不對稱短路故障分析與計(jì)算-課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告書題目: 不對稱短路故障分析與計(jì)算 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 0312408班 學(xué) 號： 031240868 學(xué)生姓名： - 深 藍(lán) 指導(dǎo)教師： 2015年06月05日 信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué) 號031240868學(xué)生姓名- 深 藍(lán)專業(yè)（班級）電氣0312408班設(shè)計(jì)題目不對稱短路故障分析與計(jì)算設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)1 發(fā)電機(jī)參數(shù) G1:為水電廠，額定容量110MVA，, G2、G3:為水電廠，額定容量25MVA, M:電動機(jī)（用電負(fù)載），2000KW,起動系數(shù)為6.52 變壓器T參數(shù) T1： 額定容量16MVA，一次電壓110KV，短路損耗86KW，空載損耗

2、23.5KW，阻抗電壓百分值UK%=10.5，空載電流百分值I0%=0.9。變壓器連接組標(biāo)號：Ynd11。 T2、T3：額定容量31.5MVA，一次電壓110KV，短路損耗148KW，空載損耗38.5KW，阻抗電壓百分值UK%=10.5，空載電流百分值I0%=0.8。變壓器連接組標(biāo)號：Ynd11。 T4：額定容量10MVA，一次電壓110V，短路損耗59KW，空載損耗16.5，阻抗電壓百分比UK%=10.5，空載電流百分比I0%=1.0。變壓器連接組標(biāo)號：Ynd11。3 線路參數(shù) LGJ-120：截面120，長度100km，每條線路單位長度的正序電抗，零序電抗，每條線路單位長度的對地電容 。

3、LGJ-150:截面150，長度100km，每條線路單位長度的正序電抗 ，零序電抗，每條線路單位長度的對地電容4 負(fù)載參數(shù) 容量8+6jMVA，在基準(zhǔn)容量=100MVA下，負(fù)載負(fù)序電抗標(biāo)幺值為X0（2）=0.35，零序電抗標(biāo)幺值X(0)=1.2。設(shè)計(jì)要求1. 計(jì)算短路點(diǎn)的電流。2. 計(jì)算短路點(diǎn)的沖擊電流。3. 分析短路可能產(chǎn)生的原因及危害。參考資料1 北京有色冶金設(shè)計(jì)研究總院電力室譯.工廠配電.北京:電力工業(yè)出版社,19822 蘇文成.工廠供電.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,19903 方富淇.電力系統(tǒng)分析.北京:水利電力出版社,19894 韓禎祥.電力系統(tǒng)分析.杭州:浙江大學(xué)出版社,19935 能源

4、部東北電力設(shè)計(jì)院.電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊.水利電力出版社165一168,1991年2月6 何仰贊,溫增銀,汪馥英.電力系統(tǒng)分析 M.武漢:華中理工大學(xué)出版社,2002.37 姜彤，郭志忠，陳學(xué)允.多態(tài)相分量法及其在電力系統(tǒng)感想不對稱分析中的應(yīng)用J.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2002，22（5）：7074.8 王輝.配電網(wǎng)三相短路計(jì)算J.有色冶金設(shè)計(jì)與研究，2005.12.9 陳慈萱.電氣工程基礎(chǔ)M.北京：中國電力出版社，2003.10 陳亞民.電力系統(tǒng)計(jì)算程序及其實(shí)現(xiàn)M1北京:水利電力出版社,19951龔沛曾,等Visual Basic程序設(shè)計(jì)教程M1北京:高等教育出版社,2002111 西安交

5、通大學(xué)等.電力系統(tǒng)計(jì)算M. 北京：水利電力出版社，1993.12 2015年 06 月18 日 學(xué)生姓名：- 深 藍(lán) 學(xué)號：031240868 專業(yè)（班級）： 電氣0312408班 課程設(shè)計(jì)題目： 不對稱短路故障分析與計(jì)算 成績： 指導(dǎo)教師： 年 月 日信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)成績評定表摘 要 在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，時(shí)常會發(fā)生故障，其中大多數(shù)是短路故障（簡稱短路），短路計(jì)算是電力系統(tǒng)最常用的計(jì)算之一。不論選擇、校驗(yàn)電氣設(shè)備的性能,還是繼電保護(hù)裝置的整定計(jì)算,都需要進(jìn)行短路計(jì)算。因此分析與計(jì)算不對稱短路具有非常重要意義。無論是采用面向?qū)ο蟮腣B語言實(shí)現(xiàn)短路計(jì)算,還是用MATLAB中的Simulink

6、或Simpowersystems都要熟悉基本的計(jì)算原理，本課題將通過標(biāo)幺值進(jìn)行電力系統(tǒng)的計(jì)算分析。關(guān)鍵字：電力系統(tǒng) 短路計(jì)算  標(biāo)幺值 Abstract: Short-circuit calculation is one of the most commonly used calculation in power system. No matter choose, check the performance of the electrical device, or the setting calculation of relay protection, those all needs

