電力系統(tǒng)橫向故障分析實(shí)驗(yàn)

1、電力系統(tǒng)分析實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 對(duì)電力系統(tǒng)各種短路現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)；2、 掌握各種短路故障的電壓電流分布特點(diǎn)；3、 分析比較仿真運(yùn)算與手動(dòng)運(yùn)算的區(qū)別；二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1各種短路電流實(shí)驗(yàn)，觀察比較各種短路時(shí)的三相電流、三相電壓；2歸納總結(jié)各種短路的特點(diǎn)3仿真運(yùn)算與手動(dòng)運(yùn)算的比較分析三、實(shí)驗(yàn)方法和步驟1輻射形網(wǎng)絡(luò)主接線系統(tǒng)的建立輸入?yún)?shù)（系統(tǒng)圖如下）：額定電壓：220KV；負(fù)荷F1：100+j42MVA；負(fù)荷處母線電壓：17.25V；變壓器B1：Un=360MVA，變比=18/242，Uk=14.3，Pk=230KW，P0=150KW，I0/In=1；變壓器B2：Un=360MVA，變比=220/18

2、，Uk=14.3，Pk=230KW，P0=150KW，I0/In=1；線路L1、L2：長(zhǎng)度：100km，電阻：0.04/km，電抗：0.3256/km。發(fā)電機(jī)：按汽輪機(jī)默認(rèn)參數(shù)輻射形網(wǎng)絡(luò)主接線圖建立實(shí)驗(yàn)電路圖，按照實(shí)驗(yàn)要求設(shè)置系統(tǒng)元件參數(shù)。2短路實(shí)驗(yàn)波形分析 利用已建立系統(tǒng)，在L2線路上進(jìn)行故障點(diǎn)設(shè)置，當(dāng)故障距離為80時(shí)，分別完成以下內(nèi)容（記錄波形長(zhǎng)度最少為故障前2周期，故障后5周期）：（1）設(shè)置故障類型為“單相接地短路”，運(yùn)行仿真，在輸出圖頁上觀察記錄線路始端CT和CVT的波形； 根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行故障的設(shè)置：電壓、電流互感器輸出波形(A、B、C三相的二次側(cè)電壓、電流)： 設(shè)置故障點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間為

3、0.5s，故障時(shí)間為0.01s。由仿真結(jié)果圖可以看出來，在還未出現(xiàn)故障之前，電壓波形為正弦波形。而在1s時(shí)刻出現(xiàn)了故障，此時(shí)A相電壓突然下降，且波動(dòng)比較大。這對(duì)電力系統(tǒng)是相當(dāng)不利的。且由仿真結(jié)果可以看出來，故障線路的點(diǎn)電壓下降比較明顯，而非故障線路電壓下降緩慢一點(diǎn)，沒有故障線路那么明顯，這主要是由于兩條線路是并聯(lián)的，這樣就會(huì)對(duì)另一條非故障線路有一定的影響。在故障剛消除的時(shí)候，又有一個(gè)較大的沖擊電壓，這是由于相當(dāng)于剛接上一個(gè)電源，所以就有一個(gè)較大的沖擊電壓。在電壓恢復(fù)前幾個(gè)周期，電壓波形有很大的紋波。 由仿真結(jié)果可以看出來，在故障前，A相電流按照正弦波形進(jìn)行運(yùn)行。而在故障的時(shí)候，A相電流突然增加

4、，且可以看出來，在故障剛開始時(shí)的紋波比較大，這時(shí)由于剛發(fā)生故障時(shí)，有一些非周期分量。周期分量依然呈正弦波形。而過了一定時(shí)間之后，波形開始穩(wěn)定。且在剛開始時(shí)，有一個(gè)較大的沖擊電流。在故障消除了，電流又逐漸恢復(fù)到原來的運(yùn)行狀態(tài)，且在剛穩(wěn)定的前兩個(gè)周期電流波形上也有很大的紋波電流。這與理論相差不多。（2） 設(shè)置故障類型為“兩相相間短路”，運(yùn)行仿真，在輸出圖頁上觀察記錄線路始端CT和CVT的波形； 根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行故障的設(shè)置：電壓、電流互感器輸出波形(A、B、C三相的二次側(cè)電壓、電流)： 由仿真結(jié)果可以看出來，電壓波形和單相短路時(shí)相差不多，也是在故障發(fā)生之后，電壓幅值開始下降，且開始時(shí)有一定的紋波。在

