兩相短路接地—課程設(shè)計

1、成績 課 程 設(shè) 計 說 明 書課程設(shè)計名稱： 電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計 題 目： 兩相接地故障的計算學(xué) 生 姓 名：喻翌專 業(yè)： 電氣工程與自動化學(xué) 號：指 導(dǎo) 教 師： 袁宇春日期：2010年6月 18日目錄1 前言11.1短路故障計算的原因11.2短路發(fā)生的原因11.3短路類型11.4短路的危害12 數(shù)學(xué)模型32.1架空輸電線的等值電路和參數(shù)32.2變壓器等值電路和參數(shù)42.3發(fā)電機(jī)等值電路53 對稱分量法63.1不對稱三相量的分解63.2對稱分量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用73.3變壓器的各零序等值電路94 兩相短路接地的分析115 兩相短路接地的計算流程136 算例147 總結(jié)18參考文獻(xiàn)

2、19兩相接地故障的計算摘要：在電力系統(tǒng)的設(shè)計和運行中，必須考慮到可能發(fā)生的故障和不正常的運行情況，防止其破壞對用戶的供電和電氣設(shè)備的正常工作。從電力系統(tǒng)的實際運行情況看，這些故障多數(shù)是由短路引起的，因此除了對電力系統(tǒng)的短路故障有一較深刻的認(rèn)識外，還必須熟練掌握電力系統(tǒng)的短路計算。這里著重介紹簡單不對稱故障兩相短路接地的常用計算方法。對稱分量法是分析不對稱故障常用方法，根據(jù)對稱分量法，一組不對稱的三相量可以分解為正序、負(fù)序和零序三相對稱的三相量。在應(yīng)用對稱分量法分析計算不對稱故障時必須首先作出電力系統(tǒng)的各序網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)化簡求出各序網(wǎng)絡(luò)對短路點的輸入電抗以及正序網(wǎng)絡(luò)的等值電勢，再根據(jù)不對稱短路的

3、不同類型，列出邊界方程，以求得短路點電壓和電流的各序分量。關(guān)鍵詞：短路計算、兩相短路接地、對稱分量法Abstract:In power system design and operation, we must consider the possibility of failure and normal operation, prevent power supply of damage to users and electrical equipment to work properly. From the actual operation of power system, these probl

4、ems are mostly caused by a short circuit, so in addition to power system short circuit fault has a more profound understanding, but also must be familiar with power system short-circuit calculations. Here focuses on a simple asymmetric two-phase short-circuit ground fault calculation methods. Symmet

5、ry is a common method of asymmetric fault, according to asymmetric method, a set of asymmetrical three-phase quantity can be decomposed into positive sequence, negative sequence and zero sequence symmetrical three-phase three-phase volume. In the application of symmetry analysis and calculation must

6、 be made asymmetric failure of the order power system network, simplifying the network obtained the sequence network short-circuit point on the input reactance and equivalent positive sequence network potential, and then under asymmetric short-circuit the different types of boundary equations are li

7、sted, in order to achieve short-circuit voltage and current of each point sequence component.Keyword:Short-circuit calculation、Two-phase ground short circuit、Symmetry1前言1.1短路故障計算的原因電力系統(tǒng)在運行過程中常常會受到各種擾動，其中，對電力系統(tǒng)影響較大的是系統(tǒng)中發(fā)生的各種故障。常見的故障有短路、斷線和各種復(fù)雜故障（即在不同地點同時發(fā)生短路或斷線），而最為常見和對電力系統(tǒng)影響最大的是短路故障。因此，故障分析重點是對短路故障的

8、分析。所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或相與地之間（對于中性點接地的系統(tǒng)）發(fā)生通路的情況。1.2短路發(fā)生的原因電力系統(tǒng)短路故障發(fā)生的原因很多，既有客觀的，也有主觀的，而且由于設(shè)備的結(jié)構(gòu)和安裝地點的不同，引發(fā)短路故障的原因也不同。但是，根本原因是電氣設(shè)備載流部分相與相之間或相與地之間的絕緣遭到破壞。主要有：元件損壞，氣象條件惡化，違規(guī)操作和其他1.3短路類型再三相系統(tǒng)中可能發(fā)生的短路有：三相短路,兩相短路,單相短路接地和兩相短路接地。 三相短路是對稱的,其他類型的短路都是不對稱的。在各種短路類型中，單相短路占大多數(shù)，兩相短路較少，三相短路的機(jī)會最少。三相短路雖然很少發(fā)生，但情況較嚴(yán)重，應(yīng)給予

