不對(duì)稱故障分析與計(jì)算的算法設(shè)計(jì)

電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)計(jì)不對(duì)稱故障分析與計(jì)算的算法設(shè)計(jì)學(xué)生學(xué)號(hào)：2012111121學(xué)生姓名：班級(jí)：20120434指導(dǎo)教師：=起止日期：2015.11.16-2015.12.04哈爾濱工程大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院不對(duì)稱故障分析與計(jì)算的算法設(shè)計(jì)一．設(shè)計(jì)要求1.電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1-1所示：要求:（1）計(jì)算三種不對(duì)稱短路故障下，故障點(diǎn)的短路電流，沖擊電流，短路容量。（2）針對(duì)每種短路故障，給出詳細(xì)的計(jì)算步驟及等值電路圖。（3）計(jì)算母線A,B點(diǎn)的短路電流和電壓。圖1-12.各元件參數(shù)如下：（1）發(fā)電機(jī)G1：，，,，，發(fā)電機(jī)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(zhǎng)度L=100km，單位長(zhǎng)度正序電抗，零序電抗，單位長(zhǎng)度對(duì)地電容。線路L2：長(zhǎng)度L=100km，單位長(zhǎng)度電抗，零序電抗，單位長(zhǎng)度對(duì)地電容線路L3：長(zhǎng)度L=100km，單位長(zhǎng)度電抗，零序電抗，單位長(zhǎng)度對(duì)地電容（4）電動(dòng)機(jī)：，，，負(fù)載：，負(fù)序電抗標(biāo)幺值。3.基準(zhǔn)數(shù)據(jù)選?。涸O(shè)取基準(zhǔn)容量=100MV?A；基準(zhǔn)電壓（kV）。（1）的選取是為了計(jì)算元件參數(shù)標(biāo)幺值計(jì)算方便，取=100MV?A?？扇我庠O(shè)值但必須唯一值進(jìn)行分析與計(jì)算。（2）的選取是根據(jù)所設(shè)計(jì)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(shí)間t等于初值（零）時(shí)的有效值。滿足產(chǎn)生最大短路電流的三個(gè)條件下的最大次暫態(tài)短路電流作為計(jì)算依據(jù)。（4）為沖擊電流，即為短路電流的最大瞬時(shí)值（滿足產(chǎn)生最大短路電流的三個(gè)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(shí)間常數(shù)和短路故障時(shí)的時(shí)刻，其范圍為12，高壓網(wǎng)絡(luò)一般取沖擊系數(shù)=1.8。二、設(shè)計(jì)方案1.各元件的電抗標(biāo)幺值定義（1）發(fā)電機(jī)電抗標(biāo)幺值公式=1\*GB3①式中——發(fā)電機(jī)電抗百分?jǐn)?shù)，由發(fā)電機(jī)銘牌參數(shù)的；——已設(shè)定的基準(zhǔn)容量（基值功率），；——發(fā)電機(jī)的額定有功功率，MW；——發(fā)電機(jī)額定有功功率因數(shù)。（2）負(fù)載電抗標(biāo)幺值公式=2\*GB3②式中——元件所在網(wǎng)絡(luò)的電壓標(biāo)幺值；——負(fù)載容量標(biāo)幺值；——負(fù)載無功功率標(biāo)幺值。（3）變壓器電抗標(biāo)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(biāo)幺值為公式=4\*GB3④式中%——變壓器阻抗電壓百分?jǐn)?shù)；——基準(zhǔn)容量，；、——變壓器銘牌參數(shù)給定額定容量，、額定電壓，kV；——基準(zhǔn)電壓取平均電壓，kV。（4）線路電抗標(biāo)幺值公式=5\*GB3⑤式中——線路單位長(zhǎng)度電抗；——線路長(zhǎng)度，km；——基準(zhǔn)容量，；——輸電線路額定平均電壓，基準(zhǔn)電壓，kV。輸電線路的等值電路中有四個(gè)參數(shù)，一般電抗，故0。由于不做特殊說明，故電導(dǎo)、電納一般不計(jì)，故而只求電抗標(biāo)幺值。（5）電動(dòng)機(jī)電抗標(biāo)幺值（近似值）公式=6\*GB3⑥式中——設(shè)定的基準(zhǔn)容量，；——電動(dòng)機(jī)額定的有功功率，MW；——電動(dòng)機(jī)額定有功功率因數(shù)。2.短路次暫態(tài)電流（功率）標(biāo)幺值計(jì)算（1）短路次暫態(tài)電流標(biāo)幺值（）（?。┕?7\*GB3⑦式中——短路點(diǎn)的總電抗標(biāo)幺值；——短路點(diǎn)所在網(wǎng)絡(luò)的電動(dòng)勢(shì)標(biāo)幺值近似取短路點(diǎn)所在網(wǎng)絡(luò)的電壓值標(biāo)幺值。（2）沖擊電流（）的計(jì)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(shí)間常數(shù)和短路故障時(shí)的時(shí)刻，其范圍為12，高壓網(wǎng)絡(luò)一般取沖擊系數(shù)=1.8。（3）短路容量（功率）的計(jì)算（）公式=9\*GB3⑨式中——短路電流的總電抗標(biāo)幺值；——基準(zhǔn)容量，；——基準(zhǔn)電流，kA;——平均電壓，kV。3.簡(jiǎn)單不對(duì)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(luò)在故障端口聯(lián)接起來構(gòu)成復(fù)合序網(wǎng)，圖3.1.2所示。圖3.1.2單相短路的復(fù)合序網(wǎng)短路點(diǎn)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(diǎn)不與大地相連，零序電流無通路，因此無零序網(wǎng)絡(luò)。復(fù)合網(wǎng)絡(luò)是正負(fù)序網(wǎng)并聯(lián)后的網(wǎng)絡(luò)。