電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(第二題)

1、 第 1 頁 西華大學課程設(shè)計說明書 1 1 前言前言.2 2 1.11.1 短路的原因短路的原因 .2 1.21.2 短路的類型短路的類型 .2 1.31.3 短路計算的目的短路計算的目的 .2 1.41.4 短路的后果短路的后果 .3 2 2 電力系統(tǒng)三相短路電流計算電力系統(tǒng)三相短路電流計算.4 4 2.1 電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的原始參數(shù).4 2.2 制定等值網(wǎng)絡(luò)及參數(shù)計算.5 2.2.1 標幺制的概念 .5 2.2.2 有三級電壓的的網(wǎng)絡(luò)中各元件參數(shù)標幺值的計算 .6 2.2.3 計算各元件的電抗標幺值 .8 2.2.4 系統(tǒng)的等值網(wǎng)絡(luò)圖 .8 2.32.3 短路電流計算曲線的應用短路電流計算曲

2、線的應用.9 2.42.4 故障點短路電流計算故障點短路電流計算.10 2.4.1f2.4.1f1 1點三相短路點三相短路.10 2.4.2f2.4.2f3 3點短路點短路.12 3 3 電力系統(tǒng)不對稱短路電流計算電力系統(tǒng)不對稱短路電流計算.1515 3.1 對稱分量法的應用.15 3.2 各序網(wǎng)絡(luò)的制定.16 3.2.13.2.1 同步發(fā)電機的各序電抗同步發(fā)電機的各序電抗 .16 3.2.2 變壓器的各序電抗 .16 3.3 不對稱短路的分析.17 3.3.13.3.1 不對稱短路三種情況的分析不對稱短路三種情況的分析 .17 3.3.2 正序等效定則 .20 3.3.3 不對稱短路時短路點

3、電流的計算 .21 4 4 結(jié)論結(jié)論.2727 5 5 總結(jié)總結(jié)與與體會體會.2828 6 6 謝辭謝辭.2929 7 7 參考文獻參考文獻.3030 第 2 頁 西華大學課程設(shè)計說明書 1 1 前言前言 在電力系統(tǒng)的設(shè)計和運行中，都必須考慮到可能發(fā)生的故障和不正常運行的情況， 因為它們會破壞對用戶的供電和電氣設(shè)備的正常工作，而且還可能對人生命財產(chǎn)產(chǎn)生 威脅。從電力系統(tǒng)的實際運行情況看，這些故障絕大多數(shù)多數(shù)是由短路引起的，因此 除了對電力系統(tǒng)的短路故障有一較深刻的認識外，還必須熟練掌握電力系統(tǒng)的短路計 算。 短路是電力系統(tǒng)的嚴重故障。所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或相與地 （對于中性點接

4、地的系統(tǒng)）發(fā)生通路的情況。 1.11.1 短路的原因短路的原因 產(chǎn)生短路的原因很多，主要有如下幾個方面：（1）元件損壞，例如絕緣材料的自 然老化、設(shè)計、安裝及維護不良所帶來的設(shè)備缺陷發(fā)展成短路等；（2）氣象條件惡劣， 例如雷擊造成的網(wǎng)絡(luò)放電或避雷器動作，架空線路由于大風或?qū)Ь€覆冰引起電桿倒塌 等；（3）違規(guī)操作，例如運行人員帶負荷拉閘，線路或設(shè)備檢修后未拆除接地線就加 上電壓等；（4）其他，如挖溝損傷電纜，鳥獸跨接在裸露的載流部分等。 1.21.2 短路的類型短路的類型 在三相系統(tǒng)中，可能發(fā)生的短路有：三相短路、兩相短路、兩相短路接地和單相 接地短路。三相短路也稱為對稱短路，系統(tǒng)各項與正常運行

5、時一樣仍處于對稱狀態(tài)。 其他類型的短路都是不對稱短路。 電力系統(tǒng)的運行經(jīng)驗表明，在各種類型的短路中，單相短路占大多數(shù)，兩相短路 較少，三相短路的機會最少。三相短路雖然很少發(fā)生，但情況較嚴重，應給予足夠的 重視。況且，從短路計算方法來看，一切不對稱短路的計算，在采用對稱分量法后， 都歸結(jié)為對稱短路的計算。因此，對三相短路的的研究是具有重要意義的。 1.31.3 短路計算的目的短路計算的目的 在電力系統(tǒng)的設(shè)計和電氣設(shè)備的運行中，短路計算是解決一系列問題的不可缺少 的基本計算，這些問題主要是： （1）選擇有足夠機械穩(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，必須以短路計算作

6、為依據(jù)。這里包括計算沖擊電流以校驗設(shè)備的電動 力穩(wěn)定度；計算若干時刻的短路電流周期分量以校驗設(shè)備的熱穩(wěn)定度；計算指定時刻 的短路電流有效值以校驗斷路器的斷流能力等。 （2）為了合理地配置各種繼電保護和自動裝置并確定其參數(shù)，必須對電力網(wǎng)中發(fā) 生的各種短路進行計算和分析。在這些計算中不但要知道故障支路中的電流值，還必 第 3 頁 西華大學課程設(shè)計說明書 須知道電流在網(wǎng)絡(luò)中的分布情況。有時還要知道系統(tǒng)中某些節(jié)點的電壓值。 （3）在設(shè)計和選擇發(fā)電廠和電力系統(tǒng)主接線時，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，都要進行必要的短路電流計算。 （4）進行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計算，研究

