電力系統(tǒng)三相短路電流的計算

1、-作者xxxx-日期xxxx電力系統(tǒng)三相短路電流的計算【精品文檔】銀川能源學院 課 程 設 計課程名稱：電力系統(tǒng)分析 設計題目：電力系統(tǒng)三相短路電流的計算學 院：電力學院 專 業(yè)：電氣工程及其自動化_班 級：1203班_姓 名：張將_學 號：1310240006_目錄摘要1課題222233444455699101010121214心得體會15參考文獻16【精品文檔】摘要電力系統(tǒng)分析是電氣工程、電力工程的專業(yè)核心課程，通過學習電力系統(tǒng)分析，學生可以了解電力系統(tǒng)的構成，電力系統(tǒng)的計算分析及方法、電力系統(tǒng)常見的故障及其處理方法、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的判斷，為從事電力系統(tǒng)打下必要的基礎。電力系統(tǒng)短路電流的計

2、算是重中之重，電力系統(tǒng)三相短路電流計算主要是短路電流周期（基頻）分理的計算，在給定電源電勢時，實際上就是穩(wěn)態(tài)交流電路的求解。采用近似計算法，對系統(tǒng)元件模型和標幺參數(shù)計算作簡化處理，將電路轉(zhuǎn)化為不含變壓器的等值電路，這樣，就把不同電壓等級系統(tǒng)簡化為直流系統(tǒng)來求解。在電力系統(tǒng)中，短路是最常見而且對電力系統(tǒng)運行產(chǎn)生最嚴重故障的后果之一。課題電力系統(tǒng)接線圖如圖所示，其中G為發(fā)電機，M為電動機，負載(6)為由各種電動機組合而成的綜合負荷，設在電動機附近發(fā)生三相短路故障，計算短路點k的短路電流。電力系統(tǒng)中，發(fā)生短路故障的原因有很多，常見的有：（1）元件的絕緣自然老化發(fā)展成短路;（2）因雷擊或過電壓引起電弧

3、放電，鳳、雪等自然災害引起電桿倒塌；（3）違反了電力系統(tǒng)的正規(guī)操作違規(guī)操作；其他，如鳥獸等跨接裸露導線等造成的短路。電力系統(tǒng)中，發(fā)生短路故障的類型具體可分為以下：（1） 三相接地故障，用表示；（2） 單相接地故障，用表示；（3） 兩相短接故障，用表示；（4） 兩相接地短路故障，用表示；電力系統(tǒng)中，短路故障歸類可以分為：三相短路 對稱短路兩相短路 不對稱短路單相接地短路不對稱短路兩相接地短路不對稱短路 在這些故障中，三相短路故障雖然很少發(fā)生，但情況比較嚴重，且三相短路時電力系統(tǒng)仍是三相對稱的，稱為對稱故障，分析比較容易，因此對三相短路的研究有十分重要的意義。在電力系統(tǒng)中，短路計算具有十分重要的意

4、義：（1） 選擇有足夠電動力穩(wěn)定和熱穩(wěn)定性的電氣設備；（2） 合理的配置繼電保護及自動裝置，并正確整定其參數(shù)；（3） 選擇最佳的主接線方案；（4） 進行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)態(tài)的計算；（5） 確定電力線路對鄰近通信線路的干擾等；發(fā)生短路故障時可能產(chǎn)生以下后果：（1）通過短路點的很大短路電流和所燃起的電弧使短路點的元件發(fā)生故障甚至損壞。（2）短路電流通過非故障設備時，由于發(fā)熱和電動力作用，引起它們使用壽命縮短甚至嚴重損壞。（3）電力系統(tǒng)中部分地區(qū)的電壓嚴重降低，使大量電力用戶的正常工作遭到破壞。（4）破壞電力系統(tǒng)中各發(fā)電廠之間并列運行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩甚至使得系統(tǒng)崩潰，無法繼續(xù)正常運行。 所以，有必

5、要對電力系統(tǒng)進行短路計算分析。根據(jù)計算的結果，合理選擇和校驗電氣設備，進行繼電保護裝置的選型與整定計算，分析電力系統(tǒng)的故障及穩(wěn)定性能，選擇限制短路電流的措施和確定電力線路對通信線路的影響等。電動機為6MVA。變壓器T1:：變壓器額定容量變壓器T2：變壓器額定容量 變壓器3：變壓器額定容量20MVA,電壓110/11KVL1線路，60km ,、L2線路，20km 、 L3線路,7km在電力系統(tǒng)分析中，還經(jīng)常采用一種相對單位制，稱為標幺值。在標幺值中。各不同單位的物理量都要指定一個基準值，這個基準值用下標B表示。則某個物理量的標幺值定義為其有名值和基準值之比，用下標*表示，有時

