不對稱短路故障分析與計算(電力系統(tǒng)課程設(shè)計)

工程學(xué)院課程設(shè)計報告書題目:不對稱短路故障分析與計算專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：YYYYYYY班學(xué)號：YYYYYYYYY學(xué)生姓名：YYY指導(dǎo)教師：YYY老師20XX年X月X日%力程^題目：不對稱短路故障分析與計算（手算或計算機算）―、原始資料a+j6MVAT1WkV10LV6kVT1WkV10LV6kVEIOMW?：備外=0?85KbEIOMW?：備外=0?85Kb收斗兔電廠W2l）DOkWCQ$pM=0.?5起動廉?dāng)?shù)為氐5用電気莪（電動機〉25MWMH外一0-3才H.L3水電廠1、 發(fā)電機參數(shù)已經(jīng)給定。2、 變壓器型號：Tl:SFL7-16/110-86-23?5-10?5-0?9T2、T3:SFL7-31.5/110-148-38?5-10?5-0?8T4:SF7-10/110-59-16?5-10?5-1?03、 輸電線路型號已給定。4、 需要數(shù)據(jù)查閱《新編工廠電氣設(shè)備手冊》二、要求:1嚴(yán)格按照給定內(nèi)容格式書寫課程設(shè)計報告。2、 根據(jù)原始資料，用手算或者程序設(shè)計實現(xiàn)不對稱短路電流（單相、兩相短路、兩相短路接地）計算。3、 計算機算時給出算法的運行原理和軟件編寫流程。4手算時給出計算步驟。三、答辯：1、 以ppt形式提供該組所做的主要工作。2、 回答老師提出的問題。摘要在電力系統(tǒng)運行過程中，時常會發(fā)生故障，其中大多數(shù)是短路故障（簡稱短路），短路計算是電力系統(tǒng)最常用的計算之一。不論選擇、校驗電氣設(shè)備的性能,還是繼電保護裝置的整定計算,都需要進行短路計算。因此分析與計算不對稱短路具有非常重要意義。無論是采用面向?qū)ο蟮腣B語言實現(xiàn)短路計算,還是用MATLAB中的Simulink或Simpowersystems都要熟悉基本的計算原理，本課題將通過標(biāo)幺值進行電力系統(tǒng)的計算分析。關(guān)鍵字：電力系統(tǒng)短路計算標(biāo)幺值A(chǔ)bstract:Intheoperationofpowersystem,thereareoftenfailures,mostofwhichareshortcircuitfaults(short).theshort-circuitcalculationisoneofthemostcommonlyusedcalculationforpowersystem..Regardlessofthechoice,thecalibrationelectricalequipmentperformanee,ortherelayprotectiondevice'ssettingcalculation,allneedstocarryontheshortcircuitcomputation.Soitisveryimportanttoanalyzeandcalculatetheasymmetricshort-circuit.BoththeorientedobjectofVBlanguagetoachieveshortcircuitcalculation,orusingMATLABSimulinkandSimPowerSystemstofamiliarwiththebasicprincipleofcalculationandthesubjectbyp.u.valuecalculationofpowersystemanalysis.Keywords:powersystemshortcircuitevaluation Per-unitvalue目錄摘要 3TOC\o"1-5"\h\z目錄 5\o"CurrentDocument"設(shè)計背景 1\o"CurrentDocument"參數(shù)分析 22.1發(fā)電機參數(shù) 32.2變壓器T參數(shù) 3線路參數(shù) 4負(fù)載參數(shù) 4\o"CurrentDocument"計算流程 43.1標(biāo)幺值計算 43.2帶入數(shù)值計算 5\o"CurrentDocument"等值簡化 7\o"CurrentDocument"結(jié)果分析 95.1短路可能產(chǎn)生的原因 95.2短路可能造成的危害 95.3短路預(yù)防 10\o"CurrentDocument"總結(jié) 11\o"CurrentDocument"參考文獻 12設(shè)計背景所謂短路，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）之間的連接電力系統(tǒng)發(fā)生短路時，由于系統(tǒng)的總電阻抗大為減小，因此伴隨短路所產(chǎn)生的基本現(xiàn)象是：電流劇烈增加，短路電流為正常工作電流的幾十倍甚至幾百倍，在大容量電力系統(tǒng)中發(fā)生短路時，短路電流可高達幾萬安甚至幾十萬安。