不對(duì)稱(chēng)短路計(jì)算與分析

1、題目：電力系統(tǒng)不對(duì)稱(chēng)短路計(jì)算與分析初始條件:系統(tǒng)接線如以下圖，線路f處發(fā)生金屆性B、C相接地短路。已知各元件參數(shù)為:發(fā)電機(jī)G:Sn=60MVA,V=10.5KV,X=0.2,X2=0.25,E=11KM變壓器T-1:Sn=60MVA,Vs=10.5,Kti=10.5/115kV;變壓器T-2:Sn=60MVA,Vs=10.5,Kt2=115/10.5kV;線路L:長(zhǎng)L=90km,Xi=0.4Q/km,X01；負(fù)荷LD:SLd=40MVAX1=1.2,X2=0.35。T1L/簞X*K10+w要求完成的主要任務(wù)：選取基準(zhǔn)功率Sb=60MVA,基準(zhǔn)電壓為平均額定電壓，要求:1制定正、負(fù)、零序網(wǎng)，計(jì)算

2、網(wǎng)絡(luò)各兀件序參數(shù)標(biāo)幺值。2計(jì)算各序組合電抗及電源組合電勢(shì)并繪制復(fù)合序網(wǎng)。3計(jì)算短路點(diǎn)的入地電流有名值和A相電壓有名值。4計(jì)算短路時(shí)發(fā)電機(jī)側(cè)線路流過(guò)的各相電流有名值。時(shí)間安排：指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任或責(zé)任教師簽名：年月目錄摘要I.1設(shè)計(jì)內(nèi)容1初始條件1.設(shè)計(jì)要求1.設(shè)計(jì)分析1.2電力系統(tǒng)短路及其計(jì)算的基本概念3短路原因及后果.3.短路的類(lèi)型3.短路計(jì)算的目的4.3電力系統(tǒng)元件的序阻抗和等值電路5對(duì)稱(chēng)分量法的應(yīng)用.5.序阻抗5.序阻抗的基本概念5.同步發(fā)電機(jī)的序阻抗6.輸電線路的序阻抗6.變壓器的序阻抗Z.綜合負(fù)荷的序阻抗7.各序網(wǎng)路的等值電路8.4兩相短路接地故障的分析與計(jì)算9正序等效定則9

3、.兩相短路接地9.5計(jì)算和分析11制定正、負(fù)、零序網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)各兀件序參數(shù)標(biāo)幺值11計(jì)算各序組合電抗及電源組合電勢(shì)并繪制復(fù)合序網(wǎng)12計(jì)算短路點(diǎn)的入地電流有名值和A相電壓有名值14計(jì)算短路時(shí)發(fā)電機(jī)側(cè)線路流過(guò)的各相電流有名值錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。6總結(jié)與心得錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。7參考文獻(xiàn)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。摘要電力系統(tǒng)規(guī)模日益龐大，結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜。在日常運(yùn)行過(guò)程中時(shí)常會(huì)發(fā)生故障.并且以不對(duì)稱(chēng)短路故障居多。因此不對(duì)稱(chēng)短路故障分析與計(jì)算對(duì)于電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有非常重要的意義。本次課程設(shè)計(jì)，針對(duì)不對(duì)稱(chēng)短路故障中的兩相短路接地故障，運(yùn)用對(duì)稱(chēng)分量法和正序等效定則，作出各序等值網(wǎng)絡(luò)和復(fù)合序網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算和分析發(fā)生故障

4、后的短路電流、電力系統(tǒng)其他部分的電流、電壓的分布情況。關(guān)鍵詞：兩相短路接地短路電流序網(wǎng)絡(luò)對(duì)稱(chēng)分量法正序等效定則電力系統(tǒng)不對(duì)稱(chēng)短路計(jì)算與分析1設(shè)計(jì)內(nèi)容初始條件系統(tǒng)接線如圖1-1,線路f處發(fā)生金屆性B、C相接地短路。已知各元件參數(shù)為：發(fā)電機(jī)G:Sn=60MVA,Vn,Xd=0.2,X,E=11KV變壓器T-1:Sn=60MVA,Vs，KTi/115kV;變壓器T-2:Sn=60MVA,Vs，Kt2;線路L:長(zhǎng)L=90km,X1/km,X01;負(fù)荷LD:Sld=40MVA,Xi,X2。圖1-1系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì)要求選取基準(zhǔn)功率Sb=60MVA,基準(zhǔn)電壓為平均額定電壓，要求：1制定正、負(fù)、零序網(wǎng)，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)

