電力系統(tǒng)單相斷線講解

遼寧工業(yè)大學(xué)《電力系統(tǒng)分析》課程設(shè)計（論文）題比 電力系統(tǒng)單相斷線計算與仿真（3）院（系）：電氣工程學(xué)院專業(yè)班級： 學(xué)號：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 起止時間：14-06-30至14-07-11課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：電氣工程及其自動化G1T11 L1 2T2G2原始資料：系統(tǒng)如圖各元件參數(shù)如下（各序參數(shù)相同）：G1、G2：Sn=32MVA，VN=10.5kV，X=0.3；T1:Sn=35.5MVA，Vs%=10.5，k=10.5/121kV,△Ps=180kW,△Po=30kW,Io%=0.8；YN/d-11T2:Sn=35.5MVA，Vs%=10.5，k=10.5/121kV,△Ps=150kW,△Po=25kW,Io%=0.9；YN/d-11L1:線路長80km,電阻0.22Q/km,電抗0.4Q/km,對地容納2.8X10-6S/km；L2:線路長75km,電阻0.22Q/km,電抗0.42Q/km,對地容納2.78X10-6S/km；；L3:線路長70km,電阻0.22Q/km,電抗0.41Q/km,對地容納2.8X10-6S/km；；負(fù)荷：S3=50MVA,功率因數(shù)為0.85。任務(wù)要求（支路L1發(fā)生A相斷線時）：1計算各元件的參數(shù)；2畫出完整的系統(tǒng)等值電路圖；3忽略對地支路，計算斷點(diǎn)的A、B和C三相電壓和電流；4忽略對地支路，計算其它各個節(jié)點(diǎn)的A、B和C三相電壓和支路電流；5在系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下，對系統(tǒng)進(jìn)行單相斷線的Matlab仿真；6將斷線運(yùn)行計算結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行分析比較，得出結(jié)論。平時考核：設(shè)計質(zhì)量：答辯：總成績： 指導(dǎo)教師簽字：年月日注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60%答辯20%以百分制計算電力系統(tǒng)是生產(chǎn)、輸送、分配和消費(fèi)電能的各種電氣設(shè)備連接在一起而組成的整體。在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，不可避免地會出現(xiàn)故障，盡管故障出現(xiàn)的幾率很小，持續(xù)的時間也不長，但產(chǎn)生的后果卻往往十分的嚴(yán)重。電力系統(tǒng)故障總的來說可以分為兩大類：橫向故障和縱向故障。橫向故障是指各種類型的短路，它包括三相短路、兩相短路、單相接地短路和兩相接地短路?？v向故障是指各種類型的斷線，它包括單相斷線、兩相斷線和三相斷線。本課設(shè)主要研究單相斷線，首先利用對稱分量法將電力系統(tǒng)分解為正序網(wǎng)絡(luò)、負(fù)序網(wǎng)絡(luò)和零序網(wǎng)絡(luò)，并且求出各自網(wǎng)絡(luò)的戴維南等效電路圖，然后計算各元件的參數(shù)，再代入正序網(wǎng)絡(luò)、負(fù)序網(wǎng)絡(luò)和零序網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)支路L1發(fā)生單相斷線故障時，計算斷點(diǎn)處的A、B和C三相電壓和電流，再計算其他各個節(jié)點(diǎn)的A、B和C三相電壓和支路電流。最后利用Matlab進(jìn)行仿真，將仿真結(jié)果與計算結(jié)果相比較，分析出現(xiàn)誤差的原因。關(guān)鍵詞：正序網(wǎng)絡(luò)；負(fù)序網(wǎng)絡(luò)；零序網(wǎng)絡(luò)；單相斷線本科生課程設(shè)計（論文）4點(diǎn)N常火挈本科生課程設(shè)計（論文）目錄TOC\o"1-5"\h\z第1章緒論 1\o"CurrentDocument"電力系統(tǒng)斷線概述 1\o"CurrentDocument"本文設(shè)計內(nèi)容 1第2章電力系統(tǒng)不對稱故障計算原理 2\o"CurrentDocument"對稱分量法基本原理 2\o"CurrentDocument"三相序等值網(wǎng)絡(luò) 2正序網(wǎng)絡(luò) 2負(fù)序網(wǎng)絡(luò) 3零序網(wǎng)絡(luò) 4第3章電力系統(tǒng)單相斷線計算 5\o"CurrentDocument"系統(tǒng)電路圖 5\o"CurrentDocument"各元件參數(shù)計算 5發(fā)電機(jī)標(biāo)幺值參數(shù)計算 5變壓器標(biāo)幺值參數(shù)計算 5線路標(biāo)幺值參數(shù)計算 6\o"CurrentDocument"潮流計算 7\o"CurrentDocument"單相斷線計算 8故障處計算 9非故障處計算 10第4章單相斷線的仿真 11\o"CurrentDocument"仿真模型的建立 11\o"CurrentDocument"仿真結(jié)果及分析 13第5章總結(jié) 14參考文獻(xiàn) 15本科生課程設(shè)計（論文）4點(diǎn)N?；痍究粕n程設(shè)計（論文）第1章緒論電力系統(tǒng)斷線概述電力系統(tǒng)斷線也就是所謂的縱向故障，它指的是網(wǎng)絡(luò)中的兩個相鄰節(jié)點(diǎn)之間出現(xiàn)了不正常斷開或三相阻抗不相等的情況。發(fā)生縱向故障時，由這兩個節(jié)點(diǎn)組成故障端口?？v向故障為不對稱故障，只是在故障口出現(xiàn)了某種不對稱狀態(tài)，系統(tǒng)其余部分的參數(shù)還是三相對稱的?？梢詰?yīng)用對稱分量法進(jìn)行分析。首先在故障口插入一組不對稱電勢源來代替實際存在的不對稱狀態(tài)，然后將這組不對稱電勢源分解成正序，負(fù)序和零序分量。根據(jù)重疊原理，分別作出各序的等值網(wǎng)絡(luò)。從而可以列出各序網(wǎng)絡(luò)故障端口的電壓方程式進(jìn)行計算。運(yùn)行經(jīng)驗表明，電力系統(tǒng)各種故障中，單相短路占大多數(shù)，約為總故障數(shù)的65%,三相短路占5?10%。雖然電力系統(tǒng)發(fā)生斷線的幾率很小，但故障產(chǎn)生的后果極為嚴(yán)重，必須引起足夠的重視。本文設(shè)計內(nèi)容本文設(shè)計內(nèi)容：在一個獨(dú)立閉式電力網(wǎng)絡(luò)中，支路L1發(fā)生A相斷線。任務(wù)要求：1計算各元件的參數(shù)；2畫出完整的系統(tǒng)等值電路圖；3忽略對地支路，計算斷點(diǎn)的A、B和C三相電壓和電流；4忽略對地支路，計算其它各個節(jié)點(diǎn)的A、B和C三相電壓和支路電流；5在系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下，對系統(tǒng)進(jìn)行單相斷線的Matlab仿真；6將斷線運(yùn)行計算結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行分析比較，得出結(jié)論。

