07電力系統(tǒng)單相短路計(jì)算與仿真(4).doc

遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 電力系統(tǒng)計(jì)算電力系統(tǒng)計(jì)算 課程設(shè)計(jì) 論文 課程設(shè)計(jì) 論文 題目 題目 電力系統(tǒng)單相短路計(jì)算與仿真 電力系統(tǒng)單相短路計(jì)算與仿真 4 院 系 院 系 電電 氣氣 工工 程程 學(xué)學(xué) 院院 專業(yè)班級(jí) 專業(yè)班級(jí) 電氣電氣 104 學(xué)學(xué) 號(hào) 號(hào) 100303135 學(xué)生姓名 學(xué)生姓名 付瑤付瑤 指導(dǎo)教師 指導(dǎo)教師 教師職稱 教師職稱 起止時(shí)間 起止時(shí)間 13 07 01 至至 13 07 12 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 課程設(shè)計(jì) 論文 任務(wù)及評(píng)語(yǔ)課程設(shè)計(jì) 論文 任務(wù)及評(píng)語(yǔ) 院 系 電氣工程學(xué)院 教研室 電氣工程及其自動(dòng)化 課程設(shè)計(jì) 論文 任務(wù) 原始資料 系統(tǒng)如圖 各元件參數(shù)如下 各序參數(shù)相同 G1 G2 SN 30MVA VN 10 5kV X 0 25 T1 SN 31 5MVA Vs 9 5 k 10 5 121kV Ps 180kW Po 50kW Io 0 88 YN d 11 T2 SN 31 5MVA Vs 10 5 k 10 5 121kV Ps 210kW Po 40kW Io 0 78 YN d 11 L1 線路長(zhǎng) 65km 電阻 0 25 km 電抗 0 4 km 對(duì)地容納 2 8 10 6S km L2 線路長(zhǎng) 60km 電阻 0 22 km 電抗 0 38 km 對(duì)地容納 2 8 10 6S km L3 線路長(zhǎng) 75km 電阻 0 2 km 電抗 0 40 km 對(duì)地容納 2 6 10 6S km 負(fù)荷 S3 55MVA 功率因數(shù)均為 0 9 任務(wù)要求 節(jié)點(diǎn) 3 發(fā)生 A 相金屬性短路時(shí) 1 計(jì)算各元件的參數(shù) 2 畫出完整的系統(tǒng)等值電路圖 3 忽略對(duì)地支路 計(jì)算短路點(diǎn)的 A B 和 C 三相電壓和電流 4 忽略對(duì)地支路 計(jì)算其它各個(gè)節(jié)點(diǎn)的 A B 和 C 三相電壓和支路電流 5 在系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下 對(duì)各種不同時(shí)刻 A 相接地短路進(jìn)行 Matlab 仿真 6 將短路運(yùn)行計(jì)算結(jié)果與各時(shí)刻短路的仿真結(jié)果進(jìn)行分析比較 得出結(jié)論 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī) 平時(shí)考核 設(shè)計(jì)質(zhì)量 答辯 總成績(jī) 指導(dǎo)教師簽字 年 月 日 G1 T1 1 L1 2 T2 G2 1 k k 1 L3 L2 3 S3 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 注 成績(jī) 平時(shí)20 論文質(zhì)量60 答辯20 以百分制計(jì)算 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 摘 要 電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的破壞多半是由短路故障引起的 發(fā)生短路時(shí) 系統(tǒng)從一 種狀態(tài)劇變到另一種狀態(tài) 產(chǎn)生短路的原因有很多 如元件毀壞 氣象條件惡化 違規(guī)操作等等 短路的類型有三相短路 兩相短路 以及單相接地短路 短路的 后果非常嚴(yán)重 包括短路點(diǎn)附近的支路中出現(xiàn)比正常值大許多倍的電流 產(chǎn)生電 動(dòng)力效應(yīng) 使支架遭到破壞 短路也可產(chǎn)生熱效應(yīng)使元件損壞 短路時(shí)系統(tǒng)電壓 大幅度下降 可能造成電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn) 