7、短路對用戶工作的影響等，也含有一部分 短路計算的內(nèi)容 此外，確定輸電線路對通訊的干擾，對已發(fā)生故障進行分析，都必須進行短路計 算。 在實際工作中，根據(jù)一定的任務進行短路計算時，必須首先確定計算條件。所謂 計算條件，一般包括，短路發(fā)生時系統(tǒng)的運行方式，短路的類型好發(fā)生的地點，以及 短路發(fā)生后所采取的措施等。從短路計算的角度來看，系統(tǒng)運行方式指的是系統(tǒng)中投 入運行的發(fā)電、變電、輸電、用電的設(shè)備的多少以及它們之間相互聯(lián)接的情況，計算 不對稱短路時，還包括中性點的運行狀態(tài)。對于不同的計算目的，所采用的計算條件 是不同的。 1.41.4 短路的后果短路的后果 隨著短路類型、發(fā)生地點和持續(xù)時間的不同，短路

8、的后果可能指破壞局部地區(qū)的 正常供電，也可能威脅整個系統(tǒng)的安全運行。短路的危險后果一般有以下的幾個方面： （1）短路故障使短路點附近的支路中出現(xiàn)比正常值大許多倍的電流，由于短路電 流的電動力效應，導體間將產(chǎn)生很大的機械應力，可能使導體和它們的支架遭到破壞。 （2）短路電流使設(shè)備發(fā)熱增加，短路持續(xù)時間較長時，設(shè)備可能過熱以致?lián)p壞。 （3）短路時系統(tǒng)電壓大幅度下降，對用戶影響很大。系統(tǒng)中最主要的電力負荷是 異步電動機，它的電磁轉(zhuǎn)矩同端電壓的平方成正比，電壓下降時，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩顯 著減小，轉(zhuǎn)速隨之下降。當電壓大幅度下降時，電動機甚至可能停轉(zhuǎn)，造成產(chǎn)品報廢， 設(shè)備損壞等嚴重后果。 （4）當短路發(fā)生

9、地點離電源不遠而持續(xù)時間又較長時，并列運行的發(fā)電廠可能失 去同步，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定，造成大片地區(qū)停電。這是短路故障最嚴重后果。 （5）發(fā)生不對稱短路時，不平衡電流能產(chǎn)生足夠的磁通在鄰近的電路內(nèi)感應出很 大的電動勢，這對于架設(shè)在高壓電力線附近的通訊線路或鐵道訊號系統(tǒng)等會產(chǎn)生嚴重 的影響。 第 4 頁 西華大學課程設(shè)計說明書 2 2 電力系統(tǒng)三相短路電流計算電力系統(tǒng)三相短路電流計算 2.12.1 電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的原始參數(shù)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的原始參數(shù) ， S1 ， S2 230kV 345kV f2 f1 ， G1 ， G2 ， G3 T4 T1T2 T3 f3 L1 L3 L2 15.75kV 圖 2.1 電

10、力系統(tǒng)接線圖 電力系統(tǒng)接線如上圖所示。S1 ，S2 為無窮大電源系統(tǒng)，電抗為零。 發(fā)電機 G1 -G2 為汽輪發(fā)電機，每臺 400MVA，xd=0.285，負序電抗 x2 =0.29； 發(fā)電機 G3 為水輪發(fā)電機，280MVA，xd=0.203，負序電抗 x2 =0.22； 變壓器 T1 、T2 ，每臺 410MVA，Vs %=14.6，x0 x1 ； T3變壓器，260MVA，Vs %=14.1，x0 x1 ； 第 5 頁 西華大學課程設(shè)計說明書 T4變壓器，360MVA，Vs %=8.3，x0 x1 ； L1 線路，180km，x1 =0.405/km，x0 3x1 ； L2 線路，220

11、km，x1 =0.33/km，x0 3x1 ； L3 線路，95km，x1 =0.405/km，x0 3x1 ； 2.22.2 制定等值網(wǎng)絡(luò)及參數(shù)計算制定等值網(wǎng)絡(luò)及參數(shù)計算 2.2.12.2.1 標幺制的概念標幺制的概念 在一般的電路計算中，電壓、電流、功率和阻抗的單位分別用 V，A，W， 表示， 這種用實際有名單位表示物理量的方法稱為有名單位制。在電力系統(tǒng)計算中，還廣泛 的使用標幺制。標幺制是相對單位制的一種，在標幺制中各物理量都用標幺值表示。 標幺值定義由下式給出： 標幺值=（2-1） 位）基準值（與有名值同單 ）實際有名值（任意單位 由此可見，標幺值是一個沒有量綱的數(shù)值，對于同一個實際的

