三相短路電流計算-課程設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上課程設計 三相短路電流計算的研究學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 2013.1.18目錄摘要 1第一章 引言 2第二章 三相短路電流計算原理 22.1基本假設22.2標幺值22.3元件的電抗標么值的計算32.4短路電流計算的步驟42.5短路電流計算的方法4第三章 三相短路電流計算過程63.1參數整理63.2最大運行方式下（即G1、G2、G3同時運行），當開關K打開時 93.3最大運行方式下（即G1、G2、G3同時運行），當開關K閉合時133.4最小運行方式下（即G2運行，G1、G3停機），當開關K打開時173.5最小運行方式下（即G2運行，G1、G3停機）

2、，當開關K閉合時203.6四種情況下短路電流匯總 23第四章 設計總結 24專心-專注-專業(yè)摘要：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計算作簡化處理，將電路轉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。關鍵詞：電力系統(tǒng)，三相短路，等值電路，電抗，標幺值第一章 引言：在電力系統(tǒng)中，短路是最常見而且對電力系統(tǒng)運行產生嚴重影響的故障。所謂短路是指相與相或相與地之間直接金屬性連接。短路種類主要有三相短路、兩相短路、單相接地短路和兩相接地短路等四種。三相短路屬對

3、稱短路，其它屬不對稱短路。發(fā)生短路的原因有多種，如設備或裝置存在隱患、設備或裝置存在隱患、自然災害。短路發(fā)生后，短路電流在設備中產生巨大的的電動力，可能引起設備變形、扭曲、斷裂。短路電流通常比正常工作電流大幾十倍。導體的發(fā)熱量與電流的平方成正比，使設備溫度急劇上升，可能導致設備短時過熱。不僅燒壞設備，還可能傷及工作人員。短路電流通過線路時在周圍產生交變的電磁場。特別是不對稱短路，對附近通信線路和無線電波產生電磁干擾。短路電流使電網電壓降低。電網電壓的下降可能導致用電設備正常工作的破壞，還可能造成系統(tǒng)中并列運行的發(fā)電機失步或者導致電網樞紐電壓的崩潰，所有這些都可能引起電力系統(tǒng)瓦解而造成大面積停電

4、事故。在某些不對稱短路情況下，非故障相電壓將超過額定值，引起“工頻電壓升高”的內部過電壓現象。所以，有必要對系統(tǒng)進行短路計算分析。根據計算結果，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。第二章 三相短路電流計算原理2.1基本假設為簡化計算，又不失計算結果精度，對短路電流計算作基本假設：（1）電力系統(tǒng)在正常工作時三相是對稱的；所有發(fā)電機的轉速和電勢相位在短路過程中保持不變，即發(fā)電機無搖擺現象。（2）電力系統(tǒng)各元件的電容和電阻略去不計；各元件的電抗在短路過程中保持不變；即不受鐵芯飽和的影響；變壓器

5、還略去勵磁電流和勵磁回路。各電力元件的寄生電容僅在超高壓時才考慮；在1kV及以下的低壓網絡中，或短路回路的總電阻常大于總電抗的1/3(甚至大于電抗)時，應計入電阻。在高壓電網中計算短路電流非周期分量的時間常數時，應考慮短路回路中電阻的影響。2.2標幺值標么值是某些電氣量的實際有名值與所選定的同單位規(guī)定值之比，即標幺值=可見標么值是一個無單位的比值，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“*”。在計算時要把電氣元件的（額定）基值的標幺值轉換為統(tǒng)一選定的基準值下的標幺值。以電抗的標幺值為例，轉換公式為: X*= X*N基準電壓等于額定電壓時，上面公式

6、變成: X*= X*N四個電氣量對于選取的四個基準量的標幺值為:U*= S*= I*=I X*=X在實用計算中，通常選取某一段電路的平均標稱電壓作為基準電壓，也就是說各段電路的基準電壓均等于該段電路的平均電壓。我國電力系統(tǒng)中常用到的各電壓級的平均標稱電壓為：3.15，6.3，10.5，37，115，230，345，525（kV）等。標么值的特點：在三相電路中,標么值相量等于線量。三相功率和單相功率的標么值相同。三相電路的標么值歐姆定律為U*=I*X*，功率方程為S*=U*I*,與單相電路的相同。當電網的電源電壓為額定值時(即U*=1)，功率標么值與電流標么值相等，且等于電抗標么值的倒數。兩個標