還會(huì)破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性 造成大片地區(qū)停電 還會(huì)干擾信號(hào) 關(guān)鍵詞 短路 系統(tǒng) 故障 后果 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 目 錄 第 1 章 緒論 1 1 1 電力系統(tǒng)短路計(jì)算概述 1 1 2 本文設(shè)計(jì)內(nèi)容 1 第 2 章 電力系統(tǒng)不對(duì)稱短路計(jì)算原理 2 2 1 對(duì)稱分量法基本原理 2 2 2 三相序阻抗及等值網(wǎng)絡(luò) 2 2 3 單相不對(duì)稱短路的計(jì)算步驟 2 第 3 章 電力系統(tǒng)單相短路計(jì)算 3 3 1 系統(tǒng)等值電路及元件參數(shù)計(jì)算 3 3 2 系統(tǒng)等值電路及其化簡(jiǎn) 3 3 3 單相短路計(jì)算 3 第 4 章 短路計(jì)算的仿真 4 4 1 仿真模型的建立 4 4 2 仿真結(jié)果及分析 4 第 5 章 總結(jié) 5 參考文獻(xiàn) 6 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 1 第 1 章 緒論 1 1 電力系統(tǒng)短路計(jì)算概述 在實(shí)際的工作中 根據(jù)一定的任務(wù)進(jìn)行短路計(jì)算時(shí) 必須首先確定計(jì)算條件 所謂的計(jì)算條件 一般包括 短路發(fā)生時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行方式 短路的類型和發(fā)生地 點(diǎn) 以及短路發(fā)生后采取的措施等 從短路計(jì)算的角度來(lái)看 系統(tǒng)運(yùn)行指的是系 統(tǒng)中投入運(yùn)行的發(fā)電 變電 輸電 用電的設(shè)備的多少以及它們之間相互連接的 情況 計(jì)算不對(duì)稱短路時(shí) 還應(yīng)包括中性點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài) 對(duì)于不同的計(jì)算目的 所采用的計(jì)算條件是不同的 所謂短路 是指一切不正常的相與相之間或相與地之間發(fā)生通路的情況 在電 力系統(tǒng)和電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中 短路計(jì)算是解決一系列技術(shù)問(wèn)題所不可缺少 的基本計(jì)算 這些問(wèn)題主要是 1 選擇有足夠機(jī)械穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度的電氣設(shè)備 例如斷路器 互感器 瓷 瓶 母線 電纜等 必須以短路計(jì)算作為依據(jù) 2 在設(shè)計(jì)和選擇發(fā)電廠和電力系統(tǒng)電氣主接線時(shí) 為了比較各種不同方案 的接線圖 確定是否需要采取限制短路電流的措施等 都要進(jìn)行必要的短路電流 計(jì)算 3 進(jìn)行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算 研究短路對(duì)用戶工作的影響等 也包含有一 部分短路計(jì)算的內(nèi)容 4 為了合理地配置各種繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置并正確整定其參數(shù) 必須對(duì)電 力網(wǎng)中發(fā)生的各種短路進(jìn)行計(jì)算和分析 在這些計(jì)算中不但要知道故障支路中的 電流值 還必須知道電流在網(wǎng)絡(luò)中的分布情況 有時(shí)還要知道系統(tǒng)中某些節(jié)點(diǎn)的 電壓值 此外 確定輸電線路對(duì)通訊的干擾 對(duì)已發(fā)生故障進(jìn)行分析 都必須進(jìn) 行短路計(jì)算 1 2 本文設(shè)計(jì)內(nèi)容 本文設(shè)計(jì)講述了短路對(duì)稱法的基本原理 以及對(duì)稱分量法在不對(duì)稱短路 中的應(yīng)用 畫出等值電路以及三相序阻抗 本文完成的任務(wù)是 1 求出各元件的參數(shù) 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 2 2 畫出完整的系統(tǒng)等值電路圖 3 忽略對(duì)地支路 計(jì)算短路點(diǎn)的 