽可能减轻短路所引起的后果和防止故障的扩大，一方面，要计算短路电流以便正确选择和校验各电气设备，保证在发生短路时各电气设备不致损坏。另一方面，一旦供电系统发生短路故障，应能迅速、准确地把故障线路从电网中切除，以减小短路所造成的危害和损失。1.1.4短路计算的目的和意义计算短路电流是为了使供电系统安全、可靠运行，减小短路所带来的损失和影响。所计算短路电流用于解决下列技术问题：南昌工程学院课程设计3（1）选择校验电气设备：校验电气设备的热稳定性和动稳定性，确保电气设备在运行中不受短路电流的冲击而损坏。（2）选择和整定继电保护装置：为了确保继电保护装置灵敏、可靠、有选择性地切除电网故障，在选择、整定继电保护装置时，需计算出保护范围末端可能产生的最小两相短路电流，用于校验继电保护装置动作灵敏度是否满足要求。（3）选择限流装置：当短路电流过大造成电气设备选择困难或不经济时，可在供电线路串接限流装置来限制短路电流。是否采用限流装置，必须通过短路电流的计算来决定，同时确定限流装置的参数。（4）选择供电系统的接线和运行方式：不同的接线和运行方式，短路电流的大小不同。在判断接线及运行方式是否合理时，必须计算出在某种接线和运行方式下的短路电流才能确定。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了比较不同方案接线图，进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户的影响。另外，合理配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数等都必须进行短路计算。1.2标幺值1.2.1标么值的概念：与有名值同单位）基准值）实际有名值（任意单位标么值(（1-1）标么值是一个没有量纲的数值,对于同一个有名值,基准值选得不同,其标么值也就不同。因此，说明一个量的标么值时，必须同时说明它的基准值；否则，标么值的意义不明确。采用标么制易于比较电力系统中各元件的特性和参数，易于判断电气设备的特征和参数的优劣还可以使计算量大大简化。1.2.2基准值的选取标幺值的选取有一定的随意性，但各量的基准值之间应服从：功率方程：UIS3（1-2）欧姆定律：3UIZ（1-3）通常选定电压和功率的基准值，则电流和阻抗的基准值分别为BBBUSI3（1-4）南昌工程学院课程设计4BB2BBXSUZ（1-5）三相对称系统中，不管是Y接线还是接线，任何一点的线电压（或线电流）的标么值与该点的相电压（或相电流）的标么值相等，且三相总功率的标么值与每相的功率标么值相等。故采用标么制时，对称三相电路完全可以用单相电路计算。1.2.3不同基准值的标么值之间的换算电力系统中各种电气设备如发电机、变压器、电抗器的阻抗参数均是以其本身额定值为基准值的标幺值或百分值给出的，而在进行电力系统计算时，必须取统一的基准值，因此要求将原来的以本身额定值为基准值的阻抗标幺值换算到统一的基准值。换算原则是换算前后的物理量的有名值保持不变。首先要将以原有基准值计算出的标么值还原成有名值，然后再计算新基准值下的标么值。设统一选定的基准电功率和基准电压分别为BBUS和,对于发电机、变压器，若已知其额定标幺电抗为NX,电抗有名值为X，则换算到统一基准下的标幺电抗为：222BBNNNBBUSSUXUSXX(1-6)而对用于限制短路电流的电抗器，若已知它的额定标幺电抗为RX,电抗有名值为RX,则换算到统一基准值下的标幺电抗为：223BBNNRBBRUSIUXUSXX(1-7)南昌工程学院课程设计5第二章电力系统三相短路电流的计算无限大电源供电的系统三相短路电流的变化情形，认为短路后电源电压和频率均保持不变，忽略了电源内部的暂态变化过程，但是当短路点距电源较近时，必须计及电源内部的暂态变化过程，这个衰减变化过程主要分为三个阶段即：次暂态阶段、暂态阶段和稳态阶段，每一阶段发电机都呈现不同的电抗和不同的衰减时间常数，此过程的分析较复杂。而对于包