不對稱故障分析與計算的算法設(shè)計

電氣工程及其自動化專業(yè)課程設(shè)計不對稱故障分析與計算的算法設(shè)計學生學號：2012111121學生姓名：班級：20120434指導教師：=起止日期：2015.11.16-2015.12.04哈爾濱工程大學自動化學院不對稱故障分析與計算的算法設(shè)計一．設(shè)計要求1.電力系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖如圖1-1所示：要求:（1）計算三種不對稱短路故障下，故障點的短路電流，沖擊電流，短路容量。（2）針對每種短路故障，給出詳細的計算步驟及等值電路圖。（3）計算母線A,B點的短路電流和電壓。圖1-12.各元件參數(shù)如下：（1）發(fā)電機G1：，，,，，發(fā)電機G2：，，，，，（2）變壓器T1：，額定電壓，短路損耗，空載損耗，阻抗電壓百分值，空載電流百分值變壓器T2：，額定電壓，，，，變壓器T3：，額定電壓，，，，（3）線路L1：長度L=100km，單位長度正序電抗，零序電抗，單位長度對地電容。線路L2：長度L=100km，單位長度電抗，零序電抗，單位長度對地電容線路L3：長度L=100km，單位長度電抗，零序電抗，單位長度對地電容（4）電動機：，，，負載：，負序電抗標幺值。3.基準數(shù)據(jù)選?。涸O(shè)取基準容量=100MV?A；基準電壓（kV）。（1）的選取是為了計算元件參數(shù)標幺值計算方便，取=100MV?A。可任意設(shè)值但必須唯一值進行分析與計算。（2）的選取是根據(jù)所設(shè)計的題目可知系統(tǒng)電壓有110、6、10kV，而平均額定電壓分別為115、6.3、10.5kV。按平均電壓與線路額定電壓相差5%的原則，故取。（3）次暫態(tài)短路電流有效值，短路電流周期分量在時間t等于初值（零）時的有效值。滿足產(chǎn)生最大短路電流的三個條件下的最大次暫態(tài)短路電流作為計算依據(jù)。（4）為沖擊電流，即為短路電流的最大瞬時值（滿足產(chǎn)生最大短路電流的三個條件），一般取沖擊電流(kA)。（5）為短路電流沖擊系數(shù)，主要取決于電路衰減時間常數(shù)和短路故障時的時刻，其范圍為12，高壓網(wǎng)絡一般取沖擊系數(shù)=1.8。二、設(shè)計方案1.各元件的電抗標幺值定義（1）發(fā)電機電抗標幺值公式=1\*GB3①式中——發(fā)電機電抗百分數(shù)，由發(fā)電機銘牌參數(shù)的；——已設(shè)定的基準容量（基值功率），；——發(fā)電機的額定有功功率，MW；——發(fā)電機額定有功功率因數(shù)。（2）負載電抗標幺值公式=2\*GB3②式中——元件所在網(wǎng)絡的電壓標幺值；——負載容量標幺值；——負載無功功率標幺值。（3）變壓器電抗標幺值公式=3\*GB3③變壓器中主要指電抗，因其電抗，即可忽略，由變壓器電抗有名值推出變壓器電抗標幺值為公式=4\*GB3④式中%——變壓器阻抗電壓百分數(shù)；——基準容量，；、——變壓器銘牌參數(shù)給定額定容量，、額定電壓，kV；——基準電壓取平均電壓，kV。（4）線路電抗標幺值公式=5\*GB3⑤式中——線路單位長度電抗；——線路長度，km；——基準容量，；——輸電線路額定平均電壓，基準電壓，kV。輸電線路的等值電路中有四個參數(shù)，一般電抗，故0。由于不做特殊說明，故電導、電納一般不計，故而只求電抗標幺值。（5）電動機電抗標幺值（近似值）公式=6\*GB3⑥式中——設(shè)定的基準容量，；——電動機額定的有功功率，MW；——電動機額定有功功率因數(shù)。2.短路次暫態(tài)電流（功率）標幺值計算（1）短路次暫態(tài)電流標幺值（）（?。┕?7\*GB3⑦式中——短路點的總電抗標幺值；——短路點所在網(wǎng)絡的電動勢標幺值近似取短路點所在網(wǎng)絡的電壓值標幺值。（2）沖擊電流（）的計算（kA）公式=8\*GB3⑧式中——短路電流沖擊系數(shù)，主要取決于電路衰減時間常數(shù)和短路故障時的時刻，其范圍為12，高壓網(wǎng)絡一般取沖擊系數(shù)=1.8。（3）短路容量（功率）的計算（）公式=9\*GB3⑨式中——短路電流的總電抗標幺值；——基準容量，；——基準電流，kA;——平均電壓，kV。3.簡單不對稱短路的分析．（1）單相（a相）接地短路，如圖3.1.1：abc圖3.1.1用序量表示的邊界條件為： 根據(jù)故障處各序量之間的關(guān)系，將各序網(wǎng)絡在故障端口聯(lián)接起來構(gòu)成復合序網(wǎng)，圖3.1.2所示。