9、足夠的重視。1.4短路的危害1）短路故障時短路點附近的支路中出現(xiàn)比正常值大許多倍的電流，由于短路電流的電動力效應(yīng)，導(dǎo)體間將產(chǎn)生很大的機(jī)械應(yīng)力，可能使導(dǎo)體和它們的支架遭到破壞。2）短路電流使設(shè)備發(fā)熱增加，短路持續(xù)時間較長時，設(shè)備可能過熱以致?lián)p壞。短路時系統(tǒng)電壓大幅度下降，對用戶影響很大。系統(tǒng)中最主要的電力負(fù)荷是異步電動機(jī)，電壓下降時，電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩顯著減少，轉(zhuǎn)速隨之下降。當(dāng)電壓大幅下降時，電動機(jī)甚至可能停轉(zhuǎn)，造成產(chǎn)品報廢，設(shè)備損壞等嚴(yán)重后果。3）當(dāng)短路地點離電源不遠(yuǎn)而持續(xù)時間又較長時，并列運行的發(fā)電廠可能失去同步，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定，造成大片區(qū)停電。這是短路故障最嚴(yán)重的后果。4）發(fā)生不對稱短路時，不

10、平衡電流能產(chǎn)生足夠的磁通在鄰近的電路內(nèi)感應(yīng)出很大的電動勢，這對于架設(shè)在高壓電力線路附近的通訊線路或鐵道訊號系統(tǒng)等會產(chǎn)生重大影響。2 數(shù)學(xué)模型在電力系統(tǒng)的電氣計算中，常用等值電路來描述系統(tǒng)元件的特性。電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)基本上是三相對稱的或者可化為三相對稱的，因此，等值電路中的參數(shù)是計及了其余兩相影響的的一相等值參數(shù)。2.1架空輸電線的等值電路和參數(shù)設(shè)有長度為L的輸電線路，其參數(shù)沿線均勻分布單位長度的阻抗和導(dǎo)納分別為, 。在距末端x處取一段dx，可作出等值電路如圖2.1所示。在正弦電壓下處于穩(wěn)態(tài)時，x=L時，可得到線路首端電壓和電流與線路末端電壓和電流的關(guān)系如下：（2-1），（2-2）稱為線路的傳

11、播常數(shù)，稱為線路的波阻抗。對于高壓架空線路，略去電阻和電導(dǎo)時，便有（2-3）將上述方程通網(wǎng)絡(luò)的通用方程：(2-4) 相比較，若取輸電線路就是對稱的無源二端口網(wǎng)絡(luò)，并可用對稱的等值電路來表示，實際計算中大多采用型等值電路，如圖2.2所示：令分別代表全線的總阻抗和總導(dǎo)納，則：(2-5)式中由此可見，將全線的總阻抗Z和總導(dǎo)納分別乘以修正系數(shù)，便可得型等值電路的精確參數(shù)。2.2變壓器等值電路和參數(shù)變壓器的參數(shù)一般指其等值電路，見圖2.3中的電阻、電抗、電導(dǎo)和電納。變壓器的變比也是一個參數(shù)。變壓器的前四個參數(shù)可以從出廠銘牌上代表電氣特性的四個數(shù)據(jù)計算得到。這四個數(shù)據(jù)時短路損耗，短路電壓，空載損耗，空載電

12、流。前兩個數(shù)據(jù)由短路試驗得到，后兩個數(shù)據(jù)由空載試驗得到。 變比 (2-5)圖2.4變壓器型等值電路變壓器型等值電路如圖2.4所示,變壓器阻抗=是折算到原方的值，K=是變壓器的變比。變壓器型等值電路中三個阻抗（導(dǎo)納）都與變比K有關(guān)，型的兩個并聯(lián)支路的阻抗（導(dǎo)納）的符號總是相反的。三個支路阻抗之和等于零。2.3發(fā)電機(jī)等值電路實際的凸極機(jī)被表示為具有電抗和電勢的等值隱極電機(jī)，如圖2.5所示： 在實際計算中往往是已知發(fā)電機(jī)的端電壓和電流(或功率)，要確定空載電勢3 對稱分量法對稱分量法是分析不對稱故障的常用方法，根據(jù)不對稱分量法，一組不對稱的三相量可以分解為正序、負(fù)序和零序三相對稱的三相量。3.1不對

13、稱三相量的分解在三相電路中，對于任意一組不對稱的三相量（電流或電壓），可以分解為三相三組對稱的相量，當(dāng)選擇a相作為基準(zhǔn)時，三相相量與其對稱分量之間的關(guān)系(如電流)為：（3-1）式中運算子且有；分別為a相電流的正序、負(fù)序和零序分量并且有： （3-2）當(dāng)已知三相補(bǔ)對稱的相量時，可由上式求得各序?qū)ΨQ分量，已知各序?qū)ΨQ分量時，也可以求出三相不對稱的相量，即(3-3)展開（3-3）并計及（3-2）有（3-4）電壓的三相相量與其對稱分量之間的關(guān)系也與電流一樣。3.2對稱分量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用現(xiàn)以圖3.1所示簡單系統(tǒng)為例來說明應(yīng)用對稱分量法計算不對稱短路的一般原理。一臺發(fā)電機(jī)接于空載輸電線路，發(fā)電機(jī)