本科生課程設(shè)計（論文）4點(diǎn)N唯火挈本科生課程設(shè)計（論文）第2章電力系統(tǒng)不對稱故障計算原理對稱分量法基本原理對稱分量法是分析不對稱故障的常用方法，根據(jù)對稱分量法，任意一組不對稱的三相相量都可以分解為三組三相對稱的分量，這就是所謂的“三相相量對稱分量法”。對稱分量法是將不對稱的三相電流和電壓各自分解為三組對稱分量，它們是：（1）正序分量：三相正序分量的大小相等，相位彼此相差2pi/3,相序與系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下的相同；（2）負(fù)序分量：三相負(fù)序分量的大小相等，相位彼此相差2pi/3,相序與正序相反；（3）零序分量：三相零序分量的大小相等，相位相同。三相序等值網(wǎng)絡(luò)在三相電路中，對于任意一組不對稱的三相相量（電流或電壓），可以分解為正序，負(fù)序和零序三相對稱的三相量。正序網(wǎng)絡(luò)正序網(wǎng)絡(luò)就是通常計算對稱短路時所用的等值網(wǎng)絡(luò)。除中性點(diǎn)接地阻抗、空載線路（不計導(dǎo)納）以及空載變壓器（不計勵磁電流）外，電力系統(tǒng)各元件均應(yīng)包括在正序網(wǎng)絡(luò)中，并且用相應(yīng)的正序參數(shù)和等值電路表示。由此可得，電力系統(tǒng)正序網(wǎng)絡(luò)圖如圖2.1所示。