12、有名值，基準值選 得不同，其標幺值也就不同。因此，當我們說明一個量的標幺值時，必須同時說明它 的基準值，否則，標幺值的意義是不明確的。 當選定電壓、電流、功率和阻抗的基準值分別為,和時，相應的標幺值 B V B I B S B Z 如下： * * * * 22 B B BBBB BBBB V V V I I I SPjQPQ SjPjQ SSSS ZRjXRX ZjRjX ZZZZ 22 2.2.22.2.2 標幺值的選擇標幺值的選擇 在電力系統(tǒng)分析中，主要涉及對稱三相電路計算。計算時習慣上多采用線電壓 V， 線電流 I，三相功率 S 和一相等值阻抗 Z，各物理量之間存在下列關(guān)系： （2） S

13、 V P P VIS ZIV 33 33 同單相電路一樣，應使各量基準值之間的關(guān)系與其有名值間的關(guān)系具有相同的方 第 6 頁 西華大學課程設(shè)計說明書 程式： (3) SIVIVS VIZV BPBBPBBB BPBBB 333 33 選擇在標幺制中便有： (4) SIVS VIZV P P * * 由此可見，在標幺制中，三相電路的計算公式與單相電路的計算公式完全相同， 線電壓和相電壓的標幺值相等，三相功率和單相功率的標幺值相等。在選擇基準值時， 習慣上也只選 VB和 SB 。由此得： S V I V Z B B B B B 2 3 V S I B B B 3 這樣，電流和阻抗的標幺值則為： (

14、5) V S V S xR Z Z S V I I B B B B B B B B jxRj jxR I I 22* * 3 采用標幺值進行計算，所得結(jié)果最后還要換算成有名值，其換算公式為： （6） S V xR SS V S III VV B B B B B B B jZ S I V 2 * * * * )( 3 2.2.22.2.2 有三級電壓的的網(wǎng)絡(luò)中各元件參數(shù)標幺值的計算有三級電壓的的網(wǎng)絡(luò)中各元件參數(shù)標幺值的計算 第 7 頁 西華大學課程設(shè)計說明書 T-1T-2 k1，1k2:1 k1*:1k2*:1 G R C XGXT1XLXT2XRXC XG *XT1*XL*XT2*XR*XC*

15、 L IIIIII (a) (b) (c) 圖 2.2 有三段不同電壓等級的輸電系統(tǒng) 電力系統(tǒng)中有許多不同電壓等級的線路段，它們由變壓器來耦聯(lián)。圖 2.2（a）表 示了由三個不同電壓等級的電路經(jīng)兩臺變壓器耦聯(lián)所組成的輸電系統(tǒng)，略去各元件的 電阻和變壓器的勵磁支路，可以算出各元件的實際有名值，變壓器的漏抗均按原方繞 組電壓計算，這樣我們就得到各元件電抗用實際有名值表示的等值電路，如圖 2.2（b）所示，圖中 ， ， S V xx NG NG NGG )( 2 )( )*( S V xx N N N T T TT )( 2 )( )*( 1 1 11 V V T NT NT k )( )( 1 1

16、 I1 ， ， I Vx x NR NR R R )( 2 )( 3100 % S V xx N N T NT TT )( 2 )( )*( 2 2 22 V V T NT NT k )( )( 2 III2 II2 XL和 XC分別是架空線路 L 和電纜線路 C 的實際電抗。百分值也是一種相對單位制， 對于同一物理量，如果基準值相同，則百分值=100標幺值，對于變壓器，其標幺電 抗 xT(N)*常用下式計算： 100 % )*( V x S NT 由于三段電路的電壓等級不同，彼此間只是通過磁路耦合而沒有直接的電氣聯(lián)系， 可以對各段電路分別選基準電壓。假定分別選 VB()，VB（），VB（），

17、至于功率，整個 輸電系統(tǒng)用統(tǒng)一，所以各段的基準功率都為 SB。 選定基準電壓后，可對每一元件都按各段的基準電壓用公式（5）將其電抗的實際 有名值換算成標幺值，即 第 8 頁 西華大學課程設(shè)計說明書 ， ， V S xx B B GG2 )( * V S xx B B TT 2 )( 1*1 V S xx B B LL2 )( * ， V S xS B B TT 2 )( 2*2 V S xx B B RR2 )( * ， （7） VV VV k k k BB NN B TTT T ）（）（ ）（）（ 111 *1 )( VV VV k k k BB NN B TTT T ）（）（ ）（）（ 2

18、22 *2 )( 用標幺參數(shù)表示的等值電路如圖（c）所示，其中變壓器 kB（- -）=VB（）/VB（） 為第 I 段和第 II 段的基準電壓之比，稱為基準變比。 通常選擇適當基準電壓，使變壓器電路得到簡化，比如選擇 I，II 段基準電壓之 比 kB（-），等于變壓器下的變比 kT1，I,II 段的基準電壓之比等于變壓器 T2的變比 kT2，則可得 kT1*=1，kT2*=1，這樣在標幺參數(shù)的電路中就不需串聯(lián)理想變壓器了。 在實際的計算中，總是把基準電壓選得等于（或接近于）該電壓級的額定電壓。 這樣可以從計算結(jié)果清晰地看到實際電壓偏離額定值的成程度。為了解決上述的困難， 在工程計算中規(guī)定，各個