6、加上說明用標幺值表示后，可以略去下標*?？梢姌嗣粗凳且粋€無單位的比值，而且，對同一個實際值，當所算的基值不同時其標幺值也不同。標么值的符號為各量符號加下角碼“*”標幺值是一個沒有量綱的數(shù)值，對于同一個有名值，基準值選的不同，其標幺值也就不同，因此，說明一個量的標幺值時，一定要同時說明它的基準值，否則，標幺值沒意義。電力系統(tǒng)使用標幺值進行計算和標注，主要是因為它具有這樣一些優(yōu)點：（1） 易于比較電力系統(tǒng)各元件的參數(shù)和特點，便于迅速準確的判定結果的正確性。（2） 能夠簡化計算公式，交流電路中，用標幺值計算時通過選擇不同的基準值，線電壓與相電壓的標幺值相等，三相功率與單相功率的標幺值相等，三相電路與

7、單相電路的計算公式相同。（3） 三相電力系統(tǒng)中，各元件參數(shù)和變量之間的基準值還有確定關系：發(fā)電機1電抗：變壓器2電抗：線路3電抗：線路4電抗：變壓器5電抗：綜合負載6的模型為電壓源，(要歸算到統(tǒng)一的基準值下)有線路7電抗:變壓器8電抗：大容量電動機9的模型為電壓源，（要歸算到統(tǒng)一的基準值下）有： 圖中分子為元件電抗的編號，分母為電抗的標幺值，電動勢也以標幺值表示，并忽略其間的相位差，相應的計算以實數(shù)計算。先合并串連電抗，得到圖， 串聯(lián)電抗合并其中，因為電路含有多個電源，先在A點斷開電路，用戴維南定理，將斷開處的二端口網(wǎng)絡等效成一個電壓源，其電動勢等于A點處的開路電壓其內(nèi)阻為除源后的A端的等效電

8、阻再接入電路，得圖 戴維南定理簡化后的電路求出起始次暫態(tài)電流的標幺值為：起始次暫態(tài)電流為沖擊電流：短路電流的最大有效值： 短路功率（短路容量）： 任何一個三相不對稱的系統(tǒng)都可分解成三相對稱的三個分量系統(tǒng)，即正序、負序和零序分量系統(tǒng)。對于每一個相序分量來說，都能獨立地滿足電路的歐姆定律和基爾霍夫定律，從而把不對稱短路計算問題轉(zhuǎn)化成各個相序下的對稱電路的計算問題。 對稱分量法是分析不對稱故障的常用方法，根據(jù)對稱分量法，任意一組不對稱的三個相量（電壓或電流）總可以分解成為正序、負序和零序三組（每組三個）相量。正序分量是指三個相量模相同，但相位角按A-B-C順序互差，正序分量一般加下標1表示。電力系統(tǒng)

9、穩(wěn)態(tài)運行時只有正序分量。負序分量是指三個相量模相同。但相位角按C-B-A順序互差，負序分量一般加下標2表示，零序分量是指三個相量模相同，且相位角也相等，零序分量一般加下標0表示。 （1）圖中相量幅值相等，相位彼此互差 ，且a超前b，b超前c，稱為正序分量；（2） 圖中相量幅值相等，相位關系與正序相反，稱為負序分量；（3） 圖中相量幅值和相位均相同，稱為零序分量。 同步發(fā)電機在對稱運行時，只有正序電勢和正序電流。此時的電機參數(shù)就是正序參數(shù)。當發(fā)電機定子繞組中通過負序基頻電流時，它產(chǎn)生的負序旋轉(zhuǎn)磁場與正序基頻電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向正好相反。因此，負序旋轉(zhuǎn)磁場同轉(zhuǎn)子之間有兩倍同步旋轉(zhuǎn)的相對

10、運動。正序電抗取決于定子負序旋轉(zhuǎn)磁場所遇到的磁阻，由于轉(zhuǎn)子縱橫間不對稱，隨著負序旋轉(zhuǎn)磁場同轉(zhuǎn)子間的相對位置的不同，負序磁場所遇到的磁阻也不同，負序電抗也就不同。發(fā)生不對稱短路時，由于發(fā)電機轉(zhuǎn)子縱橫軸間的不對稱，定、轉(zhuǎn)子繞組無論是在穩(wěn)態(tài)還是在暫態(tài)過程中，都將出現(xiàn)一系列的高次諧波電流，這就使對發(fā)電機序參數(shù)的分析變復雜了。為了使發(fā)電機負序電抗具有確定的含義，取發(fā)電機負序端電壓的基頻分量與負序電流基頻分量的比值，作為計算電力系統(tǒng)基頻短路時發(fā)電機的負序阻抗。當發(fā)電機定子繞組通過基頻零序電流時，由于各相電樞磁勢大小相等，相位相同，且在空間相差120度電角度。它們在系統(tǒng)中的合成磁動勢為零，所以，發(fā)電機的零序