如圖3.2.2所示：圖3.2.2兩相短路的復(fù)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(fù)合序網(wǎng)如下，圖3.3.2所示：圖3.3.2兩相短路接地的復(fù)合序網(wǎng)由此可得：（4）正序等效定則以上三種簡(jiǎn)單不對(duì)稱短路時(shí)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(biāo)（n）是代表短路類型的符號(hào)。短路電流的絕對(duì)值與正序分量的絕對(duì)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(jì)內(nèi)容計(jì)算思路:（1）求各元件標(biāo)幺值，注意各元件正、負(fù)、零序電抗的關(guān)系；（2）建立正、負(fù)、零序等值電路；（3）運(yùn)用公式求解短路電流。等值電路圖2.各元件電抗標(biāo)幺值計(jì)算取=100MV?A，（kV）。（1）發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)G1電抗標(biāo)幺值由公式=1\*GB3①得：同理，發(fā)電機(jī)G2電抗標(biāo)幺值由公式=1\*GB3①得：，，（2）負(fù)載負(fù)載L電抗標(biāo)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(biāo)幺值；。T2變壓器正序電抗標(biāo)幺值；。T3變壓器正序電抗標(biāo)幺值；。線路由公式=5\*GB3⑤得：L1線路的正序電抗標(biāo)幺值；；。L2線路的正序電抗標(biāo)幺值；；。L3線路的正序電抗標(biāo)幺值；；。（5）電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)M電抗標(biāo)幺值由公式=6\*GB3⑥得：建立正、負(fù)、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(diǎn)的正序電抗標(biāo)幺值為：負(fù)序等值電路圖，如圖3.2所示圖3.2負(fù)序等值電路圖短路點(diǎn)的負(fù)序電抗標(biāo)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(diǎn)的零序電抗標(biāo)幺值為：不對(duì)稱短路電流計(jì)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(shí)等值電路圖取發(fā)電機(jī)的次暫態(tài)電勢(shì)，。由發(fā)電機(jī)供給的起始次暫態(tài)電流為：由負(fù)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(diǎn)的短路電流和電壓?jiǎn)蜗啵╝相）接地短路由以上計(jì)算知：短路點(diǎn)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(shí)，電壓的標(biāo)幺值應(yīng)乘以電壓的基準(zhǔn)值，電流的標(biāo)幺值應(yīng)乘以115kV電壓等級(jí)的基準(zhǔn)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(shí)，電壓的標(biāo)幺值應(yīng)乘以電壓的基準(zhǔn)值，電流的標(biāo)幺值應(yīng)乘以115kV電壓等級(jí)的基準(zhǔn)電流，所得的結(jié)果為：，（2）兩相（b相和c相）短路由以上計(jì)算知：短路點(diǎn)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(shí)，電壓的標(biāo)幺值應(yīng)乘以電壓的基準(zhǔn)值，電流的標(biāo)幺值應(yīng)乘以115kV電壓等級(jí)的基準(zhǔn)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(shí)，電壓的標(biāo)幺值應(yīng)乘以電壓的基準(zhǔn)值，電流的標(biāo)幺值應(yīng)乘以115kV電壓等級(jí)的基準(zhǔn)電流，所得的結(jié)果為：，兩相短路接地由以上計(jì)算知：短路點(diǎn)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(shí)，電壓的標(biāo)幺值應(yīng)乘以電壓的基準(zhǔn)值，電流的標(biāo)幺值應(yīng)乘以115kV電壓等級(jí)的基準(zhǔn)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(shí)，電壓的標(biāo)幺值應(yīng)乘以電壓的基準(zhǔn)值，電流的標(biāo)幺值應(yīng)乘以115kV電壓等級(jí)的基準(zhǔn)電流，所得的結(jié)果為：，結(jié)果分析及結(jié)論本課程設(shè)計(jì)，主要進(jìn)行了不對(duì)稱故障的分析計(jì)算，核心是對(duì)稱分量法。根據(jù)對(duì)稱分量法把該網(wǎng)絡(luò)分解為正，負(fù)，零序三個(gè)對(duì)稱序網(wǎng)，這三組對(duì)稱序分量分別按對(duì)稱的三相電路分解，然后將其結(jié)果疊加起來。先計(jì)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(luò)。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(jìn)而列出以序分量表示的邊界條件，按邊界條件將三個(gè)序網(wǎng)聯(lián)合成復(fù)合網(wǎng)，由復(fù)合網(wǎng)求出故障處各序電流和電壓，進(jìn)而合成三相電流電壓。其中涉及到了基本的知識(shí)點(diǎn)——首先是各元件零序和負(fù)序電抗的計(jì)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(shí)，所產(chǎn)生的磁通將遇到什么樣的磁阻，各項(xiàng)之間將產(chǎn)生什么樣的互感影響。各項(xiàng)磁路獨(dú)立的三項(xiàng)靜止元件的各序電抗相等，靜止元件的正序電抗和負(fù)序電抗相等。由于相間互