19、電壓等級都以其平均額定電壓 Vav作為基準電壓，根據(jù)我國現(xiàn) 行的電壓等級，各級平均額定電壓規(guī)定為： 3.15，6.3，10.5，15.75，37，115，230，345，525（kV） 在分段計算中以上述平均額定電壓作為各級基準電壓。 2.2.32.2.3 計算各元件的電抗標幺值計算各元件的電抗標幺值 在本次實驗中，選取 SB=1000MVA，VB=Vav 7125 . 0 400 1000 285 . 0 2 1 )( 2 )(1 *)(1*2*1 V S S V xxx B B NG G GGG N N 7250 . 0 280 1000 203 . 0 2 3 )( 2 )(3 *)(3

20、*3 V S S V xx B B NG G GG N N 3561 . 0 410 1000 146 . 0 100 % 2 )( 2 1)(1 )(1 1 2*1 V S S VV xx TN N B B T TS TT 5423 . 0 260 1000 141 . 0 100 % 2 )( 2 3)(3 )(3 3 *3 V S S VV x TN N B B T TS T 第 9 頁 西華大學課程設(shè)計說明書 2306 . 0 360 1000 083 . 0 100 % 2 )( 2 4)(4 )(4 4 *4 V S S VV x TN N B B T TS T 3780 . 1

21、230 1000 180405 . 0 22 )( 1 1*1 V S xx L B B LL 6100 . 0 345 1000 22033 . 0 22 )( 2 2*2 V S xx L B B LL 7273 . 0 260 1000 95405 . 0 22 )( 3 3*3 V S xx L B B LL 2.2.42.2.4 系統(tǒng)的等值網(wǎng)絡(luò)圖系統(tǒng)的等值網(wǎng)絡(luò)圖 1.3780 0.3561 0.7125 0.3561 0.7125 0.72730.2306 0.6100 0.5423 0.7250 S1S2 321 圖 2.3 電力系統(tǒng)的等值網(wǎng)絡(luò) 2.32.3 短路電流計算曲線的應用

22、短路電流計算曲線的應用 在工程計算中常利用計算曲線來確定短路后任意指定時刻短路電流的周期分量， 對短路點的總電流和短路點鄰近支路的電流分布計算，計算曲線有足夠的準確度。 應用計算曲線法的具體計算步驟如下： (1)繪制等值網(wǎng)絡(luò)。 a.選取基準功率 SB和基準電壓 VB=Vav； b.發(fā)電機的電抗用 xd“，略去網(wǎng)絡(luò)中各元件的電阻，輸電線路的電容和變壓器的 第 10 頁 西華大學課程設(shè)計說明書 勵磁支路； c.無限大功率電源的內(nèi)電抗等于零； d.略去負荷。 (2)進行網(wǎng)絡(luò)變換。 將網(wǎng)絡(luò)中的電源按合并的原則合并成若干組，求出各等值電機對短路點的轉(zhuǎn)移阻 抗 xfi（i=1，2，）以及無限大功率電源對短

23、路點的轉(zhuǎn)移電抗 xfs。 (3)將求得的轉(zhuǎn)移電抗按各相應的等值機的容量進行歸算，便得到各等值機對短路 點的計算電抗。 (i=1、2、3、) （8） S S xx B Ni fijsi 式中 SNi為第 i 臺等值機的額定容量，即由它所代表的那部分發(fā)電機的額定容量之 和。 (4)由 xjs1，xjs2，分別根據(jù)適當?shù)挠嬎闱€找出指定時刻 t 各等值發(fā)電機提供的 短路周期電流的標幺值 Ipt1*，Ipt2*，, Iptg*。 (5)網(wǎng)絡(luò)中無限大功率電源提供的短路周期電流是不衰減的，并由下式確定 （9） x I fs ps 1 * (6)計算短路電流周期分量的有名值。 第 i 臺等值發(fā)電機提供的短路

24、電流為 （10） V S IIII av Ni ptiNiptipti 3 * 無限大功率電源提供的短路電流為 (11) V S IIII av B psBpsps 3 * 式中，Vav為短路點處電壓級平均額定電壓；INi為歸算到短路點處電壓級第 i 臺等 值發(fā)電機的額定電流；IB為對應于所選基準功率 SB在短路處電壓的基準電流。 2.42.4 故障點短路電流計算故障點短路電流計算 2.4.1f2.4.1f1 1點三相短路點三相短路 f1點三相短路時，由系統(tǒng)的參數(shù)可知，G1，G2可以合并，另外可作星網(wǎng)變換消去 f2處節(jié)點。 合并 G1，G2得 5343 . 0 2 7125 . 0 3561

25、. 0 )/()( *2*1*1)12( xxxxx TGTaf 對于 f2處節(jié)點進行星網(wǎng)變換，算出 G3對母線 f1處的電抗為： 第 11 頁 西華大學課程設(shè)計說明書 2152 . 4 6100 . 0 )7273 . 0 2306 . 0 ()5423 . 0 7250 . 0 ( 7273 . 0 2306 . 0 5423 . 0 7250 . 0 )()( *2 *3*4*3*3 *3*4*3*3 36 x xxxx xxxxx L LTTG LTTG S2到母線 f2處的電抗為： 0290 . 2 5423 . 0 7250 . 0 )7273 . 0 2306 . 0 (6100