7、么基準值相加或相乘，仍得同基準的標么基準值。由于上述特點，用標么值計算短路電流可使計算簡便，且結果明顯，便于迅速及時地判斷計算結果的正確性。2.3元件的電抗標么值的計算對于同步電機有名值在三相短路電流的實用計算中，只需知道同步電機在短路起始瞬間的電抗，即縱軸次暫態(tài)電抗，實際計算時需換算到所選定的基準值，換算公式為=。對于變壓器X*= X*N , X*= X*N , X*= X*N 。對于線路Xl*=X0l。對于電抗器XL*=2.4短路電流計算的步驟計算短路電流前，應先搜集有關的電力系統(tǒng)接線圖、運行方式及各元件的技術數據等資料。計算時，根據資料首先擬出計算電路圖，再選定計算短路點。對每一短路點作

8、出等值電路圖，并逐步化簡至最簡形式的短路回路，即由一個總電源經總電抗至計算短路點的短路回路，便可求出所選短路點的短路電流值。2.5短路電流計算的方法1)電力系統(tǒng)節(jié)點方程的建立利用節(jié)點方程作故障計算，需要形成系統(tǒng)的節(jié)點導納（或阻抗）矩陣。這里主要研究包含發(fā)電機和負荷時系統(tǒng)節(jié)點導納矩陣的形成。如圖6-1所示，節(jié)點接入i接入電勢源與阻抗Zi的串聯支路。接入發(fā)電機支路后，將YN陣中與機端節(jié)點i對應的對角線元素增加發(fā)電機導納Y即可形成系統(tǒng)節(jié)點導納矩陣yi。節(jié)點的負荷在短路計算中一般作為節(jié)點的接地支路并用恒定阻抗表示，其數值由短路前瞬間的負荷功率和節(jié)點的實際電壓算出，即或節(jié)點k接入負荷，相當于在YN陣中與

9、節(jié)點 k對應的對角元素中增加負荷導納。最后形成包括所有發(fā)電機支路和負荷支路的節(jié)點方程如下YV=I (1)2)利用節(jié)點阻抗矩陣計算短路電流如圖2所示，假定系統(tǒng)中的節(jié)點f經過過渡阻抗zf發(fā)生短路。對于正常狀態(tài)的網絡而言，發(fā)生短路相當于在故障節(jié)點f增加了一個注入電流。因此，網絡中任一節(jié)點i的電壓可表示為： (2)由式（2）可見，任一節(jié)點電壓i的電壓都由兩項疊加而成。第一項是當=0時由網絡內所有電源在節(jié)點i產生的電壓，也就是短路前瞬間正常運行狀態(tài)下的節(jié)點電壓，記為。第二項是當網絡中所有電流源都斷開，電勢源都短接時，僅僅由短路電流在節(jié)點i產生的電壓。這兩個分量的疊加，就等于發(fā)生短路后節(jié)點i的實際電壓，即

10、 (3)公式（3）也適用于故障節(jié)點f，于是有 (4)Zff 是故障節(jié)點f的自阻抗，也稱輸入阻抗。方程式（6-5）含有兩個未知量,，根據故障的邊界條件-zf=0 (5)由方程式（4）和（5）解出= (6) 而網絡中任一節(jié)點的電壓- (7)任一支路（圖3）的電流= (8) 3) 利用電勢源對短路點的轉移阻抗計算短路電流當電勢源i單獨作用時 , 為電勢源i對短路點f的轉移阻抗為電勢源i對電勢源節(jié)點m之間的轉移阻抗4)利用網絡的等值變換計算轉移阻抗將電源支路等值合并和網絡變換，把原網絡簡化成一端接等值電勢源另一端接短路點的單一支路，該支路的阻抗即等于短路點的輸入阻抗，也就是等值電勢源對短路點的轉移阻抗

