不對(duì)稱短路計(jì)算與分析

1、題目：電力系統(tǒng)不對(duì)稱短路計(jì)算與分析初始條件：系統(tǒng)接線如下圖，線路f處發(fā)生金屬性B、C相接地短路。已知各元件參數(shù)為：發(fā)電機(jī)G：Sf=60MVA,VB=10.5KV,X/=0.2,X2=0.25,V=11KV；變壓器T-l：Si=60MVA,Vs（%）=10.5,Kn=10.5/115kV；變壓器T-2：SI=60MVA,Vs（%）=10.5,=115/10.5kV；線路L：長(zhǎng)L=90km,X尸0.40/km,Xo=3.5X1；負(fù)荷LD：Su>=40MVA,X產(chǎn)L2,先=0.35。T1LjT2GMDiHKM*JMI必X>I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

2、額定電壓，要求：（1）制定正、負(fù)、零序網(wǎng)，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)各元件序參數(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)線路流過的各相電流有名值。時(shí)間安排：熟悉設(shè)計(jì)任務(wù)5.27收集相關(guān)資料5.28選定設(shè)計(jì)原理5.29計(jì)尊分析及結(jié)果分析5.30-6.6撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告6.7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I1設(shè)計(jì)內(nèi)容11.1初始條件1L2設(shè)計(jì)要求11.3設(shè)計(jì)分析12電力系統(tǒng)短路及其計(jì)算的基本概念32.1 短路原因及后果32.2 短路的類型32.3 短路計(jì)算的目的43電力系統(tǒng)元件的序阻抗和等值電路53

3、.1 對(duì)稱分量法的應(yīng)用53.2 序阻抗53.2.1 序阻抗的基本概念53.2.2 同步發(fā)電機(jī)的序阻抗63.2.3 輸電線路的序阻抗63.2.4 變壓器的序阻抗73.2.5 綜合負(fù)荷的序阻抗73.3 各序網(wǎng)路的等值電路84兩相短路接地故障的分析與計(jì)算94.1 正序等效定則94.2 兩相短路接地95計(jì)算和分析115.1 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115.2 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)125.3 計(jì)算短路點(diǎn)的入地電流有名值和A相電壓有名值145.4 計(jì)算短路時(shí)發(fā)電機(jī)側(cè)線路流過的各相電流有名值錯(cuò)誤！未定義書簽。6總結(jié)與心得錯(cuò)誤！未定義書簽。7參考文獻(xiàn)錯(cuò)誤！未定義

4、書簽。摘要電力系統(tǒng)規(guī)模Fl益龐大，結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜。在日常運(yùn)行過程中時(shí)常會(huì)發(fā)生故障.并且以不對(duì)稱短路故障居多。因此不對(duì)稱短路故障分析與計(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)稱短路故障中的兩相短路接地故障，運(yùn)用對(duì)稱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)稱分量法正序等效定則武漢理工大學(xué)電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)不對(duì)稱短路計(jì)算與分析1設(shè)計(jì)內(nèi)容1初始條件系統(tǒng)接線如圖11,線路f處發(fā)生金屬性B、C相接地短路。已知各元件參數(shù)為：發(fā)電機(jī)G：Sn=60MVA,

5、Vn=10.5KV,Xdw=0.2,X2=0.25,EW=11KV；變壓器T4：SN=60MVA,Vs（%）=10.5,KTi=10.5/115kV；變壓器T2：SN=60MVA,Vs（%）=10.5,KT2=H5/10.5kV；線路L：長(zhǎng)L=90km,Xi=O.4Q/km,Xo=3.5Xi；負(fù)荷LD：Sld=40MVA,Xi=1.2,X2=0.35o圖1-1系統(tǒng)接線圖1.2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)各元件序參數(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

6、。（4）計(jì)算短路時(shí)發(fā)電機(jī)側(cè)線路流過的各相電流有名值。L3設(shè)計(jì)分析（1）首先選定基準(zhǔn)功率方=60MV.4,VB=Vav,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)E。，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內(nèi)。零序網(wǎng)絡(luò)中，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；在三角形接法的繞組中，繞組的零序