5、故障消除之后，電壓開始逐漸恢復(fù)到原來的電壓幅值。 由仿真結(jié)果可以看出來，在故障前，電流波形呈正弦波形，而故障發(fā)生之后，故障相A、B兩相的電流波形突然增大，而非故障相C相得電流波形的幅值基本上沒有發(fā)生變化，但是波形發(fā)生了一定的變形。且故障相A、B兩相電流波形還是依然相差120°。而在故障消除之后，故障相的電流波形又恢復(fù)到原來的狀態(tài)。依然呈正弦波形，只是電流幅值是緩慢恢復(fù)到原來的電流幅值。在故障時(shí)根據(jù)IA=-IB。由仿真結(jié)果也可以看出來，AB兩相電流，大小基本相等，而方向相反。（3）設(shè)置故障類型為“兩相接地短路”，運(yùn)行仿真，在輸出圖頁上觀察記錄線路始端CT和CVT的波形； 對(duì)故障類型進(jìn)行

6、設(shè)置：電壓、電流互感器輸出波形(A、B、C三相的二次側(cè)電壓、電流)：（4）設(shè)置故障類型為“三相短路”，運(yùn)行仿真，在輸出圖頁上觀察記錄線路始端CT和CVT的波形； 由仿真結(jié)果可以看出來，在AB兩相發(fā)生接地短路故障時(shí)，兩相電流波形都發(fā)生了變化，非故障相C相電流波形基本上沒有發(fā)生變化。在故障消除之后，電流波形逐漸恢復(fù)到原來的電流波形。進(jìn)行故障類型設(shè)置：電壓、電流互感器輸出波形(A、B、C三相的二次側(cè)電壓、電流)：在系統(tǒng)發(fā)生三相故障時(shí)，非故障支路的電壓和前面一樣都有所下降，但是并沒有減為0。而故障支路的三相電壓迅速下降為0。在故障消除之后，電壓幅值開始逐漸上升。且后來基本上穩(wěn)定在原來的幅值。（5）根據(jù)

7、不同故障情況下電流電壓輸出波形，歸納各種情況下故障電流電壓的特點(diǎn)。答：由仿真結(jié)果可以知道，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生不同故障時(shí)，電流和電壓的特點(diǎn)是各不相同的。1.在各種故障中，故障相的電流相對(duì)于原來的正常運(yùn)行時(shí)的電流幅值都急劇增加，而故障消除之后，電流幅值又開始逐漸減小，并且最終穩(wěn)定在原來的幅值。2.在發(fā)生故障之后，電流和電壓之間的相位差發(fā)生了變化。3.在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，非故障支路的電流也會(huì)有所增加，這是由于它們之間形成的是并聯(lián)關(guān)系，也有相應(yīng)的電流流過。4.非故障支路的電壓幅值會(huì)有所降低，但是不管發(fā)生什么樣的故障，其電壓幅值都不會(huì)降為0。5.而故障支路當(dāng)發(fā)生非接地故障時(shí)，電壓幅值會(huì)有所下降，但是并不會(huì)下降為0