11、，然后通過網絡還原，算出各電勢源對短路點的轉移阻抗。保留電勢源節(jié)點和短路點的條件下，通過原網絡的等值變換逐步消去一切中間節(jié)點，最終形成以電勢源節(jié)點和短路點為頂點的全網形電路，這個最終電路中聯結電勢節(jié)點和短路點的支路阻抗即為該電源對短路點的轉移阻抗。第三章 三相短路電流計算過程：3.1參數整理：電力系統(tǒng)電氣接線圖如圖4。系統(tǒng)參數如表1。 圖4、賽陽區(qū)電氣接線圖 圖5、標幺值等值電路表1 己知的系統(tǒng)參數：設備名稱己知設備參數發(fā)電機組沙賽機G1SG1(N)=3MV·A；VG1(N)=37kV；XG1(N)*=0.2賽機G2SG2(N)=2MV·A；VG2(N)=37kV；XG2(

12、N)*=0.15三賽機G3SG3(N)=3MV·A；VG3(N)=37kV；XG3(N)*=0.2主變壓器高壓側母線額定電壓為35kV主變壓器Yd-11,S#1(N)=4MV·A,VS1%=6.51%,PS1=3.42kV,k#1=37/10.5,熱備用Yd-11,S#2(N)=5MV·A,VS2%=6.92%,PS2=5.33kV,k#2=37/10.5，熱備用主變壓器低壓側母線額定電壓為10kV報國垅線架空導線:LGJ-240,電抗0.35/km，電壓等級10kV,線路長5.6175km糧油線架空導線:LGJ-240,電抗0.35/km，電壓等級10kV,線路

13、長4.935km取基準容量SB=10MV·A，基準電壓VB=VAV。標幺值等值電路如圖5。X1=XG1(N)* × ×=0.2××=0.6667X2=XG2(N)* ××=0.15××=0.7500X3=XG3(N)* ××=0.2××=0.6667X4=××=××=0.1626X5=××=××=0.1384X6=XL1 ×=0.35×5.6175×=0.1

14、783X7=XL2 ×=0.35×4.935×=0.1567三臺發(fā)電機的電壓標幺值為：E1= E2=E3=1則標幺值等值電路圖如圖6圖6 標幺值等值電路 圖7 最大運行方式K打開f1點短路時等值電路IB()=kA=0.1560kAIB()=kA=0.5498kA3.2最大運行方式下（即G1、G2、G3同時運行），當開關K打開時：1）f1點發(fā)生短路：等效等值電路圖如圖7。主變#1短路電流標幺值（=短路點電流標幺值）為：Ik#1*=2.7087主變#1短路電流一次側有名值為：Ik#1()= Ik#1*×IB()=2.7087×0.1560kA=0.

15、4226 kA主變#1短路電流二次側有名值（=短路點電流有名值）為：Ik#1()= Ik#1*×IB()=2.7087×0.5498kA =1.4892 kA發(fā)電機組短路電流標幺值為：IkG1*= Ik#1*×=2.7087×=0.9376IkG2*= Ik#1*×=2.7087×=0.8335IkG3*= Ik#1*×=2.7087×=0.9376發(fā)電機組短路電流有名值為：IkG1= IkG1*×IB()= 0.9376×0.1560kA=0.1463 kAIkG2= IkG2*×I

16、B()= 0.8335×0.1560kA=0.1300 kAIkG3= IkG3*×IB()= 0.9376×0.1560kA=0.1463 kA2）f2點發(fā)生短路：等效等值電路圖如圖8。 圖8 最大運行方式K打開 圖9 最大運行方式K打開f2點短路時等值電路 f3點短路時等值電路主變#2短路電流標幺值（=短路點電流標幺值）為：Ik#2*=2.5421主變#2短路電流一次側有名值為： Ik#2()= Ik#2*×IB()= 2.5421×0.1560kA=0.3966 kA主變#2短路電流二次側有名值（=短路點電流有名值）為：Ik#2()= I