11、電抗僅由定子線圈的等位漏磁通確定。但是零序電流所產(chǎn)生的漏磁通與正序（或負序）電流所產(chǎn)生的漏磁通不同的，其差別與繞組形式有關。變壓器的等值電路表征了一相原、副方繞組間的電磁關系。下圖反映了不計繞組電阻和鐵芯損耗時變壓器的零序等值電路。 如圖變壓器的零序等值電路 （a）雙繞組變壓器（b）三繞組變壓器變壓器等值電路中的參數(shù)不僅同變壓器的結構有關，有的參數(shù)也同所通過電流的序別有關。變壓器各繞組的電阻，與通過的序別無關。因此，變壓器的正序，負序，零序的等值電阻相等。變壓器的漏抗，反映了原副方繞組間磁耦合的情況，磁通的路徑與所通電流的序別無關。因此變壓器的正序，負序，零序等值漏抗也相等。變壓器的勵磁阻抗，

12、取決于主磁通路徑的磁導，當變壓器通以負序電流時，主磁通的路徑與正序電流時完全相同，所以變壓器正序，負序和零序等值電路及參數(shù)是完全相同的。對于由三個單相變壓器組成的三相變壓器組，每相的零序主磁通與正序主磁通一樣，有獨立磁路。對于三相四柱式，零序主磁通也能形成回路，磁阻很小， 所以兩種變壓器中，短路計算時可以當做，忽略勵磁電流，把勵磁支路斷開。變壓器的零序等值電路與外電路的聯(lián)接，取決于零序電流的流通路徑，因而與變壓器三相繞組聯(lián)接形式及中性點是否接地有關，即：（1）當外電路向變壓器某側(cè)三相繞組施加零序電壓時，如果能在改側(cè)產(chǎn)生零序電流，則等值電路中改側(cè)繞組與外電路接通；如果不能產(chǎn)生零序電流，則從電路等

13、值的觀點，可以認為變壓器該側(cè)繞組與外電路斷開。根據(jù)這一原則，只有中性點接地的星形接法才能與外電路接通。（2）當變壓器繞組只有零序電勢時，如果它能將零序電勢施加到外電路上去并能提供零序電流的通路，則等值電路中改側(cè)繞組端點與外電路接通，否則與外電路斷開。所以也只有YN接法繞組才能與外電路接通。（3）在三角形接法的繞組中，繞組的零序電勢雖不能作用到外電路去，但能在繞組中形成環(huán)流，在等值電路中改側(cè)繞組端點接零序等值中性點。由于三角形接法的繞組漏抗與勵磁支路并聯(lián)，不管何種鐵芯結構的變壓器，一般勵磁電抗總比漏抗大得多，一般近似取。小結（1） 對稱分量法是分析電力系統(tǒng)不對稱故障的實用方法（2） 靜止元件的正

14、序電抗和負序電抗相等。（3） 對于旋轉(zhuǎn)設備，各序電流會引起不同的電磁過程，三序阻抗不相等。（4） 變壓器零序電抗的大小，則決定于變壓器三相繞組的結線方式和變壓器的鐵芯結構。（5） 由于相間互感的助增作用，架空輸電線的零序電抗大于正序電抗，架空地 線的存在使得輸電線的零序電抗有所減小。電纜線路零序電抗的數(shù)值，則與電纜的包護層有關。（6） 制訂序網(wǎng)時，某序網(wǎng)應該包含該序電流通過的所有元件，負序網(wǎng)絡結構與正序網(wǎng)絡相同，但是為無源網(wǎng)絡。制訂零序網(wǎng)絡，應從故障點開始，依次考察零序電流的流通情況。在一相零序網(wǎng)絡中，中性點接地阻抗須以其三倍值表示，并且也為無源網(wǎng)絡。（1）單相接地短路故障處邊界條件為： ，

15、，用對稱分量法表示為： ，整理后得到序分量表示的邊界條件為：解得： （2）兩相短路 故障處的邊界條件為： ，用對稱分量法表示為：整理得： ， ， 可得： ，（3）兩相短路接地故障處的邊界條件為： ， ，用序分量表示的邊界條件為可得：正序等效定則：在簡單不對稱短路故障的情況中，短路點基準相的電流的正序分量，與在短路點的每一相中加入附加阻抗而發(fā)生三相短路時的電流相等。則短路點的基準相正序電流表達式為：心得體會通過這次的課程設計，讓我重新溫習了以前課本上學過的相關知識，讓我對課本上的知識有了更深層次的理解與認識，同時也對電力系統(tǒng)三相短路電流的計算更加熟練，加深了我對電力系統(tǒng)的了解和認識，特別是對電力系統(tǒng)的短路電流的計算，加深鞏固了短路電流計算的能力。同時，在這次的課程設計中，也更加熟練了電腦上的一些基本操作如：auto CAD、word等一些常用軟件。當然，在這次的課程設計中，我確實曾遇到了很難的疑難，最終，先是跟同學討論，在未能得到解決的前提下去與老師溝通、交流，最后將問題一一解決。在這次的課程設計中，讓我感覺到理論知識在工程實踐中的重要性，理論是對實踐的指導，更重要的是我學到了課本上學習不到的東西，電力系統(tǒng)短路