14、中性點經(jīng)阻抗接地。在線路某處f點發(fā)生單相（例如a相）短路，使故障點出現(xiàn)了不對稱的情況。a相對地阻抗為零（不計電弧等電阻），a相對地電壓=0，而b、c兩相的電壓。此時，故障點以外的系統(tǒng)其余部分的參數(shù)（指阻抗）任然是對稱的?，F(xiàn)在在原短路點人為地接入一組三相不對稱的電勢源，電勢源的各相電勢與上述各相不對稱電壓大小相等、方向相反，(如圖3.2)。這種情況與發(fā)生不對稱故障時等效的，也就是說，網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生的不對稱故障，可以用在故障點接入一組不對稱的電勢源來代替。這組不對稱的電勢源可分解為正序、負(fù)序和零序三組對稱分量，根據(jù)疊加原理，簡化為各序的一相等值網(wǎng)絡(luò)，(如圖3.3)。注意，在一相得零序網(wǎng)絡(luò)中，中性點接地

15、阻抗必須增大為三倍。這是因為接地阻抗上的電壓降是由三倍的一相零序電流產(chǎn)生的，從等值觀點看，也可以認(rèn)為是一相零序電流在三倍中型電阻抗上產(chǎn)生的壓降。雖然實際的電力系統(tǒng)接線復(fù)雜，發(fā)電機(jī)的數(shù)目也很多，但通過網(wǎng)絡(luò)化簡，任然可以得到與以上相識的的各序電壓方程式（如圖3.4）。（3-5）式中，為正序網(wǎng)絡(luò)中相對于短路點的戴維南等值電勢，分別為正序、負(fù)序和零序網(wǎng)絡(luò)中的短路點電流的輸入阻抗，分別為短路點電流的正序、負(fù)序和零序分量，分別為短路點電壓的正序、負(fù)序和零序分量。3.3變壓器的各零序等值電路變壓器的一相繞組表征了一相原、副方繞組間的電磁關(guān)系。不論變壓器通以哪一序的電流，都不會改變一相原、副方繞組間的電磁關(guān)系

16、，因此變壓器的正序、負(fù)序和零序等值電路具有相同的形狀。（圖3.5為不計繞組電阻和鐵芯損耗時變壓器的零序等值電路）1）變壓器的正序、負(fù)序的等值電路及其參數(shù)完全相同。2）變壓器的零序等值電路取決于零序電流的流通路徑，因零序電流需經(jīng)過大地才能流通，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(guān)（見圖3.5）：a、 當(dāng)外電路向變壓器某側(cè)三相繞組施加零序電壓時，只有中性點接地的星型接法（用YN表示）繞組才能與外電路接通b、 當(dāng)變壓器繞組具有零序電勢（由另一側(cè)繞組的零序電流感生的）時，也只有中性點接地的YN接法才能與外電路接通。至于能否在外電路產(chǎn)生零序電勢，則應(yīng)由外電路元件是否提供零序電流的通路決定。c

17、、 在三角形接法的繞組中，繞組的零序電勢雖然不能作用到外電路去，但能在三相繞組中產(chǎn)生零序環(huán)流。此時，零序電勢將被零序環(huán)流在繞組漏抗上的電壓降所平衡，繞組兩端電壓為零。這種情況，與變壓器繞組短接是等效的。因此，在等值電路中該側(cè)繞組端點接零序等值中性點（等值中性點與地同電位時則接地）。當(dāng)中性點經(jīng)阻抗接地YN接法通過零序電流時，中性點接地阻抗上將流過三倍電流，并且產(chǎn)生相應(yīng)的電壓降，使中性點與地不同電位。因此，在單相零序等值電路中，應(yīng)將中性點接地阻抗增大為三倍，并同它所接入的該側(cè)繞組的漏抗相串聯(lián)。4 兩相短路接地的分析應(yīng)用對稱分量法分析兩相短路接地，可以寫出各序網(wǎng)絡(luò)故障點的電壓方程式（3-4），當(dāng)網(wǎng)絡(luò)

18、的各元件都只用電抗表示時，上述方程可以寫成(4-1)式中，即是短路點發(fā)生前故障點的電壓。這三個方程式包含了6個未知量，因此，還必須有兩相短路接地的邊界條件寫出另外三個方程。兩相（b相和c相）短路接地時故障處的情況（如圖4.1）。故障處的邊界條件為: 用序分量表示的邊界條件為：(4-2)由（4-1）和（4-2）可以得到（4-3）短路點故障相得電流為（4-4）根據(jù)上式可以得到兩相短路接地時故障相電流的絕對值為（4-5）短路點非故障相電壓為 （4-6）選取和，計算各元件的參數(shù)標(biāo)幺值制定系統(tǒng)的各序等值網(wǎng)絡(luò)求各序的對短路點的輸入點抗和正序的等值電勢根據(jù)邊界條件作出復(fù)合序網(wǎng)求得各序的電流和電壓以及各相的電流和電壓5 兩相短路接地的計算流程