7、 to be carry on short-circuit calculation. Whether using the VB language of object-oriented to achieve short-circuit calculation, or using MATLAB Simulink and SimPowerSystems all needs to be familiar with the basic principle of calculation and the subject by p.u. value calculation of power system an

8、alysis.Key words: power system short-circuit calculation Per-unit value目 錄摘 要.IAbstract.II1 設(shè)計(jì)背景12 參數(shù)分析22.1 發(fā)電機(jī)參數(shù)22.2 變壓器T參數(shù)22.3 線路參數(shù)32.4 負(fù)載參數(shù)33 計(jì)算流程33.1 標(biāo)幺值計(jì)算33.1.1發(fā)電機(jī)電抗33.1.3線路電抗43.1.4負(fù)載電抗43.1.5電動機(jī)電抗（近似值）43.2帶入數(shù)值計(jì)算53.2.1發(fā)電機(jī)電抗標(biāo)幺值53.2.2變壓器電抗值標(biāo)幺值53.2.3線路電抗標(biāo)幺值53.2.4負(fù)載電抗標(biāo)幺值63.2.5電動機(jī)電抗標(biāo)幺值64等值網(wǎng)絡(luò)圖74.1正序網(wǎng)絡(luò)

9、等值圖74.2負(fù)序網(wǎng)絡(luò)等值圖74.3零序等值網(wǎng)絡(luò)圖85等值簡化86 結(jié)果分析106.1短路可能產(chǎn)生的原因106.2短路可能造成的危害106.3 短路預(yù)防10致 謝11參考文獻(xiàn)121 設(shè)計(jì)背景所謂短路，是指電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況以外的相與相之間或相與地（或中性線）之間的連接電力系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，由于系統(tǒng)的總電阻抗大為減小，因此伴隨短路所產(chǎn)生的基本現(xiàn)象是：電流劇烈增加，短路電流為正常工作電流的幾十倍甚至幾百倍，在大容量電力系統(tǒng)中發(fā)生短路時(shí)，短路電流可高達(dá)幾萬安甚至幾十萬安。在電流急劇增加的同時(shí)，系統(tǒng)中的電壓將大幅度下降。短路的原因：發(fā)生短路故障的原因主要是電氣設(shè)備載流部分的絕緣損壞。引起絕緣損壞的原因

10、各種形式的過壓（例如遭到雷擊）、絕緣材料的自然老化、直接的機(jī)械損傷等。絕緣的破壞在大多數(shù)情況下是由于沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除設(shè)備中的缺陷，以及設(shè)計(jì)安裝和運(yùn)行維護(hù)不良所致。運(yùn)行人員帶負(fù)荷拉刀閘或者檢修后未拆除地線加上電壓等誤操作，也會引起短路故障。短路對電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和電氣設(shè)備有很大的危害，引起的后果是破壞性的，具體表現(xiàn)在：（1）短路點(diǎn)的電弧有可能燒壞電氣設(shè)備，同時(shí)很大的短路電流通過設(shè)備會使發(fā)熱增加，當(dāng)短路持續(xù)時(shí)間較長時(shí)，可能使設(shè)備過熱而損壞；（2）很大的短路電流通過導(dǎo)體時(shí)，要引起導(dǎo)體間很大的機(jī)械應(yīng)力，有可能使設(shè)備變形或遭到不同程度的破壞。（3）短路時(shí)，系統(tǒng)電壓大幅度下降，對用戶工作影響很大（4）

11、發(fā)生接地短路時(shí)，會產(chǎn)生不平衡電流及磁通，將在領(lǐng)近的平行線路內(nèi)感應(yīng)出很大的電動勢。（5）短路發(fā)生后，有可能使并列運(yùn)行發(fā)電機(jī)組失去同步，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定，使電力系統(tǒng)瓦解，引起大片地區(qū)的停電。電力系統(tǒng)短路可分為三相短路、單相接地短路、兩相短路和兩相接地短路等。三相短路的三相回路依舊是對稱的，故稱為對稱短路。 其他的幾種短路的三相回路均不對稱，故稱為不對稱短路。電力系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，單相短路占大多數(shù)，上述短路均是指在同一地點(diǎn)短路，實(shí)際上也可能在不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生短路，例如兩相在不同地點(diǎn)接地短路。由于在電力系統(tǒng)中短路電流計(jì)算比較復(fù)雜，所以這次我們選擇簡單的單相接地短路進(jìn)行計(jì)算分析，不僅可以為今后的