在電流急劇增加的同時，系統(tǒng)中的電壓將大幅度下降。短路的原因：發(fā)生短路故障的原因主要是電氣設(shè)備載流部分的絕緣損壞。引起絕緣損壞的原因各種形式的過壓（例如遭到雷擊）、絕緣材料的自然老化、直接的機械損傷等。絕緣的破壞在大多數(shù)情況下是由于沒有及時發(fā)現(xiàn)和消除設(shè)備中的缺陷，以及設(shè)計安裝和運行維護不良所致。運行人員帶負(fù)荷拉刀閘或者檢修后未拆除地線加加上電壓等誤操作，也會引起短路故障。短路對電力系統(tǒng)的正常運行和電氣設(shè)備有很大的危害，引起的后果是破壞性的，具體表現(xiàn)在：（1）短路點的電弧有可能燒壞電氣設(shè)備，同時很大的短路電流通過設(shè)備會使發(fā)熱增加，當(dāng)短路持續(xù)時間較長時，可能使設(shè)備過熱而損壞；（2）很大的短路電流通過導(dǎo)體時，要引起導(dǎo)體間很大的機械應(yīng)力，有可能使設(shè)備變形或遭到不同程度的破壞。（3）短路時，系統(tǒng)電壓大幅度下降，對用戶工作影響很大（4）發(fā)生接地短路時，會產(chǎn)生不平衡電流及磁通，將在領(lǐng)近的平行線路內(nèi)感應(yīng)出很大的電動勢。（5）短路發(fā)生后，有可能使并列運行發(fā)電機組失去同步，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定，使電力系統(tǒng)瓦解，引起大片地區(qū)的停電。電力系統(tǒng)短路可分為三相短路、單相接地短路、兩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(jīng)驗表明，單相短路占大多數(shù)，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。由于在電力系統(tǒng)中短路電流計算比較復(fù)雜，所以這次我們選擇簡單的單相接地短路進行計算分析，不僅可以為今后的學(xué)習(xí)、工作和生產(chǎn)提供一定的理論幫助，并且還可以鞏固對電力線路短路的理解，為今后遇到相應(yīng)的故障時能快速有效的解決。同時通過對不對稱短路電流計算我們可以：（1）選擇和校驗電氣設(shè)備；（2）進行繼保裝置和自動裝置的選型與整定計算；（3）分析電力系統(tǒng)的故障及穩(wěn)定性能；（4）選擇限制短路電流的措施；（5）確定電力線路對通信線路的影響。參數(shù)分析100kmLGJ-120100kmLGJ-150負(fù)載T1T210KVG1T1:SF7-16/110-86-23.5-10.5-0.9T2,T3:SF7-31.5/110-148-38.5-10.5-0.8K350kmLGJ-150110KV、T310KVT4:SF7-10/110-59-16.5-10.5-1.0T46KV100kmLGJ-120100kmLGJ-150負(fù)載T1T210KVG1T1:SF7-16/110-86-23.5-10.5-0.9T2,T3:SF7-31.5/110-148-38.5-10.5-0.8K350kmLGJ-150110KV、T310KVT4:SF7-10/110-59-16.5-10.5-1.0T46KV2.1發(fā)電機參數(shù)G1:為水電廠，額定容量110MVA,cos申二0.85X”二0.264NdG2、G3:為水電廠，額定容量25MVA,cos申二°8X”二0.13NdM:電動機（用電負(fù)載），2000KW,cos申n=0-85，起動系數(shù)為6.52.2變壓器T參T1:額定容量16MVA，一次電壓110KV，短路損耗86KW，空載損耗23.5KW，阻抗電壓百分值Uk%=10?5，空載電流百分值I。％=0?9。變壓器連接組標(biāo)號：Ynd11。T2、T3:額定容量31.5MVA，一次電壓110KV，短路損耗148KW，空載損耗38.5KW，阻抗電壓百分值Uk%=10.5，空載電流百分值Io%=O?&變壓器連接組標(biāo)號：Ynd11。T4:額定容量10MVA，一次電壓110V，短路損耗59KW，空載損耗16.5，阻抗電壓百分比UK%=10?5，空載電流百分比I。％=1.0。變壓器連接組標(biāo)號：Ynd11。2.3線路參數(shù)LGJ-120:截面120m2,長度100km,每條線路單位長度的正序電抗X。