26、 . 0 7273 . 0 2306 . 0 6100 . 0 )( *3*3 *3*4*2 *3*4*226 xx xxx xxxx TG LTL LTLS 合并 S1，S2可得： 8207 . 0 0290 . 2 3780 . 1 0290 . 2 3780 . 1 / 2616 xxx SSS 由此可得等值電路圖如圖 2.4 所示 G1，G2合并后的計算電抗為： 0.8207 0.53434.2152 S 1，23 f1 圖 2.4 f1點三相短路等值電路 4274 . 0 1000 4002 5343 . 0 21 1212 S SS xx B GG fjs G3的計算電抗為： 18

27、02 . 1 1000 280 2152 . 4 3 33 S S xx B G fjs 由所得的計算電抗查表可得 1 秒時各等值電源提供的短路電流為： 第 12 頁 西華大學課程設(shè)計說明書 956 . 1 *12 If 003 . 1 *3 If 2185 . 1 1 6 * x I s fs 又由可得： V S IIII av Ni ptiNiptipti 3 * )(928 . 3 2303 4002 956. 1 3 12 *1212 kA N ff V S II av )(7050 . 0 2303 280 003 . 1 3 3 *33 kA N ff V S II av )(05

28、87 . 3 2303 1000 2185 . 1 3 * kA ff V S II av B SS 所以變壓器高壓側(cè)電流為)(964 . 1 2 1 12 21 kA f TT III 根據(jù)變壓器的變比可得低壓側(cè)電流為)(6806.28 75.15 230 964 . 1 21 kA GG II 又因為 Ifs由 S1和 S2提供，可得 )(1696 . 1 0290 . 2 3780 . 1 0290 . 2 964. 1 262 26 1 kA SS S f xx x IIfs 所以 IL3=3.928+0.6413+3.0578-21.964-1.1696=2.5295（kA） 所以

29、T4高壓側(cè)電流為)(6863 . 1 345 230 5295 . 2 345 230 34 kA LT II #T4高壓側(cè)電流由 S2和 G3提供，由分流系數(shù)我們可以求得 )(1384 . 1 7250 . 0 5423 . 0 6100 . 0 7250 . 0 5423 . 0 6863 . 1 *3*3*2 *3*3 42 kA GTL GT TL xxx xx II T3高壓側(cè)電流為)(5479 . 0 1384 . 1 6863 . 1 243 kA LTT III T3低壓側(cè)電流為)(0024.12 75.15 345 33 kA TG II 由此我們計算出了 f1點處短路時各支

30、路的電流。 2.4.2f2.4.2f3 3點短路點短路 f3點短路時： 由于 G1點直接接于短路點，應單獨考慮，同樣 G2單獨考慮。 S2，G3對 f1點的電抗同 f1點短路時結(jié)果一樣，x36=，xs26=。2152 . 4 0290 . 2 合并 S1，S2，有 Sb=。8207 . 0 由此我們得到圖 2.6 第 13 頁 西華大學課程設(shè)計說明書 根據(jù)星網(wǎng)變換可以分別算出 G2，G3，S1,2對 f3的轉(zhuǎn)移阻抗： 5196 . 1 ) 2152 . 4 1 8207 . 0 1 0686 . 1 1 3561 . 0 1 (3561 . 0 8207 . 0 12 xf 805 . 7 )

31、 2152 . 4 1 8207 . 0 1 0686 . 1 1 3561 . 0 1 (3561 . 0 2152 . 4 3 xf 9786 . 1 ) 2152 . 4 1 8207 . 0 1 0686 . 1 1 3561 . 0 1 (3561 . 0 0686 . 1 2 xf 1.5196 7.805 S 13 1.9786 2 0.7125 f3 圖 2.5 f3點三相短路等值電路 可以分別算得電壓對 f3點的計算電抗為： 285 . 0 1000 400 7125 . 0 1 xjs 7914 . 0 1000 400 9786 . 1 2 xjs 1854 . 2 10

32、00 280 805 . 7 3 xjs 查表得各電源提供的短路電流的標幺值為： 第 14 頁 西華大學課程設(shè)計說明書 ， ， ，4215 . 2 *1 If 243 . 1 *2 If 470 . 0 *3 If 6581 . 0 * If S 由可得： V S II av ptipti Ni 3 * )(5061.36 75.153 400 4215 . 2 75.153 400 *11 kA ff II )(2259.18 75.153 400 243 . 1 75.153 400 *22 kA ff II )(8241 . 4 75.153 280 470 . 0 75.153 280

33、 *33 kA ff II )(1241.24 75.153 1000 6581 . 0 3 * kA ff V S II av B SS 由等值電路圖可知，T1低壓側(cè)電流應為： )(1741.471241.248241 . 4 2259.18 32 1 kA fff G IIII S 所以 T1的高壓側(cè)電流為：)(2304 . 3 230 75.15 11 kA GT II T2高壓側(cè)的電流為：)(2901 . 1 2 kA T I 所以其低壓側(cè)電路為: )(8508.18 75.15 230 22 kA TG II 無限大功率電源 S1，S2提供電流為： )(5261 . 1 8207 .

