电力系统计算.doc

辽 宁 工 业 大 学
《电力系统计算》课程设计（论文）

题目： 电力系统两相短路计算与仿真（1）

院（系）： 电 气 工 程 学 院
专业班级： 电气
学 号：
学生姓名：
指导教师：
教师职称：
起止时间：14-06-30至14-07-11

本科生课程设计（论文）

课程设计（论文）任务及评语
G1 T1 1 L2 2 T2 G2

1:k k:1
L1 L3
3
S3
院（系）：电气工程学院 教研室：电气工程及其自动化
课程设计（论文）任务

G
G

原始资料：系统如图
各元件参数如下（各序参数相同）：
G1G2：SN=30MVA，VN=10.5kV，X=0.26；
T1: SN=31.5MVA，Vs%=9.5， k=10.5/121kV,△Ps=220kW, △Po=33kW,Io%=0.9；YN/d-11
T2: SN=31.5MVA，Vs%=10.5， k=10.5/121kV,△Ps=180kW, △Po=30kW,Io%=0.8；YN/d-11
L1:线路长80km，电阻0.17Ω/km，电抗0.4Ω/km，对地容纳2.78×10-6S/km；
L2:线路长75km，电阻0.2Ω/km，电抗0.42Ω/km，对地容纳2.88×10-6S/km；；
L3: 线路长80km，电阻0.17Ω/km，电抗0.4Ω/km，对地容纳3.08×10-6S/km；；
负荷：S3=45MVA，功率因数均为0.9.

任务要求（节点3发生AC相金属性短路时）：
1 计算各元件的参数；
2 画出完整的系统等值电路图；
3 忽略对地支路，计算短路点的A、B和C三相电压和电流；
4 忽略对地支路，计算其它各个节点的A、B和C三相电压和支路电流；
5 在系统正常运行方式下，对各种不同时刻AC两相短路进行Matlab仿真；
6 将短路运行计算结果与各时刻短路的仿真结果进行分析比较，得出结论。

指导教师评语及成绩

平时考核： 设计质量： 答辩：

总成绩： 指导教师签字：

年 月 日
注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算
摘 要
电能是现在社会中最重要的、也是最方便的能源，它可以方便地转化成别种形式的能，应用规模灵活。以电作为动力，可以促进工农业生产的机械化和自动化，保证产品质量，大幅度提高劳动生产率。提高电气化程度，以电能代替其他形式的能量，是节约总能源消耗的一个重要途径，所以电能被广泛地应用到人民的日常生活中。
电力系统是由生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体。由于电能应用的广泛性，在电力系统发生故障和不正常现象时对电力系统的影响非常大，因此需要考虑电力系统在出现运行不正常现象和故障时对线路的影响。短路是电力系统的严重故障，包括三相短路、两相短路、亮相接地短路、单项短路。本次课程设计主要研究系统发生两相短路时，系统的运行情况。系统发生两相短路时可使并列运行的发电机组失去同步,造成系统解列，产生不对称短路,在研究中主要是用对称分量法去分析简单不对称电路。在应用对称分量法分析计算不对称故障时必须首先做出电力系统的各序网络，通过网络化简求出各序网络对短路点的输入电抗以及正序网络的等值电势，再根据不对称短路的不同类型，列出边界方程，以求得短路点电压和电流的各序分量。

关键词：电能；电力系统；两相短路；对称分量发；

目 录
第1章 绪论 1
1.1 电力系统短路计算概述 1
1.2 本文设计内容 1
第2章 电力系统不对称短路计算原理 2
2.1 对称分量法基本原理 2
2.2 三相序阻抗及等值网络 2
2.3 两相不对称短路的计算步骤 2
第3章 电力系统两相短路计算 3
3.1 系统等值电路及元件参数计算 3
3.2 系统等值电路及其化简 3
3.3 两相短路计算 3
第4章 短路计算的仿真 4
4.1 仿真模型的建立 4
4.2 仿真结果及分析 4
第5章 总结 5
参考文献 6