5、各兀件序參數(shù)標(biāo)幺值。2計(jì)算各序組合電抗及電源組合電勢(shì)并繪制復(fù)合序網(wǎng)。3計(jì)算短路點(diǎn)的入地電流有名值和A相電壓有名值。4計(jì)算短路時(shí)發(fā)電機(jī)側(cè)線路流過(guò)的各相電流有名值。設(shè)計(jì)分析1首先選定基準(zhǔn)功率?=60?=禍?將電力系統(tǒng)中的各個(gè)元件的參數(shù)都轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一基準(zhǔn)值下的標(biāo)幺值參數(shù)。應(yīng)當(dāng)注意，發(fā)電機(jī)、輸電線路和綜合負(fù)載的正序、負(fù)序的阻抗值不同，而變壓器的正序、負(fù)序和零序的阻抗值都相同。2然后依次做出正序、負(fù)序和零序的序網(wǎng)絡(luò)。發(fā)電機(jī)只產(chǎn)生正序電流，因此只在正序網(wǎng)絡(luò)中存在電源點(diǎn)？?而在負(fù)序和零序中都不存在；正序和負(fù)序網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)該包含所有元件的相應(yīng)序阻抗，除了中性點(diǎn)接地阻抗、空載線路以及空載變壓器1。零序網(wǎng)絡(luò)中，變壓器

6、只有中性點(diǎn)接地的星形接法繞組才能與外電路接通；在三角形接法的繞組中，繞組的零序電勢(shì)雖然不能作用到外電路去，但能在三相繞組中形成零序環(huán)流，因此，在等值電路中三角形繞組端點(diǎn)接零序等值中性點(diǎn)等值中性點(diǎn)與地同電位時(shí)則相當(dāng)丁接地。3等值序網(wǎng)絡(luò)作出后，可以根據(jù)Y-D變換、阻抗的申并聯(lián)、戴維南定律等方法，將復(fù)雜的序網(wǎng)絡(luò)變換成簡(jiǎn)單的二端口網(wǎng)絡(luò)，便可得到各序阻抗和等值電勢(shì)？?再將簡(jiǎn)化后的三序網(wǎng)絡(luò)按照兩相短路接地的并聯(lián)順序連接成復(fù)合序網(wǎng)絡(luò)。4根據(jù)正序等效定則，算出附加電抗？?1,1）和比例系數(shù)？W，1）。利用公式便可以計(jì)算得到A相正序電流？?（1再計(jì)算可以計(jì)算得到短路點(diǎn)的入地電流和A相的電壓值和發(fā)電機(jī)側(cè)的各相電流

7、值。2電力系統(tǒng)短路及其計(jì)算的基本概念短路原因及后果短路是電力系統(tǒng)的嚴(yán)重故障。所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或相與地發(fā)生通路的情況。電力系統(tǒng)短路的原因有很多，主要有：電氣設(shè)備載流部分絕緣損壞；操作人員違反安全操作規(guī)程而發(fā)生誤操作；鳥(niǎo)獸跨越在裸露的相線之間或相線與接地物體之間，或咬壞設(shè)備、導(dǎo)線絕緣。隨著短路類(lèi)型、發(fā)生地點(diǎn)和持續(xù)時(shí)間的不同，短路的后果可能只破壞局部地區(qū)的正常供電，也可能威脅整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。短路的危害主要有以下幾方面：1短路時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大電動(dòng)力和很高溫度，使短路電路中元件受到損壞和破壞，甚至引發(fā)火災(zāi)事故。2短路時(shí)，電路的電壓驟降，將嚴(yán)重影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。3短路時(shí)保護(hù)裝置動(dòng)