34、 0 2152 . 4 2152 . 4 )( 21 kA TT IIIS 所以，)(4650 . 0 21 2 1 kA LL L L II I IIS )(4744 . 1 4650 . 0 2901. 12304 . 3 2113 kA TLTL IIII )(9829 . 0 345 230 4744 . 1 345 230 34 kA LT II )(6635 . 0 7250 . 0 5423 . 0 6100 . 0 7250. 05423 . 0 42 kA TL II )(3194 . 0 243 kA LTT III )(9959 . 6 75.15 345 33 kA T

35、G II 第 15 頁 西華大學課程設(shè)計說明書 由此得出 f3點三相短路時各支路的電流值。 3 3 電力系統(tǒng)不對稱短路電流計算電力系統(tǒng)不對稱短路電流計算 3.13.1 對稱分量法的應用對稱分量法的應用 在三相電路中，對于任意一組不對稱的三相相量(電流或電壓)，可以分解為三組 三相對稱的相量，當選擇 a 相作為基準時，三相相量與其對稱分量之間的關(guān)系（如電 流）為： （12） . (1) . ( . 2 . 2 . 2) . (0) 1 1 1 3 111 aa a a b I aa a I aI I c I I 式中，運算，且有，分別為 a 120oj ae 2240oj ae . . 23 (

36、1)(2)(0)10,1;,aaaaaaIII 相電流的正序，負序，零序分量，并且有： （13） )0()0()0( )2()2( , )2()2( ) 1 () 1 ( , ) 1 () 1 ( 2 2 acb a a ca a b a a ca a b III IIII IIII 由此可知，正序分量的相序與正常對稱運行下的相序相同，而負序相量的相序則 與正序相反，零序分量則三相量同相位。 當已知各序?qū)ΨQ分量時，同樣可以求出三相不對稱的相量，即 第 16 頁 西華大學課程設(shè)計說明書 （14） )0()2() 1 ()0()2() 1 ( )0()2() 1 ()0()2() 1 ( )0()

37、2() 1 ( 2 2 cccaa a a a c bbbaa a a a b aaa a IIIIIII IIIIIII IIII 電壓的三相相量與其對稱分量之間的關(guān)系也與電流的一樣。 計算不對稱度故障的基本原則就是，把故障處的三相阻抗不對稱表示為電壓和電 流相量的不對稱，使系統(tǒng)其余部分保持為三相阻抗對稱的系統(tǒng)。這樣，借助于對稱分 量法并利用三相阻抗對稱電路各序具有獨立性的特點，分析計算就可得到簡化。 3.23.2 各序網(wǎng)絡(luò)的制定各序網(wǎng)絡(luò)的制定 3.2.13.2.1 同步發(fā)電機的各序電抗同步發(fā)電機的各序電抗 同步發(fā)電機在對稱運行時，只有正序電勢和正序電流。此時的電機參數(shù)就是正序 參數(shù)。當發(fā)電

38、機定子繞組中通過負序基頻電流時，它產(chǎn)生的負序旋轉(zhuǎn)磁場與正序基頻 電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向正好相反。因此，負序旋轉(zhuǎn)磁場同轉(zhuǎn)子之間有兩倍同步旋轉(zhuǎn) 的相對運動。正序電抗取決于定子負序旋轉(zhuǎn)磁場所遇到的磁阻，由于轉(zhuǎn)子縱橫間不對 稱，隨著負序旋轉(zhuǎn)磁場同轉(zhuǎn)子間的相對位置的不同，負序磁場所遇到的磁阻也不同， 負序電抗也就不同。 發(fā)生不對稱短路時，由于發(fā)電機轉(zhuǎn)子縱橫軸間的不對稱，定、轉(zhuǎn)子繞組無論是在 穩(wěn)態(tài)還是在暫態(tài)過程中，都將出現(xiàn)一系列的高次諧波電流，這就使對發(fā)電機序參數(shù)的 分析變復雜了。為了使發(fā)電機負序電抗具有確定的含義，取發(fā)電機負序端電壓的基頻 分量與負序電流基頻分量的比值，作為計算電力系統(tǒng)基頻短路時發(fā)電機的

39、負序阻抗。 當發(fā)電機定子繞組通過基頻零序電流時，由于各相電樞磁勢大小相等，相位相同， 且在空間相差 120 度電角度。它們在系統(tǒng)中的合成磁動勢為零，所以，發(fā)電機的零序 電抗僅由定子線圈的等位漏磁通確定。但是零序電流所產(chǎn)生的漏磁通與正序（或負序） 電流所產(chǎn)生的漏磁通不同的，其差別與繞組形式有關(guān)。零序電抗的變化范圍大致是 。 (0) (0.150.6) d xx 3.2.23.2.2 變壓器的各序電抗變壓器的各序電抗 變壓器的等值電路表征了一相原、副方繞組間的電磁關(guān)系。圖 3.1 反映了不計繞組 電阻和鐵芯損耗時變壓器的零序等值電路。 第 17 頁 西華大學課程設(shè)計說明書 jxIjxII jxII