8、；當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，電壓幅值會(huì)馬上降為0。6.發(fā)生三相故障時(shí)，短路電流是對(duì)稱的，且短路電流比較大，短路電壓基本上為0；7.發(fā)生單相短路時(shí)，故障相電壓變?yōu)?，非故障相電壓不為0，故障相電流比較大，非故障相電流為0；8.發(fā)生兩相故障時(shí)，故障相的電壓相等，都等于電源電壓的一半，非故障相的電壓為電源電壓，故障相電流大小相等方向相反，非故障相電流為0；9.發(fā)生兩相短路接地時(shí)，故障相電壓相等，都等于0，非故障相不為0，故障相電流不為0，且與短路阻抗和非故障相的正序電流成正比，非故障相電流為0。3短路故障比較分析利用已建立系統(tǒng)，在L2線路上進(jìn)行故障點(diǎn)設(shè)置，當(dāng)故障距離99%時(shí)，設(shè)置故障類型為“三相短路”，運(yùn)行

9、仿真，在輸出圖頁上觀察記錄故障點(diǎn)電壓電流的波形。故障點(diǎn)A、B、C三相電壓、電流：電壓、電流互感器輸出波形(A、B、C三相的二次側(cè)電壓、電流)：與上面故障發(fā)生在80%時(shí)相比較可以看出來，在線路末端發(fā)生三相短路故障時(shí)，故障點(diǎn)的電壓馬上變?yōu)?，不像發(fā)生在80%時(shí)的電壓波形，故障點(diǎn)電壓是緩慢變到0。而非故障支路的電壓比原來高，且波動(dòng)也比較大。由上面的電流波形和80%處的三相故障電流波形比較可以看出來，在線路末端發(fā)生故障時(shí)，非故障支路的電流波形基本上相差不多，但是故障支路的電流波形波動(dòng)比原來的更大。紋波也比較大，這對(duì)系統(tǒng)來說是比較不利的。（1）根據(jù)故障后12個(gè)周期內(nèi)波形，計(jì)算故障點(diǎn)短路電流周期分量值。由

10、仿真結(jié)果圖可以讀出來，在第一個(gè)周期內(nèi),。所以。在第二個(gè)周期內(nèi)，所以。對(duì)兩個(gè)周期求平均值：。所有周期分量有效值為：。（2）手動(dòng)計(jì)算故障點(diǎn)周期電流起始值。等值電路：解：SB=300MVA，VB=VAV起始暫態(tài)電流 沖擊電流 短路電流最大有效值 （3）誤差分析答：在手動(dòng)短路潮流計(jì)算是近似計(jì)算，在正常工作時(shí)負(fù)荷電流比較小，和短路電流比起來比較小，所以在手算潮流計(jì)算時(shí)通常將負(fù)荷電流忽略。在等值計(jì)算時(shí)忽略負(fù)荷，忽略線路對(duì)地支路的影響，即線路對(duì)地電容和變壓器勵(lì)磁支路，忽略線路阻抗。而在計(jì)算機(jī)計(jì)算中，這些因素都沒有忽略，即短路電路的阻抗就比手算潮流大，而電壓是固定的，因此，計(jì)算機(jī)潮流計(jì)算結(jié)果就比手算潮流值小。四、思考題1.什么叫電力系統(tǒng)的橫向故障？是如何分類的？答：常見的三相短路，兩相和單相短路通常稱為橫向故障，它是指網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)k（也就是短路點(diǎn)）處出現(xiàn)了相與相之間或相與地之間的不正常接通情況。短路類型常分為三相短路，兩相短路，單相接地短路，兩相接地短路。2.電力系統(tǒng)各種短路電流計(jì)算時(shí)，不計(jì)負(fù)荷電流與計(jì)及負(fù)荷電流，結(jié)果有什么不同？ 答：短路電流一般比較大，在幾KA左右，而負(fù)荷電流較短路電流較小，一般為幾百安左右，在計(jì)算時(shí)常被忽略，因此不計(jì)負(fù)荷電流的結(jié)果比計(jì)及負(fù)荷電流的計(jì)算結(jié)果小一點(diǎn)。3.計(jì)算機(jī)仿真模擬各種短路運(yùn)算與手動(dòng)進(jìn)行短路計(jì)算有什么區(qū)別？各有何特點(diǎn)？答：手動(dòng)