17、k#2*×IB()= 2.5421×0.5498kA =1.3976 kA發(fā)電機組短路電流標幺值為：IkG1*= Ik#2*×=2.5421×=0.8800IkG2*= Ik#2*×=2.5421×=0.7821IkG3*= Ik#2*×=2.5421×=0.8800發(fā)電機組短路電流有名值為：IkG1= IkG1*×IB()= 0.8800×0.1560kA=0.1373 kAIkG2= IkG2*×IB()= 0.7821×0.1560kA=0.1220 kAIkG3= I

18、kG3*×IB()= 0.8800×0.1560kA=0.1373 kA3）f3點發(fā)生短路：等效等值電路圖如圖9。主變#1短路電流標幺值（=短路點電流標幺值=報國垅線的短路電流標幺值）為：Ik#1*=1.7970主變#1短路電流一次側有名值為：Ik#1()= Ik#1*×IB()= 1.7970×0.1560kA=0.0307 kA主變#1短路電流二次側有名值（=短路點電流有名值=報國垅線的短路電流有名值）為：Ik#1()= Ik#1*×IB()= 1.7970×0.5498kA =0.9880 kA發(fā)電機組短路電流標幺值為：IkG1

19、*= Ik#1*×=1.7970×=0.5874IkG2*= Ik#1*×=1.7970×=0.6222IkG3*= Ik#1*×=1.7970×=0.5874發(fā)電機組短路電流有名值為：IkG1= IkG1*×IB()= 0.5874×0.1560kA=0.0916 kAIkG2= IkG2*×IB()= 0.6222×0.1560kA=0.0971 kAIkG3= IkG3*×IB()= 0.5874×0.1560kA=0.0916 kA4）f4點發(fā)生短路：等效等值電路圖如

20、圖10。圖10 最大運行方式K打開 圖11 最大運行方式K閉合f4點短路時等值電路 f1點短路時等值電路主變#2短路電流標幺值（=短路點電流標幺值=報國垅線的短路電流標幺值）為：Ik#2*=1.8179主變#2短路電流一次側有名值為：Ik#2()= Ik#2*×IB()= 1.8179×0.1560kA=0.2836 kA主變#2短路電流二次側有名值（=短路點電流有名值=報國垅線的短路電流有名值）為：Ik#2()= Ik#2*×IB()= 1.8179×0.5498kA =0.9995 kA發(fā)電機組短路電流標幺值為：IkG1*= Ik#2*×=

21、1.8179×=0.3461IkG2*= Ik#2*×=1.8179×=0.1257IkG3*= Ik#2*×=1.8179×=0.3461發(fā)電機組短路電流有名值為：IkG1= IkG1*×IB()= 0.3461×0.1560kA=0.0540 kAIkG2= IkG2*×IB()= 0.1257×0.1560kA=0.0196 kAIkG3= IkG3*×IB()= 0.3461×0.1560kA=0.0540 kA3.3最大運行方式下（即G1、G2、G3同時運行），當開關K閉合時

22、：1）f1點發(fā)生短路：等效等值電路圖如圖11。短路點電流標幺值為：If1*=3.2729短路點電流有名值為：If1= If1*×IB()= 3.2729×0.5498kA=1.7994 kA主變#1短路電流標幺值為：Ik#1*= If1*×=3.2729×=1.7680主變#1短路電流一次側有名值為：Ik#1()= Ik#1*×IB()= 1.7680×0.1560kA=0.2758 kA主變#1短路電流二次側有名值為：Ik#1()= Ik#1*×IB()= 1.7680×0.5498kA =0.9720 kA主變

23、#2短路電流標幺值為：Ik#2*= If1*×=3.2729×=1.5049主變#2短路電流一次側有名值為：Ik#2()= Ik#2*×IB()= 1.5049×0.1560kA=0.2348 kA主變#2短路電流二次側有名值為：Ik#2()= Ik#2*×IB()= 1.5049×0.5498kA =0.8274 kA發(fā)電機組短路電流標幺值為：IkG1*= If1*×=3.2729×=1.1329IkG2*= If1*×=3.2729×=1.0071IkG3*= If1*×=3.27

