不對稱短路分析計算

1、武漢理工大學電力系統(tǒng)分析課程設計說明書課程設計任務書學生姓名： 張珊 專業(yè)班級： 電氣1004班 指導教師： 宋仲康 工作單位： 自動化學院 題 目: 不對稱短路電流計算初始條件：系統(tǒng)如圖所示，電力系統(tǒng)電壓為110KV，有電源G1，變壓器T1和T2，以及雙回路L,負載都為LD1和LD2。各元件參數如下：發(fā)電機G-1：SN=120MVA,VN=10.5KV,Xd”=0.9,E0”=1.67,X(2)=0.45;變壓器T1 : SN=60MVA,VS%=10.5;變壓器T2 : SN=60MVA,VS%=10.5;線路：L=105KM,X1=0.4/KM,X(0)=3X(1);負荷:L1:SN=6

2、0MVA,X(1)=1.2, X(2)=0.35;負荷:L2SN=40MVA,X(1)=1.2, X(2)=0.35;要求完成的主要任務: f點發(fā)生不對稱短路時計算短路電流和短路沖擊電路。指導教師簽名： 2013年 6 月 7 日報告內容：1.任務書 2.摘要 3.任務及題目要求 4.設計原理 5.計算過程及步驟6.結果分析 7.小結 8.參考文獻 9.成績評定表目錄摘要31 電力系統(tǒng)短路故障的基本知識41.1短路故障的概述41.2 標幺值41.3 對稱分量法在不對稱短路計算中的應用51.4變壓器的三序電抗52 對于不對稱短路的計算62.1 參數標幺值的計算62.2 制定各序網絡62.3網絡化

3、簡83 由正序定則計算短路電流93.1 單相接地短路93.2 兩相短路103.3 兩相接地短路113.4正序定則133.5 沖擊電流的計算134 短路電流計算14小結15參考文獻16摘要在電力系統(tǒng)運行過程中，時常會發(fā)生故障，且大多是短路故障。短路通常分為三相短路、單相接地短路、兩相短路和兩相接地短路。其中三相短路為對稱短路，后三者為不對稱短路。電力運行經驗指出單相接地短路占大多數，因此分析與計算不對稱短路具有非常重要意義。分析計算不對稱短路方法很多，目前實際最常用的方法是對稱分量法。基于對稱分量法的基本理論，對稱分量法采取的具體方法之一是解析法，即把該網絡分解為正，負，零序三個對稱序網，這三組

4、對稱序分量可分別按對稱的三相電路分解。而以對稱分量法為核心的計算方法又可有解析法和計算機程序算法等，本論文的主要討論解析法，也就是將微分方程代數化、暫態(tài)分析穩(wěn)態(tài)化、不對稱轉化為對稱并疊加完成不對稱故障的分析與計算。具體就是列出邊界條件，畫出復合序網絡圖，然后根據正序定則計算短路電流。關鍵詞：不對稱短路 正序定則 復合序網絡1 電力系統(tǒng)短路故障的基本知識1.1短路故障的概述在電力系統(tǒng)運行過程中，時常發(fā)生故障，其中大多數是短路故障。所謂短路：是指電力系統(tǒng)正常運行情況以外的相與相之間或相與地（或中性線）之間的連接。除中性點外，相與相或相與地之間都是絕緣的。電力系統(tǒng)短路可分為三相短路，單相接地短路。兩

5、相短路和兩相接地短路等。三相短路的三相回路依舊是對稱的，故稱為不對稱短路。其他的幾種短路的三相回路均不對稱，故稱為不對稱短路。電力系統(tǒng)運行經驗表明，單相短路占大多數，上述短路均是指在同一地點短路，實際上也可能在不同地點同時發(fā)生短路，例如兩相在不同地點接地短路。依照短路發(fā)生的地點和持續(xù)時間不同，它的后果可能使用戶的供電情況部分地或全部地發(fā)生故障。當在有由多發(fā)電廠組成的電力系統(tǒng)發(fā)生端來了時，其后果更為嚴重，由于短路造成電網電壓的大幅度下降，可能導致并行運行的發(fā)電機失去同步，或者導致電網樞紐點電壓崩潰，所有這些可能引起電力系統(tǒng)瓦解而造成大面積的停電事故，這是最危險的后果。在電力系統(tǒng)和電氣設備的設計和