A B 和 C 三相電壓和電流 4 忽略對(duì)地支路 計(jì)算其它各個(gè)節(jié)點(diǎn)的 A B 和 C 三相電壓和支路電流 5 在系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下 對(duì)各種不同時(shí)刻 A 相接地短路進(jìn)行 Matlab 仿真 6 將短路運(yùn)行計(jì)算結(jié)果與各時(shí)刻短路的仿真結(jié)果進(jìn)行分析比較 得出結(jié)論 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 3 第 2 章 電力系統(tǒng)不對(duì)稱短路計(jì)算原理 2 1 對(duì)稱分量法基本原理 對(duì)稱分量法 method of symmetrical components 電工中分析對(duì)稱系統(tǒng)不 對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)的一種基本方法 廣泛應(yīng)用于三相交流系統(tǒng)參數(shù)對(duì)稱 運(yùn)行工況不 對(duì)稱的電氣量計(jì)算 電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)可認(rèn)為是對(duì)稱的 即各元件三相阻抗相同 各自三相電 壓 電流大小相等 具有正常相序 對(duì)稱分量法是分析不對(duì)稱故障的常用方法 根據(jù)對(duì)稱分量法 一組不對(duì)稱的三相量可以分解為正序 負(fù)序和零序三相對(duì)稱的 三相量 所以計(jì)算不對(duì)稱短路時(shí)一般不使用直接求解復(fù)雜的三相不對(duì)稱電路的方 法 而采用更簡(jiǎn)單的對(duì)稱分量法進(jìn)行分析 在三相電路中 對(duì)于任意一組不對(duì)稱的三相量 電流或電壓 可以分解為 三相三組對(duì)稱的相量 當(dāng)選擇 a 相作為基準(zhǔn)時(shí) 三相相量與其對(duì)稱分量之間的關(guān) 系 如電流 為 式中運(yùn)算子且有 分別為 a 相電 120j ae 2 10aa 3 1a 1 aI 2 aI 3 aI 流的正序 負(fù)序和零序分量并且有 1 2 2 2 3 1 1 1 3 111 a a ab c a aa aa I I II I I 2 1 1 1 1 2 2 2 2 2 0 0 0 baca baca bca aa aa IIII IIII III 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 4 根據(jù)上式可以作出三相量的三組對(duì)稱分量如圖2 1 圖 2 1 對(duì)稱分量 我們看到 正序分量的相序與正常對(duì)稱運(yùn)行下的相序相同 而負(fù)序分量的相序則 與正序相反 零序分量則三相同相位 將一組不對(duì)稱的三相量分解為三組對(duì)稱分量 這種分解 如同第三章的派克 變換一樣 也是一種坐標(biāo)變換 把 寫成 IIabc S 120 當(dāng)已知三相補(bǔ)對(duì)稱的相量時(shí) 可由上式求得各序?qū)ΨQ分量 已知各序?qū)ΨQ分 量時(shí) 也可以求出三相不對(duì)稱的相量 即 1 120 abc S I I 式中 2 4 12 2 111 1 1 Saa aa 展開 2 3 并計(jì)及式 2 2 有 電壓的三相相量與其對(duì)稱分量之間的關(guān)系也與電流一樣 Ib 1 Ic 1 Ia 1 Ia 2 Ib 2 Ic 2 Ic 0 Ib 0 Ia 0 1 2 0 2 1 2 0 1 2 0 2 1 2 0 1 2 0 aaaa baaabbb caaaccc aa aa IIII IIIIIII IIIIIII 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 5 2 2 三相序阻抗及等值網(wǎng)絡(luò) 短路故障的計(jì)算與分析 主要是短路電流的大小及其變化規(guī)律不僅與短路故障的類 型有關(guān) 而且與電源特性 網(wǎng)絡(luò)元件的電磁參數(shù)有關(guān) 不對(duì)稱短路時(shí)故障處的短路 電流和電壓網(wǎng)絡(luò)的故障處 對(duì)稱分量分解后可用序電壓方程表示為幾種主要的序 網(wǎng)如下圖所示 圖 2 2 正序網(wǎng)絡(luò) 圖 2 3 負(fù)序網(wǎng)絡(luò) 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 