8、作，將故障電路切除，從而造成停電，而且短路點(diǎn)越靠近電源，停電范圍越大，造成的損失也越大。4嚴(yán)重的短路要影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，可使并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組失去同步，造成系統(tǒng)解列。5不對(duì)稱(chēng)短路將產(chǎn)生較強(qiáng)的不平衡交變電磁場(chǎng)，對(duì)附近的通信線路、電子設(shè)備等產(chǎn)生電磁干擾，影響其正常運(yùn)行，甚至發(fā)生誤動(dòng)作。短路的類(lèi)型在三相系統(tǒng)中，有可能發(fā)生的短路可以分為兩大類(lèi)型：對(duì)稱(chēng)短路和不對(duì)稱(chēng)短路。其中，三相短路屆丁對(duì)稱(chēng)短路；單相接地短路、兩相短路和兩相短路接地屆丁不對(duì)稱(chēng)短路2。各個(gè)短路類(lèi)型的示意圖如圖2-1所示。圖2-1(a)三相短路圖2-1(b)單相接地短路圖2-1(c)兩相短路圖2-1(d)兩相短路接地短路計(jì)算的目的短

9、路是電力系統(tǒng)最常見(jiàn)、并且對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響的故障。在發(fā)電廠和變電所電氣設(shè)計(jì)中，短路電流計(jì)算是其中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。其計(jì)算的目的的主要有以下幾個(gè)方面：(1) 在選擇電氣主接線時(shí)，為了比較各種接線方案，或確定某一接線是否需要采用限制短路電流的措施，均需進(jìn)行必要的短路電流計(jì)算。(2) 在選擇電氣設(shè)備時(shí)，為了保證設(shè)備在正常運(yùn)行和故障狀況下都能安全、可靠的工作同時(shí)乂力求節(jié)約資金，這就需要按短路情況進(jìn)行全面校驗(yàn)。(3) 在設(shè)計(jì)屋外高壓配電裝置時(shí)，需按短路條件校驗(yàn)軟導(dǎo)線相問(wèn)和相對(duì)地安全距離。(4) 在選擇繼電保護(hù)方式和進(jìn)行整定計(jì)算，需以各種短路時(shí)的短路電流為依據(jù)。接地裝置的設(shè)計(jì)，也需用短路電流3電力系

10、統(tǒng)元件的序阻抗和等值電路對(duì)稱(chēng)分量法的應(yīng)用對(duì)稱(chēng)分量法是分析不對(duì)稱(chēng)故障的常用方法，根據(jù)對(duì)稱(chēng)分量法，一組不對(duì)稱(chēng)的三相量可以分解為正序、負(fù)序和零序三相對(duì)稱(chēng)的三相量3。在三相電路中，對(duì)丁任意一組不對(duì)稱(chēng)的三相相量，可以分解為三組對(duì)稱(chēng)的相量，一般選擇A相作為基準(zhǔn)相時(shí)，三相量與對(duì)稱(chēng)分量之間的關(guān)系為：?(1)1?戮(2)=§1?洌式中的？?(1)、？?(2)、？?(0)分別叫做A相的正序、負(fù)序和零序電流。并且B、C相各序的電流值有如下的關(guān)系：?(1)=?(1);?(1)=?(?)?(2)=?(2)；?(2)=?(2)?(0)=?(0)=?(0)根據(jù)以上的式子，可以作出三相量的三組對(duì)稱(chēng)分量，如圖3-1所

11、示。Ia(1)IbIbIcIaIC(2)Ia(0)Ib(0)IC(0)圖3-1三相量的對(duì)稱(chēng)分量序阻抗所謂元件的序阻抗，是指元件三相參數(shù)對(duì)稱(chēng)時(shí)，元件兩端某一序的電壓降與通過(guò)該元件同一序電流的比值，即?(?)=?(1)?1)?(?)=?(2)?2)?(?)=?(0)?0)其中?)、?(?)、?(0)分別稱(chēng)為該元件正序、負(fù)序和零序阻抗。電力系統(tǒng)中，各序阻抗可能相同，如變壓器等；也可能不盡相同，如輸電線路和負(fù)載等，具體應(yīng)該視具體情況而*7£o同步發(fā)電機(jī)的序阻抗同步發(fā)電機(jī)在對(duì)稱(chēng)運(yùn)行時(shí)，只有正序電勢(shì)和正序電流，這時(shí)的電機(jī)參數(shù)都是正序參數(shù)，如？務(wù)、？務(wù)、？、？2、？?都是同步發(fā)電機(jī)的正序電抗。然而