6、運行中，短路計算是解決一系列技術問題所不可缺少的基本計算，比如在選擇發(fā)電廠和電力系統(tǒng)的主接線時比較不同方案接圖，進行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計算，研究短路對用戶的影響。合理配置各種繼電保護和自動裝置并正確整定其參數都必須進行短路的計算和分析。1.2 標幺值1）標幺值的定義：標幺值=實際有名值（任意單位）基準值（與有名值同單位）2）不同基準值的標幺值間的換轉一般都是以各自的可定容量（或額定電流）和額定電壓為基準的標幺值（額定阻抗值）由于各元件的額定值不同，因此必須把不同基準值的標幺阻抗換算成統(tǒng)一基準值的標幺值。進行換算時，先把額定標幺阻抗還原成原有名值。發(fā)電機：XG*=XGN*VG(N)2SBSG(N)

7、VB2變壓器：XT*=XTN*VTN2SBSTNVB2=VS%100VTN2SBSTNVB2輸電線路：XL*=XLSBVB2=X0LSBVB2電抗器：XR*=XR(N)*SBVB2=VR%100VR(N)3IR(N)SBVB21.3 對稱分量法在不對稱短路計算中的應用在三相短路中對于任意一相不對稱的三相相量（電流和電壓）可以分解為三項對稱的相量，當選擇A相作為基準相時語氣對稱分量之間的關系為Ia(1)Ia(2)Ia(0)=111aa21a2a1IaIbIc式中，運算子a=ej120.,a2=ej120.，且有1+a+a2=1,a3=1; Ia(1)、Ia(2)、Ia(0)，分別為a相電流的正序

8、、負序和零序分量，并且有Ib1=a2Ia(1),Ic1=aIa1Ib2=aIa(2),Ic1=a2Ia2Ib0=Ic0=Ia0由此可以得到Ia=Ia(1)+Ia(2)+Ia(0)Ib=a2Ia(1)+aIa(2)+Ia(0)=Ia=Ib(1)+Ib(2)+Ib(0)Ia=aIa(1)+a2Ia(2)+Ia(0)=Ia=Ic(1)+Ic(2)+Ic(0)1.4變壓器的三序電抗變壓器等值電路中的參數不僅同變壓器的結構相關，有的參數也同所通過電流的序別有關。變壓器各繞組的電阻，與所通過的電流序別無關。因此，變壓器的正序、負序和零序的等值電阻相等。變壓器的漏抗，反映了原副方繞組之間磁耦合的緊密程度。因

9、此，變壓器的正序、負序和零序的等值漏抗也相等。變壓器的勵磁電抗，取決于主磁通路徑的磁導。變壓器通以負序電流時，主磁通的路徑與正序完全相同，所以，變壓器的正序和負序等值電路完全相同。關于零序等值電路取決于變壓器與外電路的連接情況,如下所述。(1)當外電路向變壓器某側繞組施加零序電壓時，如果能在該繞組產生零序電流，則等值電路中該側繞組與外電路接通；如不能產生零序電流，則與外電路斷開。因此，只有中性點接地的星形接法才能與外電路接通。(2)當變壓器繞組具有零序電勢時，如果它能將零序電勢施加到外電路上去并提供零序電流通路，則與外電路連通，不然斷開。也只有中性點接地的星形接法才能與外電路接通。(3)在三角

10、形接法的繞組中，繞組的零序電勢雖然不能作用到外電路去，但能在三繞組中形成零序環(huán)流。因此，在等值電路中該側繞組斷點接零序等值中性點。（等值中性點與地同電位是則接地）2 對于不對稱短路的計算2.1 參數標幺值的計算選取基準功率SB=120MVA和基準電壓VB=VAV,計算出各元件的各序電抗的標幺值。發(fā)電機正序電抗：XG(1)*=Xd''SBSN=0.9×120120=0.9發(fā)電機負序電抗：XG2*=X(2)SBSN=0.45×120120=0.45變壓器T1：XT1*=VS%100SBSN=10.5100×12060=0.21變壓器T2：XT2*=VS

11、%100SBSN=10.5100×12060=0.21輸電線路正序電抗：XL1*=12X1LSBVB2=12×0.4×105×1201152=0.19輸電線路零序電抗：XL0*=3XL1*=3×0.19=0.57負載LD1正序電抗：XLD11*=X(1)SBSN=1.2×12060=2.4負載LD1負序電抗：XLD12*=X(2)SBSN=0.35×12060=0.7負載LD2正序電抗:XLD21*=X(1)SBSN=1.2×12040=3.6負載LD2負序電抗：XLD22*=X(2)SBSN=0.35×