6 圖 2 4 零序網(wǎng)絡(luò) 三相序阻抗化簡(jiǎn) 其等值網(wǎng)絡(luò)圖如下 圖 2 5 正序等值網(wǎng)絡(luò) Ia 1 Va 1 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 7 圖 2 6 負(fù)序等值電路 圖 2 7 零序等值電路 2 3 單相不對(duì)稱短路的計(jì)算步驟 1 確定計(jì)算條件 畫計(jì)算電路圖 1 計(jì)算條件 系統(tǒng)運(yùn)行方式 短路地點(diǎn) 短路類型和短路后采取的措施 2 運(yùn)行方式 系統(tǒng)中投入的發(fā)電 輸電 變電 用電設(shè)備的多少以及它們 之間的連接情況 根據(jù)計(jì)算目的確定系統(tǒng)運(yùn)行方式 畫相應(yīng)的計(jì)算電路圖 選電氣設(shè)備 選擇正常運(yùn)行方式畫計(jì)算圖 短路點(diǎn)取使被選擇設(shè)備通過(guò)的短路電流最大的點(diǎn) 繼電保護(hù)整定 比較不同運(yùn)行方式 取最嚴(yán)重的 2 畫等值電路 計(jì)算參數(shù) 分別畫各段路點(diǎn)對(duì)應(yīng)的等值電路 標(biāo)號(hào)與計(jì)算圖中的應(yīng)一致 3 網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn) 分別求出短路點(diǎn)至各等值電源點(diǎn)之間的總電抗 Ia 2 Va 2 Ia 0 Va 0 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 8 等值電源歸算 1 同類型且至短路點(diǎn)的電氣距離大致相等的電源可歸并 2 至短路點(diǎn)距離較遠(yuǎn)的同類型或不同類型的電源可歸并 3 直接連于短路點(diǎn)上的同類型發(fā)電機(jī)可歸并 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 9 第 3 章 電力系統(tǒng)單相短路計(jì)算 3 1 系統(tǒng)等值電路及元件參數(shù)計(jì)算 變壓器 T1 的參數(shù)計(jì)算 變壓器 T2 的參數(shù)計(jì)算 線路L1 的參數(shù)計(jì)算 S V SI B N N T 3 2 3 2 0 1 1067 2 5 10100 5 3188 0 10 100 95 0 115 5 10 121 5 10 1 T K 1 310 5 31 121210 10 3 2 2 3 2 2 2 N NS T S VP R 37 0 5 31100 5 10 5 10 100 22 2 N NS T S VV X S V P G N T 43 2 3 2 0 2 106 310 5 10 40 10 S V P G N T 43 2 3 2 0 1 1054 4 10 5 10 50 10 33 0 5 31100 5 105 9 100 22 1 N NS T S VV X 02 010 5 31 5 10180 10 3 2 2 3 2 2 1 N NS T S VP R S V SI B N N T 3 2 3 2 0 2 1022 2 5 10100 5 3178 0 10 100 95 0 115 5 10 121 5 10 2 T K 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 10 線路 L2 的參數(shù)計(jì)算 線路 L3 的參數(shù)計(jì)算 對(duì)各元件電抗標(biāo)幺值的計(jì)算 取基準(zhǔn)容量 第一段基準(zhǔn)電壓 第二段基準(zhǔn)電壓100 B SMVA 1 10 5 B VKV 第三段基準(zhǔn)電壓 2 115 B VKV 3 10 5 B VKV 37 0 115 100 5 31 121 100 5 10 100 2 2 2 2 2 2 2 2 B B N NT S T V S S V V X 20 0 115 100 4 065 22 2 1 1 B B LL V S XX 17 0 115 100 38 060 22 2 2 2 B B LL V S XX 25 166525 0 1 L R 26654 0 1 L X 2 136022 0 1 RL 8 226038 0 1 XL 15752 0 3 RL 307540 0 3 XL 83 0 5 10 100 30 5 10 25 0 2 2 2 1 2 1 B B N N G V S S V XX 83 0 5 10 100 30 5 10 25 0 