12、因?yàn)楫?dāng)系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱(chēng)短路時(shí)，包括發(fā)電機(jī)在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的電磁現(xiàn)象是相當(dāng)復(fù)雜的，因此，同步發(fā)電機(jī)的負(fù)序和零序參數(shù)的分析變得非常復(fù)雜4。在短路的實(shí)用計(jì)算中，同步發(fā)電機(jī)的負(fù)序電抗可以認(rèn)為與短路的種類(lèi)無(wú)關(guān)，有阻尼繞組的同步發(fā)電機(jī)的負(fù)序阻抗??？拚日？的算數(shù)平均值，即i_一？(？)=2(？+？物對(duì)丁無(wú)阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)，常??？拚日？如勺幾何平均值，即？(2)=53料而零序電抗的變化范圍大約為？G)=(0.150.6)？。當(dāng)沒(méi)有確切數(shù)值時(shí)，可以取表3-1中的典型值。表3-1同步發(fā)電機(jī)負(fù)序和零序電抗的典型值水輪機(jī)同步調(diào)相機(jī)大電機(jī)類(lèi)型汽輪機(jī)型同步發(fā)電機(jī)無(wú)阻尼有阻尼？(2)？(0)輸電線路的正、負(fù)序阻抗及等值電路

13、完全相同。因?yàn)槟骋粭l輸電線路的固有參數(shù)是不變的，因此一般情況下可以根據(jù)輸電線的長(zhǎng)度、單位長(zhǎng)度線路的電阻和電抗的大小可以得到正、負(fù)序阻抗。而輸電線路的零序阻抗因架設(shè)的方式改變而改變，當(dāng)輸電線路通過(guò)零序電流時(shí)，由丁三相零序電流大小相等、相位相同，因此必須借助大地及架空地線來(lái)構(gòu)成零序電流的通路，這樣導(dǎo)致架空線路零序阻抗與電流在地中的分布有關(guān)，準(zhǔn)確計(jì)算零序阻抗非常的困難。在計(jì)算精度要求不是特別嚴(yán)格的短路電流實(shí)用計(jì)算中，近似地可以用用以下計(jì)算輸電線路每回路的等值等效零序電抗。無(wú)架空地線的單回線路：？宙)=3.5？)有鋼質(zhì)架空地線的單回線路：？而=3?(?)有良導(dǎo)體架空地線的單回線路：?)=2?)無(wú)架空地

14、線的雙回線路：?)=5.5?)有鋼質(zhì)架空地線的雙回線路：?0)=4.7?)變壓器中參數(shù)不僅同變壓器的結(jié)構(gòu)有關(guān)，有的參數(shù)也同所通電流的序別有關(guān)。變壓器的正序、負(fù)序和零序等值電路具有相同的形狀，并且他們的等值電阻也是相等的。變壓器的零序等值電路如圖3-2所示。-Y¥.jxIjjxnjXm(0)圖3-2變壓器零序等值電路變壓器的零序等值電路與外電路是否相連，取決丁變壓器繞組的接法，分以下三種情況：1變壓器只有中性點(diǎn)接地的星形接法繞組才能與外電路接通；并且對(duì)丁中性點(diǎn)有接地阻抗的，應(yīng)該將3倍的接地阻抗申聯(lián)接在線路中；2變壓器是星形接法的，應(yīng)該將變壓器與外電路斷開(kāi)，因?yàn)檫@種情況下它不能將零序電勢(shì)

15、施加到外電路上去并提供零序電流的通路,等值電路中該繞組斷點(diǎn)與外電路斷開(kāi)。3變壓器的三角形接法繞組中，繞組的零序電勢(shì)雖然不能作用到外電路中去，但是能在三相繞組中形成零序環(huán)流。因此在等值電路中該側(cè)繞組端點(diǎn)接零序等值中性點(diǎn)，假設(shè)等值中性點(diǎn)與地同電位時(shí)則相當(dāng)丁接地。電力系統(tǒng)負(fù)荷主要是工業(yè)負(fù)荷，大多數(shù)工業(yè)負(fù)荷是異步電動(dòng)機(jī)。在實(shí)際計(jì)算中，對(duì)丁不同的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)綜合負(fù)荷有不同的計(jì)算方法5。在對(duì)精度要求不高情況下，實(shí)用計(jì)算中,負(fù)荷的正序阻抗通常取典型值?(i)R1.2而忽略繞組電阻和激磁電抗可得綜合負(fù)荷的負(fù)序阻抗近似等丁次暫態(tài)電抗?R0.35因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)及多數(shù)負(fù)荷常常接成三角形，或者接成不接地的星形，零序電流不