12、12040=1.052.2 制定各序網絡1）正序網絡:正序網絡就是通常計算對稱短路時所用的等值電路。除中性點接地阻抗、空載線路以及空載變壓器外，電力系統(tǒng)各元件均應包括在正序網絡中，并且用相應的正序參數和等值電路表示，搜有的同步發(fā)電機和調相機，以及個別的必須用等值電源支路表示的負荷，都是正序網絡中的電源，此外還必須引入代替故障條件的不對稱電勢源中的正序分量。圖2-1 正序網路2）負序網絡：負序電流能流通的元件和正序電流相同，但所有的電源的負序電勢為零。因此，把負序網絡中各元件參數都用負序參數代替，并令電源電勢等于零，而在短路點引入代替故障條件的不對稱電勢源中的負序分量。圖2-2 負序網絡3）零序

13、網絡在短路點施加代表故障邊界條件的零序電勢，零序電流必須經過大地才能構成通路。有接地才有零序電流，無接地則無零序電流。圖2-3 零序網絡由圖可知正序和負序網絡包含了圖中所有的元件。因零序電流僅在線路L和變壓器T1中流通，所以零序網絡只包含了這兩個元件。2.3網絡化簡進行網絡化簡求出正序等值電勢和各序輸入阻抗對于正序網路，將支路1和支路5并聯(lián)得支路7，它的電勢和電抗分別為E7=E1X5X1+X5=1.67×2.42.4+0.9=1.21X7=X1×X5X1+X5=2.4×0.92.4+0.9=0.65將支路3和支路6串聯(lián)得支路8，其電抗是X8=X3+X6=0.21+

14、3.6=3.81圖2-4 正序網絡化簡圖（a）將支路7、2和4串聯(lián)得支路9，其電抗是X9=X7+X2+X4=0.65+0.21+0.19=1.05圖2-5 正序網絡化簡圖(b)將支路8和支路9并聯(lián)得等值電勢和輸入阻抗分別為Eeq=E7X8X8+X9=1.21×3.813.81+1.05=0.95Xff(1)=X8×X9X8+X9=3.81×1.053.81+1.05=0.82對于負序網絡化簡步驟同正序網絡一樣只是參數不同X7=X1×X5X1+X5=0.7×0.450.45+0.7=0.27X9=X7+X2+X4=0.27+0.21+0.19=0

15、.67X8=X3+X6=0.21+1.05=1.26Xff(2)=X8×X9X8+X9=1.26×0.671.26+0.67=0.44對于零序網絡Xff(0)=X2+X4=0.21+0.57=0.783 由正序定則計算短路電流3.1 單相接地短路單相接地是最常見的一種短路形式，示意圖如下：圖3-1 單相接地短路單相接地短路時，故障處的三個邊界條件為Vfa=0,Ifb=0,Ifc=0經過整理后便得到用序量表示的邊界條件為Vfa(1)+Vfa(1)+Vfa(0)=0Ifa(1)=Ifa(2)=Ifa(0)得到復合序網如圖3-2由此可得：Ifa(1)=Vf(0)Xff(2)+Xf

16、f(0)+Xff1If(1)=Ifa(1)+Ifa(2)+Ifa(0)=3Ifa(1)If(1)=3Vf(0)Xff(2)+Xff(0)+Xff1圖3-2單相短路的復合序網3.2 兩相短路兩相短路點的故障點的情況示于圖3-3圖3-3 兩相（b相和c相）短路兩相短路時，故障處的三個邊界條件為Ifa(1)=0，Ifa(2)+Ifa(0)=0，Vfb=Vfc經過整理后便得到用序量表示的邊界條件為Vfa(1)=Vfa(1)；Ifa(1)+Ifa(2)=0；Ifa(0)=0；得到復合序網圖3-4 兩相短路的復合序網由此可得：Ifa(1)=Vf(0)Xff(2)+Xff1If(2)=Ifb=Ifc=3If

17、a(1)3.3 兩相接地短路兩相接地短路的故障處的情況示于圖3-5圖3-5 兩相（b相和c相）接地短路兩相接地短路時，故障處的三個邊界條件為Ifa=0，Vfb=Vfc=0經過整理后便得到用序量表示的邊界條件為Vfa(1)=Vfa(1)=Vfa(0)Ifa(1)+Ifa(2)+Ifa(0)=0由此得到復合序圖圖3-6 兩相短路接地的復合序網由此可得：Ifa(1)=Vf(0)Xff1+Xff(2)/Xff(0)Ifa(1)(1,1)=Ifb=Ifc=31-Xff(2)Xff(0)(Xff(0)+Xff(2)2Ifa(1)3.4正序定則在簡單不對稱短路的情況下，短路點電流的正序分量，與在短路點每一相