2 2 2 3 2 2 B B N N G V S S V XX 30 0 5 10 100 5 31 5 10 100 5 9 100 2 2 2 1 2 1 1 1 B B N NT S T V S S V V X jj V S j S V X B B S S 54 22 2 3 2 3 1005 6 1023 1 115 100 44 09 0 55 1 sin cos 23 0 115 100 4 075 22 2 3 3 B B LL V S XX 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 11 對(duì)地容納的計(jì)算 3 2 系統(tǒng)等值電路及其化簡(jiǎn) 為使電路簡(jiǎn)化 需要將線路的三角形連接轉(zhuǎn)化為星形連接 其轉(zhuǎn)化公式為 012 0 100 115 65 2 108 2 22 26 2 2 1 11 B B S V L bB 011 0 100 115 60 2 108 2 22 26 2 2 2 22 B B S V L bB 013 0 100 115 75 2 106 2 22 26 2 2 3 33 B B S V L bB abca a abbcca bcab b abbcca cabc a abbcca Z Z Z ZZZ Z Z Z ZZZ Z Z Z ZZZ 0 12 115 100 650 25 22 2 1 1 B B LL V S RR 0 10 115 100 0 2260 22 2 2 2 B B LL V S RR 0 10 121 100 0 275 22 2 3 3 B B LL V S RR 018 0 5 10 100 10 5 31 5 10180 10 2 3 2 2 1 3 2 2 1 B B N NS T V S S VP R 02 0 115 100 10 5 31 121210 10 2 3 2 2 2 2 3 2 2 2 B B N NS T V S S VP R 1221 12 eq E EE E E EE 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 12 在進(jìn)行電路化簡(jiǎn)時(shí) 還需要對(duì)電源 阻抗進(jìn)行合并 其公式如下 代數(shù)得 對(duì)于正序圖 同理 對(duì)于負(fù)序圖 對(duì)于零序圖 3 3 單相短路計(jì)算 單相接地短路時(shí) 故障處的三個(gè)邊界條件為 經(jīng)過(guò) 0 0 0 fbfcfaVII 整理后便得到用序量表示的邊界條件為 短路點(diǎn)電流和電壓的各序分量為 1221 12 1 1 11 1 1 08 1 1 08 1 11 eq E EE E E EE 08 0 23 0 17 0 2 0 23 0 2 0 jjj jj ZZZ ZZ Z cabcab caab a 06 0 23 0 17 0 2 0 17 0 2 0 jjj jj ZZZ ZZ Z cabcab bcab b 07 0 17 023 02 0 17 0 23 0 jjj jj ZZZ ZZ Z acbcab bcca c 69 0 07 0 26 1 21 1 26 1 21 1 1 Zeq 69 0 07 0 26 1 21 1 26 1 21 1 2 Zeq 16 0 07 0 43 0 11 0 43 0 11 0 0 Zeq 1 2 0 1 2 0 0 fafafa fafafa VVV III 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 13 圖 3 1 單相接地短路 電壓和電流的各序分量 也可以直接應(yīng)用復(fù)合序網(wǎng)來(lái)求得 根據(jù)故障處各序 分量之間的關(guān)系 將各序網(wǎng)絡(luò)在故障端口聯(lián)接起來(lái)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)稱為復(fù)合序網(wǎng) 用 復(fù)合序網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算 可以得到同樣結(jié)果 短路點(diǎn)的故障相電流為 1 1 2 0 1 3 ffafafafafaIIIIII 或 帶入式 3 4 各個(gè)數(shù)據(jù) 得 1 2 0 1 1 2 0 1 1 0 2 1 2 0 1 0 fafafa fffafffffafaf fffafa fffafa jj j j III VVXIXXI VXI VXI a b c Ic 0 Ib 0Ia V a 0 54 1 3 