40、I jxI jxm (0) IIII jxIII jxII II III (a)(b) 圖 3.1 變壓器的零序等值電路 （a）雙繞組變壓器（b）三繞組變壓器 變壓器等值電路中的參數(shù)不僅同變壓器的結(jié)構(gòu)有關(guān)，有的參數(shù)也同所通過電流的 序別有關(guān)。變壓器各繞組的電阻，與通過的序別無關(guān)。因此，變壓器的正序，負序， 零序的等值電阻相等。 變壓器的漏抗，反映了原副方繞組間磁耦合的情況，磁通的路徑與所通電流的序 別無關(guān)。因此變壓器的正序，負序，零序等值漏抗也相等。 變壓器的勵磁阻抗，取決于主磁通路徑的磁導，當變壓器通以負序電流時，主磁 通的路徑與正序電流時完全相同，所以變壓器正序，負序和零序等值電路及參數(shù)是

41、完 全相同的。 對于由三個單相變壓器組成的三相變壓器組，每相的零序主磁通與正序主磁通一 樣，有獨立磁路。對于三相四柱式，零序主磁通也能形成回路，磁阻很小， 所以兩 種變壓器中，短路計算時可以當做，忽略勵磁電流，把勵磁支路斷開。 (0)m x 變壓器的零序等值電路與外電路的聯(lián)接，取決于零序電流的流通路徑，因而與變 壓器三相繞組聯(lián)接形式及中性點是否接地有關(guān)。 （1）當外電路向變壓器某側(cè)三相繞組施加零序電壓時，如果能在改側(cè)產(chǎn)生零序電 流，則等值電路中改側(cè)繞組與外電路接通；如果不能產(chǎn)生零序電流，則從電路等值的 觀點，可以認為變壓器該側(cè)繞組與外電路斷開。根據(jù)這一原則，只有中性點接地的星 形接法才能與外電

42、路接通。 （2）當變壓器繞組只有零序電勢時，如果它能將零序電勢施加到外電路上去并能 提供零序電流的通路，則等值電路中改側(cè)繞組端點與外電路接通，否則與外電路斷開。 所以也只有 YN接法繞組才能與外電路接通。 （3）在三角形接法的繞組中，繞組的零序電勢雖不能作用到外電路去，但能在繞 組中形成環(huán)流，在等值電路中改側(cè)繞組端點接零序等值中性點。 第 18 頁 西華大學課程設(shè)計說明書 由于三角形接法的繞組漏抗與勵磁支路并聯(lián)，不管何種鐵芯結(jié)構(gòu)的變壓器，一般 勵磁電抗總比漏抗大得多，一般近似取。 (0)m x 3.33.3 不對稱短路的分析不對稱短路的分析 3.3.13.3.1 不對稱短路三種情況的分析不對稱

43、短路三種情況的分析 Vfa=o a b c Ifa Ifb=0Ifc=0 圖 3.2 單相接地短路 單相接地短路如圖 3.2 所示。故障處邊界條件為： ， ，0 fa V0 fb I0 fc I 用對稱分量法表示為： ，0 )0()2() 1 ( fafafa VVV0 )0()2( ) 1 ( 2 fafa fa IaIIa 0 )0( )2( 2 ) 1 ( fa fa fa IIaaI 整理后得到序分量表示的邊界條件為： （15） )0()2() 1 ( 0 )0()2() 1 ( fafafa fafafa III VVV 了解得： （16） )( ) 1 ( )0()2()1( )0

44、( xxx V I ffffff j f fa ) 1 ()0()2(fafafa III 第 19 頁 西華大學課程設(shè)計說明書 a b c Ifa=0 Ifb=0Ifc=0 圖 3.3 兩相短路 兩相短路情況如圖 3.3 所示。故障處的邊界條件為： ， ，0 fa I0 fcfb II fcfb VV 用對稱分量法表示為： 0 )0()2() 1 ( fafafa III 0 )2( 2 ) 1 ()0()0()2( ) 1 ( 2 fa fafafafa fa IaaIIIaIIa )0( )2( 2 ) 1 ()0()2( ) 1 ( 2 fa fa fafafa fa VVaaVVaV

45、Va 整理后得： ， ，0 )0( fa I0 )2() 1 ( fafa II )2() 1 (fafa VV 可以求得： ， （17） )( ) 1 ( )2()1( )0( xx V I ffff j f fa ) 1 ()2(fafa II 第 20 頁 西華大學課程設(shè)計說明書 a b c Ifa=0Ifb=0Ifc=0 Vfc=0 Vfb=0 圖 3.4 兩相短路接地 兩相短路接地情況如圖 3.4 所示。故障處的邊界條件為： ， ，0 fa I0 fb V0 fc V 用序分量表示的邊界條件為 （18） )0()2() 1 ( 0 )0()2() 1 ( fafafa fafafa