18、中加入附加電抗X而發(fā)生三相短路時的電流相等。這個概念稱為正序等效定則。此外短路電流的絕對值跟它的正序分量成正比，即If(n)=m(n)Ifa(1)(n)各種簡單短路時的X(n)和m(n)列于表3-1，簡單不對稱短路電流的計算，歸根到底，不外乎先求系統(tǒng)對短路點的負序和零序輸入阻抗Xff(2)和Xff(0)，再根據類型組成附加電抗X(n)，將它接入短路點，然后就像計算三相短路一樣，算出短路點的正序電流。表3-1 簡單短路時的X(n)和m(n)短路類型f(n)X(n)m(n)三相短路f(3)01兩相短路接地f(1,1)Xff(2)×Xff(0)Xff(2)+Xff(0)31-Xff(2)X

19、ff(0)(Xff(0)+Xff(2)2兩相短路f(2)Xff(2)3單相短路f(1)Xff(2)+Xff(0)33.5 沖擊電流的計算短路電流最大可能的瞬時值稱為短路沖擊電流。以iim表示。沖擊電流的計算公式為： iim=kimIpm,其中kim為沖擊系數，一般情況下kim=1.8，Ipm為短路周期分量的幅值。起始次暫態(tài)電流就是短路周期分量的初值用I''表示，也就是我們進行短路計算時算出的短路電流，于是，沖擊電流的計算公式就可以寫成：iim=kimIpm=kim2I=kim2If4 短路電流計算115KV側的基準電流為IB=1201153=0.6KA1）若發(fā)生的是單相短路X(

20、1)=Xff(2)+Xff(0)=0.44+0.78=1.22，所以單相短路Ifa(1)(1)=EeqXff1+XIB=0.950.82+1.22×0.6KA=0.28KA所以短路電流 If(1)=3Ifa(1)=3×0.28=0.84KA短路沖擊電流iim(1)=kim2If(1)=1.8×2×0.84=2.14KA2）若發(fā)生兩相短路X(2)=Xff(2)=0.44，Ifa(1)(2)=EeqXff1+XIB=0.950.82+0.44×0.6KA=0.45KA所以短路電流 If(2)=3Ifa(1)=3×0.45=0.78KA短路

21、沖擊電流iim(2)=kim2If(2)=1.8×2×0.78=1.98KA3）若發(fā)生兩相接地短路X(1,1)=Xff(2)/Xff(0)=Xff(2)×Xff(0)Xff(2)+Xff(0)=0.44×0.780.44+0.78=0.28KA，Ifa(1)(1,1)=EeqXff1+XIB=0.950.82+0.28×0.6KA=0.52KAm(1,1)=31-Xff(2)Xff(0)(Xff(0)+Xff(2)2=31-0.44×0.78(0.44+0.78)2=1.52所以短路電流 If(2)=m(1,1)Ifa(1)(1,1)

22、=1.52×0.52=0.79KA短路沖擊電流iim(1,1)=kim2If(1,1)=1.8×2×0.79=2.01KA小結這次的電力系統(tǒng)分析課程設計讓我對自己以往的學習有了很深的認識。電力系統(tǒng)分析專業(yè)課的系統(tǒng)學習剛剛結束，但是由于電力系統(tǒng)分析課程本身較難，在學習過程中沒有做到足夠的理解學習以及在以后的時間沒有做到充分的溫習，因此在這次設計作業(yè)的解題過程中感遇到了很大的阻力。通過此次的課程設計，讓我認識到自身的不足，我們的學習不扎實。我們就對已經學過的知識沒有留下深刻的印象，這主要是因為沒有理解性學習。所以，在以后的學習中，一定要學的扎實，學的牢靠，并且能學以致用，活學活用。找到自己需要的資料后，并不是照搬照抄，而是根據所得資料學會如何把他們綜合在一起,理解并融會，并應用到自己的課題設計中來。這是一個學會發(fā)現問題，分析問題和解決問題的過程，也是一個難得的學習機會。在這次課程設計中，我將所獲取的資源真正轉化為自己的知識，同時通過對這些資料的學習和運用，我提高了自學能