24、29×=1.1329發(fā)電機組短路電流有名值為：IkG1= IkG1*×IB()= 1.1329×0.1560kA=0.1767 kAIkG2= IkG2*×IB()= 1.0071×0.1560kA=0.1571 kAIkG3= IkG3*×IB()= 1.1329×0.1560kA=0.1767 kA2）f2點發(fā)生短路：等效等值電路圖如圖12。各點短路電流同上情況！圖12 最大運行方式K閉合 圖13 最大運行方式K閉合f2點短路時等值電路 f3點短路時等值電路3）f3點發(fā)生短路：等效等值電路圖如圖13。短路點電流標幺值（=

25、報國垅線短路電流標幺值）為：If3*= =2.0668短路點電流有名值（=報國垅線短路電流有名值）為：If3= If3*×IB()= 2.0668×0.5498kA=1.1363 kA主變#1短路電流標幺值為：Ik#1*= If3*×=2.0668×=1.1165主變#1短路電流一次側有名值為：Ik#1()= Ik#1*×IB()= 1.1165×0.1560kA=0.1742 kA主變#1短路電流二次側有名值為：Ik#1()= Ik#1*×IB()= 1.1165×0.5498kA =0.6139 kA主變#2短

26、路電流標幺值為：Ik#2*= If3*×=2.0668×=0.9503主變#2短路電流一次側有名值為：Ik#2()= Ik#2*×IB()= 0.9503×0.1560kA=0.1482 kA主變#2短路電流二次側有名值為：Ik#2()= Ik#2*×IB()= 0.9503×0.5498kA =0.5225 kA發(fā)電機組短路電流標幺值為：IkG1*= If3*×=2.0668×=0.7154IkG2*= If3*×=2.0668×=0.6360IkG3*= If3*×=2.0668&

27、#215;=0.7154發(fā)電機組短路電流有名值為：IkG1= IkG1*×IB()= 0.7154×0.1560kA=0.1116 kAIkG2= IkG2*×IB()= 0.6360×0.1560kA=0.0992 kAIkG3= IkG3*×IB()= 0.7154×0.1560kA=0.1116 kA4）f4點發(fā)生短路：等效等值電路圖如圖14。圖14 最大運行方式K閉合f4點短路時等值電路短路點電流標幺值（=糧油線短路電流標幺值）為：If4*= =2.1634短路點電流有名值（=糧油線短路電流有名值）為：If4= If4*

28、15;IB()= 2.1634×0.5498kA=1.1894 kA主變#1短路電流標幺值為：Ik#1*= If4*×=2.1634×=1.1687主變#1短路電流一次側有名值為：Ik#1()= Ik#1*×IB()= 1.1687×0.1560kA=0.1823 kA主變#1短路電流二次側有名值為：Ik#1()= Ik#1*×IB()= 1.1687×0.5498kA =0.6427 kA主變#2短路電流標幺值為：Ik#2*= If4*×=2.1634×=0.9947主變#2短路電流一次側有名值為：Ik

29、#2()= Ik#2*×IB()= 0.9947×0.1560kA=0.1552 kA主變#2短路電流二次側有名值為：Ik#2()= Ik#2*×IB()= 0.9947×0.5498kA =0.5469 kA發(fā)電機組短路電流標幺值為：IkG1*= If4*×=2.1634×=0.7489IkG2*= If4*×=2.1634×=0.6656IkG3*= If4*×=2.1634×=0.7489發(fā)電機組短路電流有名值為：IkG1= IkG1*×IB()= 0.7489×0.1

30、560kA=0.1168 kAIkG2= IkG2*×IB()= 0.6656×0.1560kA=0.1038 kAIkG3= IkG3*×IB()= 0.7489×0.1560kA=0.1168 kA3.4最小運行方式下（即G2運行，G1、G3停機），當開關K打開時：1）f1點發(fā)生短路：等效等值電路圖如圖15。 圖15 最小運行方式K打開 圖16 最小運行方式K打開f1點短路時等值電路 f2點短路時等值電路主變#1短路電流標幺值（=短路點電流標幺值=發(fā)電機G2短路電流標幺值）為：Ik#1*=1.1256主變#1短路電流一次側有名值（=發(fā)電機G2短路電流