16 0 69 0 69 0 13 3 0 2 1 0 1 jjj XXX V I ffffff f f 0 1 1 2 0 3 f f ffffff j V I XXX 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 14 由式 3 3 和式 3 1 得 由式 3 2 得 非故障相電壓 3 4 各節(jié)點(diǎn) 電壓的計(jì)算 KVVVVV 9 1202 0 08 0 121 222 2 2 223 1 2 0 1 11 31 54 fafafaf j IIII IXaXaVVVaVfaffff fafafafb aja 1 0 2 2 2 0 2 1 2 1 1 0 45 0 120sin120 cos 55 0 240sin240 cos jj 1 0 45 0 87 0 5 0 55 0 87 0 5 0 jj 10 0 54 1 1 16 0 1 0 0 j jj IXVfaff fa 45 0 54 1 1 69 0 1 2 2 j jj IXVfaff fa 55 0 54 1 1 16 0 69 0 1 0 2 1 j jj IXXVfaffff fa 09 041 0j IXXaVVaVVfafffffafafafc aaja 0 0 2 2 2 2 2 1 1 1 0 45 0 240sin240 cos 55 0 120sin120 cos jj 09 041 0j 4 216 0 3 0 j02 0 5 10 30 2 2 11 2 2 1 2 1 1 jjXR V QP S TT N GG T 02 3 16 0 j0 37 0 02 5 10 30 2 2 22 2 2 2 2 2 2 jjXR V QP S TT N GG T 4 2 84 294 2 16 0 30 111 jjSSS TG 87 1 81 0 23 0 j1 0 10 5 4 229 84 2 22 33 2 2 1 2 1 3 jjXR V QP S LL N L 27 1953 698 9 15 4087 1 81 04 2 84 29 331 3 jjjjSSSS L j8 064 74j0 17 0 1 5 10 8 1953 69 2 22 22 2 2 3 2 3 2 LL N SS L jXR V QP S 3 24 1 10402 384 2906 8 74 427 1953 69 22 3 2 jjjjSSSS L 32 0 84 2903 3 16 0 30 222 jjSSS TG 08KV 0 121 1 027 3317 0 74 27 2 2 22 2 2 V RQXP V LL KVVVVV 8 1202 0 21 0121 222 1 2 112 KVVVVV 9 12008 0 1 0121 222 2 2 223 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 15 于是得其 他各個(gè)節(jié)點(diǎn)的 電流分別為 20 0 70 1213 42 6 3 146 3 1 1 1 j j V S I 12 0 50 8 1203 3 24104 1 3 2 2 2 j j V S I 7 20 4 12j0 2 0 12 5 10 3 241 104 2 22 11 2 2 2 2 2 1 jjXR V QP S LL N SS L 6 42 3 146 7 20 4 1224 31 1044 2 84 29 1 21 1 jjjjSSSS L 33 2727 7406 8 74 4 27 1953 69 2 3 2 jjjSSS L 21KV 0 121 0 242 60 12 3 146 1 1 11 1 1 V XQRP V LL 20KV 0 121 12 042 6 2 0 3 146 1 1 11 1 1 V RQXP V LL 10KV 0 121 17 0 27 331 074 27 2 2 22 2 2 V XQRP V LL j0 0933 0 9 1203 27 1953 69 3 3 3 3 j V S I 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 16 第 4 章 短路計(jì)算的仿真 4 1 仿真模型的建立 xxxxxxxxxx 4 2 仿真結(jié)果及分析 本科生課程設(shè)計(jì) 論文 17 第 4 章 總結(jié) 對(duì)所設(shè)計(jì)內(nèi)容 方法 取得的效果 問(wèn)題的解決方案等方面作技術(shù)方面的總 結(jié) 如設(shè)計(jì)的內(nèi)容以及采用的技術(shù)方案或計(jì)算結(jié)果 注意 如果用到表格 則表內(nèi)容用五號(hào)宋