⑴二0.3910/km，零序電抗X（0）=3X°⑴，每條線路單位長度的對地電容b=2.92x10-6S/km。0（1）LGJ-150：截面150m2，長度100km，每條線路單位長度的正序電抗X。⑴二0.3840/km，零序電抗X（o）=3X°⑴，每條線路單位長度的對地電容b=2.97x10-6S/km0（1）2.4負(fù)載參數(shù)容量8+6jMVA，在基準(zhǔn)容量Sq=100MVA下，負(fù)載負(fù)序電抗標(biāo)幺值為X0（2）=0.35，B0（2）零序電抗標(biāo)幺值X（0）=1.2。計算流程3.1標(biāo)幺值計算發(fā)電機電抗X_X%SX—G?-BCOSQ （丄）G100PCOS9NN式中X%:發(fā)電機電抗百分?jǐn)?shù)，由發(fā)電機銘牌參數(shù)的X"X100二X%；G d GS:已設(shè)定的基準(zhǔn)容量（基值功率），單位MV?A；BP:發(fā)電機的額定有功功率，單位MW;NCOS9:發(fā)電機額定有功功率因數(shù)。N變壓器電抗U%SX二—? - （2）t100SNT變壓器中主要指電抗，因其電抗X?R，即R可忽略，由變壓器電抗有名值推出TTT變壓器電抗標(biāo)幺值為SU2U%X二一B?―NT?K——TU2 S100BNT式中UK%：變壓器阻抗電壓百分?jǐn)?shù)；KS:基準(zhǔn)容量，單位MV?ABS、Unt:變壓器銘牌參數(shù)給定額定容量，MV?A、額定電壓單位KV;NTU:基準(zhǔn)電壓U取平均電壓U，單位KV。B B av線路電抗SX二一Bx1 ⑷WU20B式中x0:線路單位長度電抗；1:線路長度，單位km；S:基準(zhǔn)容量，單位MV?A；BU:輸電線路額定平均電壓，基準(zhǔn)電壓U二U，單位KV。B Bav注意：因為X>>R，所以R沁0。WWW負(fù)載電抗U2U2STLQL式中u:元件所在網(wǎng)絡(luò)的電壓標(biāo)幺值;SL:負(fù)載容量標(biāo)幺值；QL:負(fù)載無功功率標(biāo)幺值電動機電抗（近似值）XML6.5XML6.56）式中SB:設(shè)定的基準(zhǔn)容量，單位MV?A；P:電動機額定的有功功率，單位MW；NCOS9:電動機額定有功功率因數(shù)。N3.2帶入3.2帶入計算發(fā)電機電抗標(biāo)幺值由公式（1）得x=0.264x1°0=0.204

i(i)110/0.85x2(1)0.13x10025/0.8x2(1)0.13x10025/0.8=0.416x3(1)0.13x10025/0.8=0.416正序電抗標(biāo)幺值等于負(fù)序電抗標(biāo)幺值等于零序電抗標(biāo)幺值即：X二正序電抗標(biāo)幺值等于負(fù)序電抗標(biāo)幺值等于零序電抗標(biāo)幺值即：X二X二X1(1)1(2)1(0)XX二X2(1)2(2)2(0)XXX3(1)3(2)3(0)變壓器電抗值標(biāo)幺值由公式（2）得xT110.5而100x—16=0.656xT3xT110.5而100x—16=0.656xT310.5 100x—100 31.5=0.333xT210.5 100x—100 31.5=0.333xT4匹x型=1.0510010正序電抗標(biāo)幺值等于負(fù)序電抗標(biāo)幺值等于零序電抗標(biāo)幺值即：XT1(1)二XT1(2)二XX正序電抗標(biāo)幺值等于負(fù)序電抗標(biāo)幺值等于零序電抗標(biāo)幺值即：XT1(1)二XT1(2)二XX=X=XT2(1)T2(2)X二X二XT3(1)T3(2)X=X=XT4(1)T4(2)T1(0)T2(0)T3(0)T4(0)線路電抗標(biāo)幺值由公式（4）得X=0.391X100x=0.296；1152X=0.384x100x巴0=0.290；1152X=0.384x50x=0.145；1152正序電抗標(biāo)幺值等于負(fù)序電抗標(biāo)幺值等于零序電抗標(biāo)幺值的三分之一即：X二X二X二1/3X5(1) 5(2) 5(0)X二Xx3二0.888;5(0) 5(1)\o"CurrentDocument"X\o"CurrentDocument"X二X 二1/3X ;6(1) 6(2) 6(0)X二Xx3二0.870;6(0) 6(1)X二X二1/3X;7(1) 7(2) 7(0)X二Xx3二0.435;7(0) 7(1)負(fù)載電抗標(biāo)幺值由公式（5）得XLXL(1)<82+62/100100負(fù)載負(fù)序電抗標(biāo)幺值為X 二0.35，零序電抗標(biāo)幺值X 二1.2。L（2） L（0）電動機電抗標(biāo)幺值由公式（6）得X=1x100x0.85=6.538；