31、有名值）為：Ik#1()= Ik#1*×IB()= 1.1256×0.1560kA=0.1756 kA主變#1短路電流二次側有名值（=短路點電流有名值）為：Ik#1()= Ik#1*×IB()= 1.1256×0.5498kA =0.6189 kA2）f2點發(fā)生短路：等效等值電路圖如圖16。主變#2短路電流標幺值（=短路點電流標幺值=發(fā)電機G2短路電流標幺值）為：Ik#2*=1.0958主變#1短路電流一次側有名值（=發(fā)電機G2短路電流有名值）為：Ik#2()= Ik#2*×IB()= 1.0958×0.1560kA=0.1709 k

32、A主變#1短路電流二次側有名值（=短路點電流有名值）為： Ik#2()= Ik#2*×IB()= 1.0958×0.5498kA =0.6025 kA3）f3點發(fā)生短路：等效等值電路圖如圖17。圖17 最小運行方式K打開 圖18 最小運行方式K打開f3點短路時等值電路 f4點短路時等值電路主變#1短路電流標幺值（=短路點電流標幺值=發(fā)電機G2短路電流標幺值=報國垅線短路電流標幺值）為：Ik#1*=0.9375主變#1短路電流一次側有名值（=發(fā)電機G2短路電流有名值）為：Ik#1()= Ik#1*×IB()= 0.9375×0.1560kA=0.1462

33、kA主變#1短路電流二次側有名值（=短路點電流有名值=報國垅線短路電流有名值）為：Ik#1()= Ik#1*×IB()= 0.9375×0.5498kA =0.5154 kA4）f4點發(fā)生短路：等效等值電路圖如圖18。主變#2短路電流標幺值（=短路點電流標幺值=發(fā)電機G2短路電流標幺值=糧油線短路電流標幺值）為：Ik#2*=0.9352主變#2短路電流一次側有名值（=發(fā)電機G2短路電流有名值）為：Ik#2()= Ik#2*×IB()= 0.9352×0.1560kA=0.1459 kA主變#2短路電流二次側有名值（=短路點電流有名值=糧油線短路電流有名值

34、）為： Ik#2()= Ik#2*×IB()= 0.9352×0.5498kA =0.5142 kA3.5最小運行方式下（即G2運行，G1、G3停機），當開關K閉合時：1）f1點發(fā)生短路：等效等值電路圖如圖19。 圖19 最小運行方式K閉合 圖20 最小運行方式K閉合f1點短路時等值電路 f2點短路時等值電路短路點電流標幺值（=發(fā)電機G2短路電流標幺值）為：If1*= =1.2124短路點電流有名值為： If1= If1*×IB()= 1.2124×0.5498kA=0.6666 kA發(fā)電機G2短路電流有名值為：IkG2= If1*×IB()=

35、 1.2124×0.1560kA=0.1891 kA主變#1短路電流標幺值為： Ik#1*= If1*×=1.2124×=0.6549主變#1短路電流一次側有名值為：Ik#1()= Ik#1*×IB()= 0.6549×0.1560kA=0.1022 kA主變#1短路電流二次側有名值為： Ik#1()= Ik#1*×IB()= 0.6549×0.5498kA =0.3601 kA主變#2短路電流標幺值為：Ik#2*= If1*×=1.2124×=0.5575主變#2短路電流一次側有名值為：Ik#2()=

36、Ik#2*×IB()= 0.5575×0.1560kA=0.0870 kA主變#2短路電流二次側有名值為： Ik#2()= Ik#2*×IB()= 0.5575×0.5498kA =0.3065 kA2)f2點發(fā)生短路：等效等值電路圖如圖20。 同上。3)f3點發(fā)生短路：等效等值電路圖如圖21。圖21 最小運行方式K閉合 圖22 最小運行方式K閉合f3點短路時等值電路 f4點短路時等值電路短路點電流標幺值（=報國垅線短路電流標幺值=發(fā)電機G2短路電流標幺值）為：If3*= =0.9969短路點電流有名值（=報國垅線短路電流有名值）為：If3= If3*×IB()= 0.9969×0.5498kA=0.5481 kA發(fā)電機G2短路電流有名值為：IkG2= If3*×IB()= 0.9969×0.1560kA=0.1555 kA主變#1短路電流標幺值為：