16、能流通，因此，負(fù)荷一般不建立零序等值電路。各序網(wǎng)路的等值電路當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱(chēng)短路時(shí)，對(duì)故障點(diǎn)用對(duì)稱(chēng)分量法，將不對(duì)稱(chēng)分量分解為正、負(fù)和零序的電路。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化，可以得到各序的電壓方程式?!)=?1)0-?勿)=?(2)0-?為)=?新?(0)根據(jù)序網(wǎng)方程，各序的一相等值網(wǎng)絡(luò)如圖3-3。圖3-3正序a、負(fù)序b和零序c等值網(wǎng)絡(luò)4兩相短路接地故障的分析與計(jì)算正序等效定則在簡(jiǎn)單不對(duì)稱(chēng)短路的情況下，短路點(diǎn)電流的正序分量，與在短路點(diǎn)每一相中加入附加阻抗？?)而發(fā)生三相短路時(shí)的電流相等，這成為正序等效定則6。對(duì)丁三種簡(jiǎn)單不對(duì)稱(chēng)短路時(shí)短路電流正序分量，可以統(tǒng)一寫(xiě)成問(wèn))出?)_?(1廣Zi?)?(i)+?短路點(diǎn)故

17、障處的短路電流與它的正序分量絕對(duì)值成正比D(?)_Q?)？?一？?？(1)計(jì)算短路電流要先求出各序電抗值？?(1)?(日？?(0)再根據(jù)具體的短路類(lèi)型計(jì)算附加電抗？?)和比例系數(shù)？7?)。各種簡(jiǎn)單短路時(shí)的？?)和？?)如表4-1所示表4-1簡(jiǎn)單短路時(shí)的？?)和?(?)短路類(lèi)型?)?)三相短路？學(xué))01單相接地短路？)?務(wù)?(2)+?(0)3兩相短路？劍?務(wù)?(2)提兩相短路接地2?1)?(2?(0)?務(wù)?(2)+?(0)K,?務(wù)?2)?務(wù)?)-2(?2)+?)兩相短路接地兩相短路接地時(shí)故障處的情況如圖4-1。IfbIfcfa=0故障處的三個(gè)邊界條件為?尸0,?=?=0用序量表示的邊界條件為?(

18、1)+?(2)+?(0)=0?(1)=?(2)=?(0)根據(jù)以上邊界條件組成的兩相短路接地的復(fù)合序網(wǎng)絡(luò)，可得:(1)?+?(2/?(0)?務(wù)?(0)耕?=-?(2)+?(0筍?如?o斜?/-?(2)+?如?(0)?"ccccCC?(2?(0)CC?0)=?(2)=?(0)=?(1)?(2)+?(0)根據(jù)上式及正序等效定則，故障相電流的絕對(duì)值為烈)=*-?E"2."(?2)+?新?)5計(jì)算和分析5.1制定正、負(fù)、零序網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)各元件序參數(shù)標(biāo)幺值選定基準(zhǔn)值？務(wù)=60MV.A,?=?根據(jù)初始條件，計(jì)算各元件的參數(shù)標(biāo)幺值。發(fā)電機(jī)G:?(1)=?.燈=0.2X亦=

19、76;.2?60?=?.?=0.25X60=0.25(2)2?60?11?=1.05?10.5變壓器T1:?%?10.560?1.X=0.105100?10060變壓器T1:?%?10.560?2.?X0.105?2100?10060線路L:C?C?(2)cX0.4X900.1093"(1)3,(2)311522_3?(。)=3.5X0.1090.381°?齊(2)oX0.4X90X=0.0543331151-?(0)3.5X0.0540.193負(fù)荷L-D:?？.蕓1.2X1.8()?40?.?0.35X600.525一.(2)2?40根據(jù)以上求得的元件參數(shù)標(biāo)幺值，制定正序圖5-1、負(fù)序圖5-2和零序圖5-3XG（1）Xt1-弋>_0.20.105.¥<r.0.109fvr一0.054fY0.105wN¥1.8I+.Eeq('1.05-2/3Xl1/3XlXT2XlD(1)圖5-1正序網(wǎng)絡(luò)圖5-2負(fù)序網(wǎng)絡(luò)Vf（0）5.2計(jì)算各序組合電抗及電源組合電勢(shì)并繪制復(fù)合序網(wǎng)1根據(jù)正序網(wǎng)絡(luò)，可以求得