M（1） 6.5x2（1） 由于異步電動機定子繞組是星形或三角接法，零序電流不能通過異步電動機，零序電抗無限大。（2） 異步電動機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)對稱，負(fù)序電流通過時，雖然定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相反，轉(zhuǎn)差為2s，由于磁路與正序一樣，故負(fù)序電抗等于次暫態(tài)電抗。正序電抗標(biāo)幺值等于負(fù)序電抗標(biāo)幺值，零序電抗標(biāo)幺值為窮大即：X二X-X二infM(1)M(2)M(0)對下標(biāo)的說明：各元件下標(biāo)括號外的數(shù)字表示為第幾個原件，括號內(nèi)的數(shù)字1,2,0分別表示正序，負(fù)序，零序。例如：X二X1（0）第一個元件（零序）等值簡化短路點正序標(biāo)幺值為：X 二(X +X+X )//(X +X )//(X +X )//(X +X +X )//(X +X )ff(1) 1(1) T1(1) 5(1)2(1) T2(1) 3(1)T3(1) M(1) T4(1) 7(1)6(1) L(1)二(O.2O4bO.656bO.296〃(0.416bO.333〃(0.416bO.333〃(6.538i4.OBO.145〃(0.286)=1.155/0.375/7.733/6.29二0.262短路點負(fù)序標(biāo)幺值為：X =(X +X +X )//(X +X )//(X +X )//(X +X +X )//(X +X)ff(2) 1(2) T1(2) 5(2) 2(2)T2(2) 3(2) T3(2) M(2) T4(2) 7(2) 6(2) L(2)=(0.204+0.6520.29?〃(0.41心0.333〃(0.41心0.333〃(6.53鼾1.05+0.14f)//(0.29+0.35)=1.155//0.375//7.733//0.64=0.283//7.733//0.64=0.273//0.64=0.191短路點零序標(biāo)幺值為：X =(X +X)//X//X //(X +X )//(X +X)ff(2) T1(0) 5(0)T2(0) T3(0) T4(0) 7(0) 6(0)L(0)=(0.656+0.885)//0.333//0.333//(1.05+0.435)//(0.87+1.2)=1.541//0.333//0.333//1.485//2.07=1.541//0.1665//1.485//2.07=0.15//1.485//2.07=0.136//2.07=0.128不對稱短路的短路電流正序分量標(biāo)幺值：I= —f(1)X+X+Xff(1) ff(2) ff(0)_1_0.262+0.191+0.128_1_0.581_1.72短路電流的標(biāo)幺值：I=3xI =3x1.72=5.16ff(1)短路電流的幅值：I=IKS100XT—5.16x_ —2.59(KA)fw3U <3x115B短路沖擊電流幅值：i二2.55xI二2.55x2.59二6.6045(KA)sh K短路點非故障相對地電壓：V*=(a2-a)X* +(a2-1)X* ]I* =0.549a2-0.329a-0.220fb ff(2) ff(0)fa(1)V*=[(a-a2)X* +(a一1)X*]I* =0.549a一0.329a2一0.220fc ff(2) ff(0)fa(1)結(jié)果分析5.1短路可能產(chǎn)生的原因電力系統(tǒng)產(chǎn)生短路的主要原因是供電系統(tǒng)中的絕緣被破壞。在絕大多數(shù)情況下,電力系統(tǒng)的絕緣的破壞是由于未及時發(fā)現(xiàn)和消除設(shè)備中的缺陷和維護不當(dāng)所成的。例如過電壓、直接雷擊、絕緣材料的老化、絕緣配合不當(dāng)和機械損壞等,運行人員錯誤操作,如帶負(fù)荷斷開隔離開關(guān)或檢修后未撤接地線就合斷路器等;設(shè)備長期過負(fù)荷,使絕緣加速老化或破壞;小電流系統(tǒng)中一相接地,未能及時消除故障;在含有損壞絕緣的氣體或固體物質(zhì)地區(qū)。此外在電力系統(tǒng)中的某些事故也可能直接導(dǎo)致短路,如電桿倒塌、導(dǎo)線斷線等也會造成短路。5.2短路可能造成的危害短路電流所產(chǎn)生的電動力能形成很大的破壞力,如果導(dǎo)體和它們的支架不夠堅固,可能遭到難以修復(fù)的破壞,短路時由于很大的短路電流流經(jīng)過網(wǎng)路阻抗,必將使網(wǎng)路產(chǎn)生很大的電壓損失。