7、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)于接地）。武漢理工大學(xué)電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)（3）等值序網(wǎng)絡(luò)作出后，可以根據(jù)Y-D變換、阻抗的串并聯(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)E；/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AX（1J）和比例系數(shù)加（1）。利用公式便可以計(jì)算得到A相正序電流兒，,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)的各相電流值。武漢理工大學(xué)電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)

8、2電力系統(tǒng)短路及其計(jì)算的基本概念2.1 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）

9、短路時(shí)保護(hù)裝置動(dòng)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。2.2 短路的類型在三相系統(tǒng)中，有可能發(fā)生的短路可以分為兩大類型：對(duì)稱短路和不對(duì)稱短路。其中，三相短路屬于對(duì)稱短路；單相接地短路、兩相短路和兩相短路接地屬于不對(duì)稱短路口】。各個(gè)短路類型的示意圖如圖2T所示。武漢理工大學(xué)電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)圖-1(d)兩相短路接地2.3 短路計(jì)算的目的短

10、躋是電力系統(tǒng)最常見、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)線相間和相對(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)。(5)接地裝置的設(shè)計(jì)，也需用短路電流武漢理工

11、大學(xué)電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)3電力系統(tǒng)元件的序阻抗和等值電路3.1 對(duì)稱分量法的應(yīng)用對(duì)稱分量法是分析不對(duì)稱故障的常用方法，根據(jù)對(duì)稱分量法，一組不對(duì)稱的三相量可以分解為正序、負(fù)序和零序三相對(duì)稱的三相量。在三相電路中，對(duì)于任意一組不對(duì)稱的三相相量，可以分解為三組對(duì)稱的相量，一般選擇A相作為基準(zhǔn)相時(shí)，三相量與對(duì)稱分量之間的關(guān)系為:式中的4(1)、/以2)、4(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：【b(l)=；4(1)=。4(1)4(2)=。4(2)；4(2)=。21a(2)"(0)=Ia(0)=/a(0)根據(jù)以上的式子，可以作出三相量的三組對(duì)稱分量，如

12、圖3T所示。圖3-1三相量的對(duì)稱分量Ia(o>Ib(o>、3.2 序阻抗3.2.1序阻抗的基本概念所謂元件的序阻抗，是指元件三相參數(shù)對(duì)稱時(shí)，元件兩端某一序的電壓降與通過該元件同一序電流的比值，即z(i)="Z(2)=A%(2)4(2)Z(0)=匕(0)兒(0)其中2(1)、42)、Z(o)分別稱為該元件正序、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)該視具體情況而定。武漢理工大學(xué)電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)3.2.2同步發(fā)電機(jī)的序阻抗同步發(fā)電機(jī)在對(duì)稱運(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%、與、焉、

13、都是同步發(fā)電機(jī)的正序電抗。然而因?yàn)楫?dāng)系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱短路時(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)為與短路的種類無關(guān)，有阻尼繞組的同步發(fā)電機(jī)的負(fù)序阻抗取4和巖的算數(shù)平均值，即%(2)=(W+X，q)對(duì)于無阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)，常取*和勺的幾何平均值，即M2)=J；%而零序電抗的變化范圍大約為x(o)=(O.150.6)W。當(dāng)沒有確切數(shù)值時(shí)，可以取表31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電機(jī)類型水輪機(jī)汽輪機(jī)同步調(diào)相機(jī)大型同步發(fā)電機(jī)無阻尼有阻尼X(2)0.450.250.160

14、.24X(0)0.070.070.060.083.2.3輸電線路的序阻抗輸電線路的正、負(fù)序阻抗及等值電路完全相同。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)輸電線路通過零序電流時(shí)，由于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，近似地可以用用下列計(jì)算輸電線路每回路的等值等效零序電抗。無架空地線的單回線路：x(

15、o)=3.5x(1)有鋼質(zhì)架空地線的單回線路：x(0)=3x(1)武漢理工大學(xué)電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)有良導(dǎo)體架空地線的單回線路：x(o)=2x(i)無架空地線的雙回線路：%(0)=5.5x(1)有鋼質(zhì)架空地線的雙回線路：%(0)=4.7%(1)3.2.4變壓器的序阻抗變壓器中參數(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。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，取決于變壓器繞組的接法，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

