电力系统横向故障分析实验.doc

电力系统分析
实验报告
一、实验目的
1、 对电力系统各种短路现象的认识；
2、 掌握各种短路故障的电压电流分布特点；
3、 分析比较仿真运算与手动运算的区别;
二、实验内容
1．各种短路电流实验，观察比较各种短路时的三相电流、三相电压；
2．归纳总结各种短路的特点
3．仿真运算与手动运算的比较分析
三、实验方法和步骤
1．辐射形网络主接线系统的建立
输入参数（系统图如下）:额定电压:220KV；负荷F1：100+j42MVA；负荷处母线电压：17。25V；
变压器B1：Un=360MVA，变比=18/242，Uk％=14。3％,Pk=230KW，P0=150KW，I0/In=1%；
变压器B2：Un=360MVA,变比=220/18，Uk%=14。3％,Pk=230KW,P0=150KW，I0/In=1％；
线路L1、L2：长度：100km，电阻：0。04Ω/km，电抗：0.3256Ω/km。
发电机：按汽轮机默认参数
辐射形网络主接线图
建立实验电路图，按照实验要求设置系统元件参数。
2．短路实验波形分析
利用已建立系统，在L2线路上进行故障点设置，当故障距离为80％时，分别完成以下内容（记录波形长度最少为故障前2周期，故障后5周期)：
(1）设置故障类型为“单相接地短路”，运行仿真，在输出图页上观察记录线路始端CT和CVT的波形；
根据实验要求进行故障的设置:
电压、电流互感器输出波形（A、B、C三相的二次侧电压、电流)：
设置故障点出现时间为0.5s，故障时间为0。01s。由仿真结果图可以看出来,在还未出现故障之前，电压波形为正弦波形.而在1s时刻出现了故障，此时A相电压突然下降，且波动比较大.这对电力系统是相当不利的。且由仿真结果可以看出来,故障线路的点电压下降比较明显，而非故障线路电压下降缓慢一点，没有故障线路那么明显，这主要是由于两条线路是并联的，这样就会对另一条非故障线路有一定的影响。在故障刚消除的时候，又有一个较大的冲击电压，这是由于相当于刚接上一个电源,所以就有一个较大的冲击电压。在电压恢复前几个周期，电压波形有很大的纹波。
由仿真结果可以看出来,在故障前，A相电流按照正弦波形进行运行。而在故障的时候,A相电流突然增加，且可以看出来，在故障刚开始时的纹波比较大，这时由于刚发生故障时，有一些非周期分量.周期分量依然呈正弦波形.而过了一定时间之后，波形开始稳定。且在刚开始时，有一个较大的冲击电流。在故障消除了，电流又逐渐恢复到原来的运行状态，且在刚稳定的前两个周期电流波形上也有很大的纹波电流.这与理论相差不多.
（2） 设置故障类型为“两相相间短路”，运行仿真，在输出图页上观察记录线路始端CT和CVT的波形；
根据实验要求进行故障的设置：
电压、电流互感器输出波形（A、B、C三相的二次侧电压、电流）：
由仿真结果可以看出来，电压波形和单相短路时相差不多，也是在故障发生之后,电压幅值开始下降，且开始时有一定的纹波。在故障消除之后，电压开始逐渐恢复到原来的电压幅值。
由仿真结果可以看出来,在故障前，电流波形呈正弦波形，而故障发生之后，故障相A、B两相的电流波形突然增大，而非故障相C相得电流波形的幅值基本上没有发生变化，但是波形发生了一定的变形。且故障相A、B两相电流波形还是依然相差120°。而在故障消除之后，故障相的电流波形又恢复到原来的状态.依然呈正弦波形,只是电流幅值是缓慢恢复到原来的电流幅值.在故障时根据IA=—IB。由仿真结果也可以看出来，AB两相电流，大小基本相等，而方向相反。
（3）设置故障类型为“两相接地短路”,运行仿真，在输出图页上观察记录线路始端CT和CVT的波形；
对故障类型进行设置：
电压、电流互感器输出波形（A、B、C三相的二次侧电压、电流）:
（4）设置故障类型为“三相短路”，运行仿真，在输出图页上观察记录线路始端CT和CVT的波形；
由仿真结果可以看出来，在AB两相发生接地短路故障时,两相电流波形都发生了变化，非故障相C相电流波形基本上没有发生变化。在故障消除之后，电流波形逐渐恢复到原来的电流波形。
进行故障类型设置:
电压、电流互感器输出波形(A、B、C三相的二次侧电压、电流)：
在系统发生三相故障时，非故障支路的电压和前面一样都有所下降，但是并没有减为0.而故障支路的三相电压迅速下降为0。在故障消除之后，电压幅值开始逐渐上升。且后来基本上稳定在原来的幅值。
（5）根据不同故障情况下电流电压输出波形，归纳各种情况下故障电流电压的特点。
答:由仿真结果可以知道，当系统发生不同故障时，电流和电压的特点是各不相同的.