第1章 绪论
1.1 电力系统短路计算概述
电力系统正常运行的破坏多半是由短路故障引起的。发生短路时，系统从一种状态剧变到另一种状态，并伴随产生复杂的暂态过程。短路是电力系统的严重故障。所谓短路，是指一切不正常的相与相或相与地（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。产生短路的因素很多，主要包括以下几个方面：元件损坏，绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成短路；气象条件恶化，雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等；违规操作，运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压；其他，挖沟损伤电线，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。
随着短路类型、发生地点和持续时间的不同，短路的后果可能只破坏局部地区的正常供电，也可能威胁整个系统的安全运行。短路的危险后果一般有以下几个方面：
（1）短路故障时短路点附近的支路中出现比正常值大许多倍的电流，由于短路电流的电动力效应，导体间将产生很大的机械应力，可能使导体和它们的支架遭到破坏。
（2）短路电流使设备发热增加，短路持续时间较长时，设备可能过热以致损坏。
（3）短路时系统电压大幅度下降，对用户影响很大。系统中最主要的电力负荷是异步电动机，电压下降时，电动机的电磁转矩显著减少，转速随之下降。当电压大幅下降时，电动机甚至可能停转，造成产品报废，设备损坏等严重后果。
（4）当短路地点离电源不远而持续时间又较长时，并列运行的发电厂可能失去同步，破坏系统稳定，造成大片区停电。这是短路故障最严重的后果。
（5）发生不对称电路时，不平衡电流能感应出强大的电动势，对架设在高压电力线路附近的通讯线路或铁道讯号系统产生严重影响。
在电力系统和电气设备的设计和运行中，短路计算是解决一系列技术问题所不可缺少的基本计算，这些问题主要是：
(1)选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备，例如断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆等，必须以短路计算作为依据。这里包括计算冲击电流以校验设备的电动力稳定度；计算若干时刻的短路电流周期分量以校验设备的热稳定度。
(2)为了合理地配置各种继电保护和自动裴置并正确整定其参数，必须对电力网中发生的各种短路进行计算和分析。在这些计算中不但要知道故障支路中的电流值，还必须知道电流在网络中的分布情况。有时还要知道系统中某些节点的电压值。
(3)在设计和选择发电厂和电力系统电气主接线时，为了比较各种不同方案的接线图，确定是否需要采取限制短路电流的措施等，都要进行必要的短路电流计算。
(4)进行电力系统暂态稳定计算，研究短路时用户工作的影响等，也包含有一部分短路计算的内容。
此外，确定输电或路对通讯的干扰，对己发生故障进行分析，都必须进行短路计算。
1.2 本文设计内容
本文根据所给的数据，进行电力系统两相接地短路计算与仿真，根据要求完成：
(1)计算各元件的参数；
(2)画出完整的系统等值电路图；
(3)忽略对地支路，计算短路点的A、B和C三相电压和电流；
(4)忽略对地支路，计算其它各个节点的A、B和C三相电压和支路电流；
(5)在系统正常运行方式下，对各种不同时刻AC两相接地短路进行Matlab仿真；
(6)将短路运行计算结果与各时刻短路的仿真结果进行分析比较，得出结论。

第2章 电力系统不对称短路计算原理
2.1 对称分量法基本原理
对称分量法是分析不对称故障的常用方法，根据不对称分量法，一组不对称的三相量可以分解为正序、负序和零序三相对称的三相量。在三相电路中，对于任意一组不对称的三相相量，可以分解为三组三相对称的相量，当选择a相作为基准相时，三相相量与其对称分量之间的关系为：
（2-1）

式中，，，且有，；、、分别为a相电流的正序、负序和零序分量，并且有
（2-2）

由上式可以作出三相量的三组对称分量。通过对称分量我们可以看出，正序分量的相序与正常对称运行下的相序相同，而负序分量的相序则与正序相反，零序分量 则三相同相位。
将一组不对称的三相量分解为三组对称分量，即：
（2-3）

（2-4）
矩阵S称为对称分量变换矩阵。当已知三相不对称的相量时，可由上式求得各序对称分量。已知各序对称分量时，也可以用反变换求出三相不对称的相量，即：

（2-5）
式中：

展开（2-4）并计及式（2-2）有
（2-6）

2.2 三相序阻抗及等值网络
（2-7）
三相序阻抗就是指元件的正序阻抗、负序阻抗和零序阻抗。所谓元件的序阻抗，是指元件三相参数对称时，元件两端某一序的电压降与通过该元件同一序电流的比值，即：

、和分别为该元件的正序阻抗，负序阻抗和零序阻抗。
电力系统的等值网络分为正序网络，负序网络和零序网络。
（1）正序网络
正序网络就是通常计算对称短路时所用的等值网络。除了中性点接地阻抗、空载线路（不计导纳）以及空载变压器（不计励磁电流）外，电力系统各元件均应包括在正序网络中，并且用相应的正序参数和等值电路表示。
（2）负序网络
负序电流能流通的元件与正序电流的相同，但所有电源的负序电势为零。因此，把正序网络中各元件的参数都用负序参数代替，并令电源电势等于零，而在短路点引入代替故障条件的不对称电势源中的负序分量，便得到负序网络。
（3）零序网络
在短路点施加代表故障边界条件的零序电势时，由于三相零序电流大小及相位相同，他们必须经过大地（或架空地线、电缆包皮等）才能构成通路，而且电流的流通与变压器中性点接地情况及变压器的接法有密切的关系。
2.3 两相不对称短路的计算步骤
两相不对称短路的计算步骤可分为以下几步：
(1)计算各元件的参数；
(2)画出完整的系统等值电路图；
(3)忽略对地支路，计算短路点的A、B和C三相电压和电流；
(4)忽略对地支路，计算其它各个节点的A、B和C三相电压和支路电流；