16、電路接通：并且對(duì)于中性點(diǎn)有接地阻抗的，應(yīng)該將3倍的接地阻抗串聯(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，因?yàn)檫@種情況下它不能將零序電勢(shì)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。(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)，若等值中性點(diǎn)與地同電位時(shí)則相當(dāng)于接地。3.2.5綜合負(fù)荷的序阻抗電力系統(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)于不同的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)綜合負(fù)荷有不同的計(jì)算方法習(xí)。在對(duì)精度要求不高情況下，實(shí)用計(jì)算中，負(fù)荷的

17、正序阻抗通常取典型值XLD(1)12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r次暫態(tài)電抗XLD(2)。357武漢理工大學(xué)電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)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，零序電流不能流通，因此，負(fù)荷一般不建立零序等值電路。33各序網(wǎng)路的等值電路當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)，對(duì)故障點(diǎn)用對(duì)稱分量法，將不對(duì)稱分量分解為正、負(fù)和零序的電路。通過網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化，可以得到各序的電壓方程式Eeq一Z"=%0-Z"Q）=%°一Z"（o）=%（o）根據(jù)序網(wǎng)方程，各序的一相等值網(wǎng)絡(luò)如圖33。圖3-3正序（a）、負(fù)序（b）和零序（c）等值網(wǎng)絡(luò)武

18、漢理工大學(xué)電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)4兩相短路接地故障的分析與計(jì)算4.1 正序等效定則在簡(jiǎn)單不對(duì)稱短路的情況下，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X，）而發(fā)生三相短路時(shí)的電流相等，這成為正序等效定則回。對(duì)于三種簡(jiǎn)單不對(duì)稱短路時(shí)短路電流正序分量，可以統(tǒng)一寫成產(chǎn)-"X"（d+X）短躋點(diǎn)故障處的短路電流與它的正序分量絕對(duì)值成正比爐=m璐D計(jì)算短路電流要先求出各序電抗值與1）、必X2）和X"（0），再根據(jù)具體的短路類型計(jì)算附加電抗X，）和比例系數(shù)小。各種簡(jiǎn)單短路時(shí)的X，）和m3）如表41所示。表4-1簡(jiǎn)單短路時(shí)的X”和加短路類型f（n）X，）三相短路了01單相

19、接地短路f（l）為7(2)+號(hào)0)3兩相短路%(2)兩相短路接地f（LD切加(0)X"(2)+Xff1XffXff(X"+Xff(o)4.2 兩相短路接地兩相短路接地時(shí)故障處的情況如圖44oIfa=OIfbjIfc圖4-1兩相短路接地武漢理工大學(xué)電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)故障處的三個(gè)邊界條件為仇=。，Vfb=Vfc=U用序量表示的邊界條件為仇(1)+fa(2)+九(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:仇(1)X"+切/切(0)r_%(0)7。,叼(2)r%(。)=一切+%仇加=匕"2)=煞普常加根據(jù)上式及正

20、序等效定則，故障相電流的絕對(duì)值為=V31-f(2)X"(0)；7rr*lfa(i)(X"+X"(0)10武漢理工大學(xué)電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)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Sb=60MV.A,VB=Vav；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：aSb60%1)=Xd=0.2X=0.2SB60%g(2)=X2.于=0.25x=0.25E11=ml=105Vjy10.5變壓器Tl：變壓器TL線路L：K%SB10.560XT1=WO=i00X60=°105K%SB10.560%72=acc=scX=0.1051

21、2100SN1006022260可力=于"2)=wx04X9。X1152=2-XL(0)=3.5X0.109=0.3811116031(1)=31(2)=-x0.4x90x2=00541-XL(0)=3.5X0.054=0.19o負(fù)荷L-D：SB60Xld(i)=Xi.丁=1.2x=1.8Sr60Xldq)=X2*=0.35X=0.52511武漢理工大學(xué)電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)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5-3）oXg（DXti2/3Xl1/3XlXl2XtD（l）0.20.1050.1090.0540.1051.8+Eeq)Vf_L05圖5-1正序網(wǎng)絡(luò)Xg(2)Xn2/3Xli/sXlXl2XtD(2)>rr>r>r_ZYZ"V"V0.250.1050.1090.0510.1050.525圖5-