1.在各种故障中，故障相的电流相对于原来的正常运行时的电流幅值都急剧增加，而故障消除之后，电流幅值又开始逐渐减小，并且最终稳定在原来的幅值。
2。在发生故障之后,电流和电压之间的相位差发生了变化.
3.在系统发生故障时,非故障支路的电流也会有所增加，这是由于它们之间形成的是并联关系,也有相应的电流流过。
4。非故障支路的电压幅值会有所降低，但是不管发生什么样的故障，其电压幅值都不会降为0。
5。而故障支路当发生非接地故障时，电压幅值会有所下降，但是并不会下降为0；当发生接地故障时，电压幅值会马上降为0.
6.发生三相故障时，短路电流是对称的，且短路电流比较大，短路电压基本上为0；
7。发生单相短路时，故障相电压变为0,非故障相电压不为0，故障相电流比较大，非故障相电流为0；
8.发生两相故障时，故障相的电压相等，都等于电源电压的一半，非故障相的电压为电源电压，故障相电流大小相等方向相反,非故障相电流为0；
9。发生两相短路接地时，故障相电压相等，都等于0，非故障相不为0，故障相电流不为0,且与短路阻抗和非故障相的正序电流成正比,非故障相电流为0。
3．短路故障比较分析
利用已建立系统，在L2线路上进行故障点设置，当故障距离99％时,设置故障类型为“三相短路”，运行仿真，在输出图页上观察记录故障点电压电流的波形。
故障点A、B、C三相电压、电流：
电压、电流互感器输出波形（A、B、C三相的二次侧电压、电流）:
与上面故障发生在80%时相比较可以看出来，在线路末端发生三相短路故障时，故障点的电压马上变为0，不像发生在80%时的电压波形，故障点电压是缓慢变到0。而非故障支路的电压比原来高，且波动也比较大。
由上面的电流波形和80%处的三相故障电流波形比较可以看出来，在线路末端发生故障时，非故障支路的电流波形基本上相差不多，但是故障支路的电流波形波动比原来的更大。纹波也比较大，这对系统来说是比较不利的。
(1）根据故障后1－2个周期内波形，计算故障点短路电流周期分量值。
由仿真结果图可以读出来，在第一个周期内，。所以.
在第二个周期内，，所以。
对两个周期求平均值：。
所有周期分量有效值为:.
(2）手动计算故障点周期电流起始值。
等值电路：
解：SB=300MVA，VB=VAV
起始暂态电流
冲击电流
短路电流最大有效值
(3)误差分析
答:在手动短路潮流计算是近似计算，在正常工作时负荷电流比较小，和短路电流比起来比较小，所以在手算潮流计算时通常将负荷电流忽略.在等值计算时忽略负荷，忽略线路对地支路的影响，即线路对地电容和变压器励磁支路，忽略线路阻抗。而在计算机计算中，这些因素都没有忽略，即短路电路的阻抗就比手算潮流大，而电压是固定的，因此，计算机潮流计算结果就比手算潮流值小。
四、思考题
1.什么叫电力系统的横向故障?是如何分类的?
答:常见的三相短路,两相和单相短路通常称为横向故障，它是指网络的节点k（也就是短路点)处出现了相与相之间或相与地之间的不正常接通情况。短路类型常分为三相短路，两相短路，单相接地短路,两相接地短路。
2。电力系统各种短路电流计算时，不计负荷电流与计及负荷电流，结果有什么不同?
答：短路电流一般比较大，在几KA左右，而负荷电流较短路电流较小，一般为几百安左右，在计算时常被忽略，因此不计负荷电流的结果比计及负荷电流的计算结果小一点。
3。计算机仿真模拟各种短路运算与手动进行短路计算有什么区别?各有何特点?
答:手动计算是近似计算，由于负荷电流远小于短路电流,所以在等值计算时忽略负荷，忽略线路对地支路的影响，即线路对地电容和变压器励磁支路，忽略线路阻抗.计算机仿真模拟各种短路运算时,由于是考虑了整个系统中所有的情况，因此计算结果比较接近于实际情况，计算会复杂一点.而手动进行短路计算则对电路进行了化简，忽略了负荷电流的影响，这样使计算简单，但是误差会较大。