46、VVV III 可以求得： )( ) 1 ( )0()2()1( )0( xxx V I ffffff j f fa ) 1 ()2( )0()2( )0( fafa I xx x I ffff ff ) 1 ()2( )0()2( )2( fafa I xx x I ffff ff 3.3.23.3.2 正序等效定則正序等效定則 由以上所得三種簡單不對稱短路時短路電流正序分量可以統(tǒng)一寫成 （19） )( )( ) 1 ( )( )1( )0( xx V I n ff j f n fa 式中，表示附加阻抗，其值隨短路形式而不同，(n)是代表短路形式的符號。 ( )n x 公式（19）表明：在簡

47、單不對稱短路的情況下，短路點電流的正序分量，與在短 第 21 頁 西華大學課程設(shè)計說明書 路點每一相中加入附加電抗而發(fā)生三相短路時電流相等。這個概念稱為正序等效定 ( )n x 則。 從短路點故障相電流算式可以看出，短路電流的絕對值與正序分量絕對值成正比， 即 ， ( )( )( ) (1) nnn ffa ImZ 式中，為比例系數(shù)，其值視短路類型而定。 ( )n m 各種簡單短路的和列于表 3-1 中。 ( )n x ( )n m 表 3-1 簡單短路時的和 ( )n x ( )n m 短路類型 f n)( )n x ( )n m 三相短路 f )3( 01 兩相短路接地f )1 , 1(

48、xx x ffff ff )0()2( )0( xx x ffff ff )0()2( )0( 13 兩相短路 f )2( Xff)2(3 單相短路 f )1( xx ffff)0()2( 3 3.3.33.3.3 不對稱短路時短路點電流的計算不對稱短路時短路點電流的計算 取 12312 1000,1.67,1.5 BBavGGGss SMVA VVEEEEE 計算各序電抗的標幺值： 正序網(wǎng)絡(luò)與三相短路時相同，參數(shù)也一樣，此處不再計算。 負序網(wǎng)絡(luò)中： 2 4() 1(2)2(2)4() 2 4() 1000 0.290.7250 400 GN B GGGN GNav V S XXX SV 2

49、3() 3(2)3() 2 3() 1000 0.220.7857 280 GN B GGN GNav V S XX SV 1(2)2(2)1* 0.3561 TTT XXX 3(2)3* 0.5423 TT XX 第 22 頁 西華大學課程設(shè)計說明書 4(2)4* 0.2306 TT XX 1(2)1* 1.3780 LL XX 2(2)2* 0.6100 LL XX 3(2)3* 0.7273 LL XX 零序網(wǎng)絡(luò)中，由于零序電流必須經(jīng)過大地才能流通，而且電流的流通與變壓器中 性點接地情況及變壓器的形式有關(guān)，所以我們可以不考慮電機及無限大功率電源 和的零序電抗。 12 ,S S 12 ,L

50、 L 1(0)2(0)1* 0.3561 TTT XXX 3(0)3* 0.5423 TT XX 4(0)4* 0.2306 TT XX 3(0)3* 33 0.72732.1819 LL XX 由此，可以制定出各序的網(wǎng)絡(luò)圖，如圖 3.5。 第 23 頁 西華大學課程設(shè)計說明書 圖 3.5 電力系統(tǒng)正(a)、負(b)、零(c)序網(wǎng)絡(luò) 由于系統(tǒng)中的變壓器為接法，零序電流可以通過，而發(fā)電機及不提供 N T 12 ,S S 零序電流通道，所以零序網(wǎng)絡(luò)中只包含變壓器及線路；而正序和負序網(wǎng)絡(luò)中則各元 3 L 件都包括。 網(wǎng)絡(luò)簡化，正序網(wǎng)絡(luò)中先將支路合并，再將支路和支路及支路 12 ,G G 12G E

51、1 S 32 ,G S 第 24 頁 西華大學課程設(shè)計說明書 分別等效： 121* 12121* 121* 0.5343 1.3780 /0.3850 0.5343 1.3780 GL GsGL GL XX XXX XX 12121* 12 121* 1.5 0.5343 1.67 1.3780 1.6225 0.5343 1.3780 SGGL GS GL E XEX E XX 2*3 32*3 2*3 0.6100 1.2673 /0.4118 0.6100 1.2673 L G sL L XX XXX XX =1.6148 將兩側(cè)支路等效可得： 1 f =1.6206 (1)3*4*31

52、2 ()/0.3005 ffLTG sGs XXXXX 負序網(wǎng)絡(luò)中，先合并支路： 12 ,G G =0.5406 將與支路及與支路等效： 1 S 2 G 2 S 3 G =38830 3780154060 3780154060 . . . 3 (2)3(2)2(0) 1.2673 0.6100 /0.4118 1.26730.6100 G sGL XXX 將兩側(cè)支路等效可得： 1 f # (2)12 (2)35(2) 0.3850 0.4118 /0.1990 0.38500.4118 ffGsG XXX 零序網(wǎng)絡(luò)中，等效有： 12 ,G G (0)2(0) 12(0) (0)2(0) 0.3561 0.1781 2 TT G T