圖3.1.2單相短路的復合序網(wǎng)短路點故障相電流為（2）兩相（b相和c相）短路，如圖3.2.1：圖3.2.1用序量表示的邊界條件為： 由于故障點不與大地相連，零序電流無通路，因此無零序網(wǎng)絡。復合網(wǎng)絡是正負序網(wǎng)并聯(lián)后的網(wǎng)絡。如圖3.2.2所示：圖3.2.2兩相短路的復合序網(wǎng)由此可得：兩相短路接地，如圖3.3.1：圖3.3.1用序量表示的邊界條件為： 復合序網(wǎng)如下，圖3.3.2所示：圖3.3.2兩相短路接地的復合序網(wǎng)由此可得：（4）正序等效定則以上三種簡單不對稱短路時短路電流的正序分量可以統(tǒng)一寫成：式中表示附加電抗，上角標（n）是代表短路類型的符號。短路電流的絕對值與正序分量的絕對值成正比，即，式中為比例系數(shù)，其值視短路類型而定如表3.4.1：表3.4.1短路類型短路類型兩相短路接地三相短路01兩相短路單相短路3設(shè)計內(nèi)容計算思路:（1）求各元件標幺值，注意各元件正、負、零序電抗的關(guān)系；（2）建立正、負、零序等值電路；（3）運用公式求解短路電流。等值電路圖2.各元件電抗標幺值計算取=100MV?A，（kV）。（1）發(fā)電機發(fā)電機G1電抗標幺值由公式=1\*GB3①得：同理，發(fā)電機G2電抗標幺值由公式=1\*GB3①得：，，（2）負載負載L電抗標幺值由公式=2\*GB3②得：變壓器由公式=4\*GB3④得：T1變壓器正序電抗標幺值；。T2變壓器正序電抗標幺值；。T3變壓器正序電抗標幺值；。線路由公式=5\*GB3⑤得：L1線路的正序電抗標幺值；；。L2線路的正序電抗標幺值；；。L3線路的正序電抗標幺值；；。（5）電動機電動機M電抗標幺值由公式=6\*GB3⑥得：建立正、負、零序等值電路正序等值電路圖，如圖3.1所示圖3.1正序等值電路圖短路點的正序電抗標幺值為：負序等值電路圖，如圖3.2所示圖3.2負序等值電路圖短路點的負序電抗標幺值為：零序等值電路圖，如圖3.3所示圖3.3零序等值電路圖短路點的零序電抗標幺值為：不對稱短路電流計算取，單相（a相）接地短路短路電流：短路容量：兩相（b相和c相）短路短路電流：短路容量：（3）兩相短路接地短路電流：短路容量：三相短路三相短路時等值電路圖取發(fā)電機的次暫態(tài)電勢，。由發(fā)電機供給的起始次暫態(tài)電流為：由負荷供給的起始次暫態(tài)電流為：,短路處的沖擊電流為：母線A,B點的短路電流和電壓單相（a相）接地短路由以上計算知：短路點各序電壓：母線A：故障相電壓為：故障相短路電流為：換算成有名值時，電壓的標幺值應乘以電壓的基準值，電流的標幺值應乘以115kV電壓等級的基準電流，所得結(jié)果為：，母線B：故障相電壓為：故障相短路電流為：換算成有名值時，電壓的標幺值應乘以電壓的基準值，電流的標幺值應乘以115kV電壓等級的基準電流，所得的結(jié)果為：，（2）兩相（b相和c相）短路由以上計算知：短路點各序電壓：母線A：故障相電壓為：故障相短路電流為：換算成有名值時，電壓的標幺值應乘以電壓的基準值，電流的標幺值應乘以115kV電壓等級的基準電流，所得結(jié)果為：，母線B：故障相電壓為：故障相短路電流為：換算成有名值時，電壓的標幺值應乘以電壓的基準值，電流的標幺值應乘以115kV電壓等級的基準電流，所得的結(jié)果為：，兩相短路接地由以上計算知：短路點各序電壓：母線A：故障相電壓為：故障相短路電流為：換算成有名值時，電壓的標幺值應乘以電壓的基準值，電流的標幺值應乘以115kV電壓等級的基準電流，所得結(jié)果為：，母線B：故障相電壓為：故障相短路電流為：換算成有名值時，電壓的標幺值應乘以電壓的基準值，電流的標幺值應乘以115kV電壓等級的基準電流，所得的結(jié)果為：，結(jié)果分析及結(jié)論本課程設(shè)計，主要進行了不對稱故障的分析計算，核心是對稱分量法。根據(jù)對稱分量法把該網(wǎng)絡分解為正，負，零序三個對稱序網(wǎng)，這三組對稱序分量分別按對稱的三相電路分解，然后將其結(jié)果疊加起來。先計算各原件的序參數(shù)和畫出等值電路,然后制定各序網(wǎng)絡。根據(jù)不同的故障類型，確定出以相分量表示的邊界條件，進而列出以序分量表示的邊界條件，按邊界條件將三個序網(wǎng)聯(lián)合成復合網(wǎng)，由復合網(wǎng)求出故障處各序電流和電壓，進而合成三相電流電壓。其中涉及到了基本的知識點——首先是各元件零序和負序電抗的計算，某元件的各序電抗是否相同，關(guān)鍵在于，該元件通以不同序的電流時，所產(chǎn)生的磁通將遇到什么樣的磁阻，各項之間將產(chǎn)生什么樣的互感影響。各項磁路獨立的三項靜止元件的各序電抗相等，靜止元件的正序電抗和負序電抗相等。由于相間互