12、學(xué)習(xí)、工作和生產(chǎn)提供一定的理論幫助，并且還可以鞏固對電力線路短路的理解，為今后遇到相應(yīng)的故障時(shí)能快速有效的解決。同時(shí)通過對不對稱短路電流計(jì)算我們可以：（1）選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備；（2）進(jìn)行繼保裝置和自動裝置的選型與整定計(jì)算；（3）分析電力系統(tǒng)的故障及穩(wěn)定性能；（4）選擇限制短路電流的措施；（5）確定電力線路對通信線路的影響。2 參數(shù)分析2.1 發(fā)電機(jī)參數(shù)G1:為水電廠，額定容量110MVA，,G2、G3:為水電廠，額定容量25MVA,M:電動機(jī)（用電負(fù)載），2000KW,起動系數(shù)為6.52.2 變壓器T參數(shù)T1： 額定容量16MVA，一次電壓110KV，短路損耗86KW，空載損耗23.5KW，阻

13、抗電壓百分值UK%=10.5，空載電流百分值I0%=0.9。變壓器連接組標(biāo)號：Ynd11。T2、T3：額定容量31.5MVA，一次電壓110KV，短路損耗148KW，空載損耗38.5KW，阻抗電壓百分值UK%=10.5，空載電流百分值I0%=0.8。變壓器連接組標(biāo)號：Ynd11。T4：額定容量10MVA，一次電壓110V，短路損耗59KW，空載損耗16.5，阻抗電壓百分比UK%=10.5，空載電流百分比I0%=1.0。變壓器連接組標(biāo)號：Ynd11。2.3 線路參數(shù)LGJ-120：截面120，長度100km，每條線路單位長度的正序電抗，零序電抗，每條線路單位長度的對地電容 。LGJ-150:截面

14、150，長度100km，每條線路單位長度的正序電抗 ，零序電抗，每條線路單位長度的對地電容2.4 負(fù)載參數(shù)容量8+6jMVA，在基準(zhǔn)容量=100MVA下，負(fù)載負(fù)序電抗標(biāo)幺值為X0（2）=0.35，零序電抗標(biāo)幺值X(0)=1.2。3 計(jì)算流程3.1 標(biāo)幺值計(jì)算3.1.1發(fā)電機(jī)電抗 （1）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），單位； ：發(fā)電機(jī)的額定有功功率，單位MW; ：發(fā)電機(jī)額定有功功率因數(shù)。 3.1.2 變壓器電抗 （2）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 （3）式中 %：變壓器阻抗電壓百分?jǐn)?shù)； ：基準(zhǔn)容量

15、，單位MVA 、：變壓器銘牌參數(shù)給定額定容量，MVA、額定電壓單位KV； ：基準(zhǔn)電壓取平均電壓，單位KV。3.1.3線路電抗 (4)式中 ：線路單位長度電抗； ：線路長度,單位km； ：基準(zhǔn)容量，單位MVA； ：輸電線路額定平均電壓，基準(zhǔn)電壓，單位KV。注意：因?yàn)?，所以?.1.4負(fù)載電抗 （5）式中 U：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。3.1.5電動機(jī)電抗（近似值） cos （6）式中 ：設(shè)定的基準(zhǔn)容量，單位MVA； ：電動機(jī)額定的有功功率，單位MW； ：電動機(jī)額定有功功率因數(shù)。3.2帶入數(shù)值計(jì)算3.2.1發(fā)電機(jī)電抗標(biāo)幺值由公式（1）得；正序電抗標(biāo)幺值等

16、于負(fù)序電抗標(biāo)幺值等于零序電抗標(biāo)幺值即：3.2.2變壓器電抗值標(biāo)幺值由公式（2）得 6；正序電抗標(biāo)幺值等于負(fù)序電抗標(biāo)幺值等于零序電抗標(biāo)幺值即：3.2.3線路電抗標(biāo)幺值 由公式（4）得； ；正序電抗標(biāo)幺值等于負(fù)序電抗標(biāo)幺值等于零序電抗標(biāo)幺值的三分之一即：；3.2.4負(fù)載電抗標(biāo)幺值由公式（5）得；負(fù)載負(fù)序電抗標(biāo)幺值為，零序電抗標(biāo)幺值。3.2.5電動機(jī)電抗標(biāo)幺值由公式（6）得；（1）由于異步電動機(jī)定子繞組是星形或三角接法，零序電流不能通過異步電動機(jī)，零序電抗無限大。（2）異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)對稱，負(fù)序電流通過時(shí)，雖然定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相反，轉(zhuǎn)差為2s，由于磁路與正序一樣，故負(fù)序電抗等于次暫態(tài)電抗。正