第3章 电力系统两相短路计算
3.1 系统等值电路及元件参数计算
系统的等值电路可分为正序网络，负序网络和零序网络，其中正序网络为：
图3.1 正序网络电路图
图3.3 零序网络电路图

图3.2 负序网络电路图

根据已知的条件：G1、G2：SN=30MVA，VN=10.5kV，X=0.26；T1: SN=31.5MVA，Vs%=9.5，k=10.5/121kV,△Ps=220kW, △Po=33kW,Io%=0.9；YN/d-11。T2: SN=31.5MVA，Vs%=10.5，k=10.5/121kV,△Ps=180kW, △Po=30kW,Io%=0.8；YN/d-11。L1:线路长80km，电阻0.17Ω/km，电抗0.4Ω/km，对地容纳2.78×10-6S/km；L2:线路长75km，电阻0.2Ω/km，电抗0.42Ω/km，对地容纳2.88×10-6S/km；； L3: 线路长80km，电阻0.17Ω/km，电抗0.4Ω/km，对地容纳3.08×10-6S/km；负荷：S3=45MVA，功率因数均为0.9。
可以求得参数：（取，）
发电机G1，G2:
（3-1）

（3-2）

（3-3）

线路L1:
（3-4）

（3-5）

（3-6）

（3-7）
线路L2:

（3-8）

（3-9）

（3-10）
线路L3:

（3-11）

（3-12）

变压器T1:
（3-13）

（3-14）

（3-15）

（3-16）

（3-17）

（3-18）
变压器T2:

（3-19）

（3-20）

（3-21）

（3-22）

图 3.4 正序网络
3.2 系统等值电路及其化简
图 3.5 负序网络
图 3.6 零序网络

经过变换后，可得： ，，，
3.3 两相短路计算
在系统发生两相短路时，其边界条件为：

用对称分量表示为：

整理后可得：

图3.7 两相短路的复合序网
根据这些条件，我们可用正序网络和负序网络组成两相短路的复合序网，如图3.7所示，

因为零序电流等于零，所以复合序网中没有零序网络。利用这个复合序网可以求出：

代入数据可得：，，
短路点故障相的电流为：

代入数据可得：，

a,c两相电流大小相等，方向相反。它们的绝对值为：

短路点各相对地电压为：

代入数据可得：，。

第4章 短路计算的仿真
4.1 仿真模型的建立
xxxxxxxxxx。

4.2 仿真结果及分析

第5章 总结
对所设计内容、方法、取得的效果、问题的解决方案等方面作技术方面的总结。
如设计的内容以及采用的技术方案或计算结果

注意：如果用到表格，则表内容用五号宋体或更小字号，选定某种样式后，全文应统一。
参考文献
[1] 何仰赞等. 电力系统分析（上）.华中科技大学出版社.2002.1
[2]

注意：中文用小四宋体，英文用小四Times New Roman。参考文献不少于五篇

课程设计（论文）报告的内容及其文本格式
1、课程设计（论文）报告要求用A4纸排版，单面打印，并装订成册，内容包括：
①封面（包括题目、院系、专业班级、学生学号、学生姓名、指导教师姓名、、起止时间等）
②设计(论文)任务及评语
③中文摘要 （黑体小二，居中，不少于200字）
④目录
⑤正文（设计计算说明书、研究报告、研究论文等）
⑥参考文献
2、课程设计（论文）正文参考字数：2000字周数。
3、封面格式
4、设计（论文）任务及评语格式
5、目录格式
①标题“目录”（小二号、黑体、居中）
②章标题（小四号字、黑体、居左）
③节标题（小四号字、宋体）
④页码（小四号字、宋体、居右）
6、正文格式
①页边距：上2.5cm，下2.5cm，左3cm，右2.5cm，页眉1.5cm，页脚1.75cm，左侧装订；
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③行距：20磅行距；
④页码：底部居中，五号、黑体；
7、参考文献格式
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②示例：（五号宋体）
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图书类：[序号]作者1,作者2,……作者n.书名.版本.出版地:出版社，出版年:页次.
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