17、序電抗標(biāo)幺值等于負(fù)序電抗標(biāo)幺值，零序電抗標(biāo)幺值為窮大即： ；對下標(biāo)的說明：各元件下標(biāo)括號外的數(shù)字表示為第幾個(gè)原件，括號內(nèi)的數(shù)字1,2,0分別表示正序，負(fù)序，零序。例如：。4等值網(wǎng)絡(luò)圖4.1正序網(wǎng)絡(luò)等值圖4.2負(fù)序網(wǎng)絡(luò)等值圖4.3零序等值網(wǎng)絡(luò)圖5等值簡化短路點(diǎn)正序標(biāo)幺值為：短路點(diǎn)負(fù)序標(biāo)幺值為：短路點(diǎn)零序標(biāo)幺值為：不對稱短路的短路電流正序分量標(biāo)幺值：短路電流的標(biāo)幺值：短路電流的幅值：短路沖擊電流幅值：短路點(diǎn)非故障相對地電壓：b相 ：c相 ：6 結(jié)果分析6.1短路可能產(chǎn)生的原因電力系統(tǒng)產(chǎn)生短路的主要原因是供電系統(tǒng)中的絕緣被破壞。在絕大多數(shù)情況下,電力系統(tǒng)的絕緣的破壞是由于未及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除設(shè)備中的缺陷

18、和維護(hù)不當(dāng)所成的。例如過電壓、直接雷擊、絕緣材料的老化、絕緣配合不當(dāng)和機(jī)械損壞等,運(yùn)行人員錯(cuò)誤操作,如帶負(fù)荷斷開隔離開關(guān)或檢修后未撤接地線就合斷路器等;設(shè)備長期過負(fù)荷,使絕緣加速老化或破壞;小電流系統(tǒng)中一相接地,未能及時(shí)消除故障;在含有損壞絕緣的氣體或固體物質(zhì)地區(qū)。此外在電力系統(tǒng)中的某些事故也可能直接導(dǎo)致短路,如電桿倒塌、導(dǎo)線斷線等也會造成短路。6.2短路可能造成的危害短路電流所產(chǎn)生的電動力能形成很大的破壞力,如果導(dǎo)體和它們的支架不夠堅(jiān)固,可能遭到難以修復(fù)的破壞,短路時(shí)由于很大的短路電流流經(jīng)過網(wǎng)路阻抗,必將使網(wǎng)路產(chǎn)生很大的電壓損失。另外,短路類型如果是金屬性短路,短路點(diǎn)電壓為零,短路點(diǎn)以上各處

19、的電壓也要相應(yīng)降低很多,一旦電壓低于額定電壓太多的時(shí)候就會使供電受到嚴(yán)重影響或被迫中斷,若在發(fā)電廠附近發(fā)生短路,還可能使全電力系統(tǒng)運(yùn)行解列,引起嚴(yán)重后果。接地短路時(shí),接地相出現(xiàn)的短路電流為不平衡電流,該電流所產(chǎn)生的磁通將對鄰近平行的通訊線路感應(yīng)出附加電勢,干擾通訊,嚴(yán)重時(shí),將危及通訊設(shè)備和人身的安全。為了限制發(fā)生短路時(shí)所造成的危害和故障范圍的擴(kuò)大,需要在供電系統(tǒng)中加裝保護(hù),以便在故障發(fā)生時(shí),自動而快速地切斷故障部分,以保障系統(tǒng)安全正常運(yùn)行,這就需要我們準(zhǔn)確的計(jì)算短路電流的大小。6.3 短路預(yù)防系統(tǒng)中的短路事故是人們竭力避免而又不能絕對避免的事故,對于已投入運(yùn)行的變壓器,首先應(yīng)配備可靠的供保護(hù)系

20、統(tǒng)使用的直流電源,并保證保護(hù)動作的正確性。結(jié)合目前運(yùn)行中變壓器杭外部短路強(qiáng)度較差的情況,對于系統(tǒng)短路跳閘后的自動重合或強(qiáng)行投運(yùn),應(yīng)看到其不利的因素,否則有時(shí)會加劇變壓器的損壞程度,甚至失去重新修復(fù)的可能。目前己有些運(yùn)行部門根據(jù)短路故障是否能瞬時(shí)自動消除的概率,對近區(qū)架空線或電纜線路取消使用重合問,或者適當(dāng)延長合間間隔時(shí)間以減少因重合閘不成而帶來的危害,并且應(yīng)盡量對短路跳閘的變壓器進(jìn)行試驗(yàn)檢查。致 謝在本次電力系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)中，在老師悉心的指導(dǎo)與幫助以及各位組員的共同努力下，終于在規(guī)定時(shí)間內(nèi)成功完成，在此，謹(jǐn)向老師表示衷心的感謝！向各個(gè)組員表示真誠的謝意！ 在本次設(shè)計(jì)中，我們組的任務(wù)是對單相接地短路進(jìn)行電流計(jì)算和結(jié)果分析。通過各