4點(diǎn)N笊火挈本科生課程設(shè)計（論文）我們可以從故障端口看正序網(wǎng)絡(luò)，它是一個有源網(wǎng)絡(luò)，可以用戴維南定理簡化成圖2.2的形式。4點(diǎn)N笊火挈本科生課程設(shè)計（論文）我們可以從故障端口看正序網(wǎng)絡(luò)，它是一個有源網(wǎng)絡(luò)，可以用戴維南定理簡化成圖2.2的形式。IF(1)圖2.2戴維南正序等效圖VF(1)負(fù)序網(wǎng)絡(luò)負(fù)序電流能流通的元件與正序電流的相同，但所有的電源的負(fù)序電勢為零。因此，把正序網(wǎng)絡(luò)中各元件的參數(shù)都用負(fù)序參數(shù)代替，并令電源電勢等于零，而在短路點(diǎn)引入代替故障條件的不對稱電勢源中的負(fù)序分量，便得到負(fù)序網(wǎng)絡(luò)，如圖2.3所示。jXG1 jXT1 jXL1 Va'2\ jXT2 jXT2jXS33?-JjXS33?-J4y圖2.3電力系統(tǒng)負(fù)序網(wǎng)絡(luò)圖從故障端口看負(fù)序網(wǎng)絡(luò)，它是一個無源網(wǎng)絡(luò)，化簡后如圖2.4所示。本科生課程設(shè)計（論文）4點(diǎn)N?；痍究粕n程設(shè)計（論文）零序網(wǎng)絡(luò)在斷線處施加代表故障邊界條件的零序電勢時，由于三相零序電流大小及相位相同，它們必須經(jīng)過大地（或者架空地線、電纜包皮等）才能構(gòu)成通路。由此可得圖2.6戴維南零序等效圖本科生課程設(shè)計（論文）4點(diǎn)N?；痍究粕n程設(shè)計（論文）第3章電力系統(tǒng)單相斷線計算系統(tǒng)電路圖系統(tǒng)的電路圖如圖3.1所示。系統(tǒng)的電路圖如圖3.1所示。圖3.1電力系統(tǒng)電路圖各元件參數(shù)計算本課設(shè)的參數(shù)表示方法完全采用標(biāo)幺值的形式，標(biāo)幺制是相對單位制的一種，在標(biāo)幺制中各物理量都用標(biāo)幺值表。標(biāo)幺值二實際有名值（任意單位）/基準(zhǔn)值（與有名值同單位）本課設(shè)選取基準(zhǔn)功率Sb=100MVA,我們選擇第一段的額定電壓為基準(zhǔn)電壓，VB1=10.5kV,VB2=121kV,VB3=10.5kV。發(fā)電機(jī)標(biāo)幺值參數(shù)計算TOC\o"1-5"\h\zV2 SX=X x—GNx—BG1*GN* S V2GNBIV2 SX=X x—GNx—BG2*GN*S V2GNB1

\o"CurrentDocument"10.52 100=0.3x x =0.94\o"CurrentDocument"32 10.52八。10.52 100=0.3x x =0.9432 10.523.2.2變壓器標(biāo)幺值參數(shù)計算TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"V% V2 S 10.5 10.52 100 AC\o"CurrentDocument"X -S——xT1Nx—B-- x x =0.3\o"CurrentDocument"T1* 100 STN V2 100 35.5 10.52

本科生課程設(shè)計（論文）4點(diǎn)N?；痍究粕n程設(shè)計（論文）TOC\o"1-5"\h\zV% V2 S 10.5 10.52 100 ACX =-S——義T2N義一B- 義 義 =0.3T2* 100 S V2 100 35.5 10.523.2.3線路標(biāo)幺值參數(shù)計算S 100X=XX一=80X0.4X=0.218L1*L1V2 1212B2X-XXSB--75X0.42X-100--0.215L2* L2V2 1212B2X-XXSB--70X0.41X^°_=0.196L3*L3V2 1212B2R-Rx屋=80x0.22x^°_=0.12L1* L1V2 1212B2R-Rx屋=75x0.22x^0=0.112L2*L2V2 1212B2R-RxSB--70x0.22x-^0--0.105L3* L3V2 1212B2系統(tǒng)圖給出變壓器一側(cè)為Y接線，另一側(cè)為△系統(tǒng)圖給出變壓器一側(cè)為Y接線，另一側(cè)為△接線，所以我們要將電阻進(jìn)行星角變換。星角變換如圖3.2和3.3所示。圖3.2角形接線圖已知各線路的阻抗為：圖3.3星形接線圖((3-1)(3-2)(3-3)L1：Z13=0.12+j0.218L2：Z12=0.112+j0.215L3：Z23=0.105+j0.196Y接線轉(zhuǎn)換^接線公式:Z1=Z12xZ13：(Z12+Z23+Z13)Z2=Z23xZ12XZ12+Z23+Z13)Z3=Z13xZ23-(Z12+Z23+Z13)將各阻抗代入上述公式中，可得:

本科生課程設(shè)計（論文）4點(diǎn)N?；痍究粕n程設(shè)計（論文）Z1=0.09+j0.194Z2=0.105+j0.21Z3=0.098+j0.199由戴維南定理可得，對系統(tǒng)的正序網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行化簡，可得正序網(wǎng)絡(luò)的等效電抗為0.517，等效電壓源為1.048V。由戴維南定理可得，對系統(tǒng)的負(fù)序網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行化簡，可得負(fù)序網(wǎng)絡(luò)的等效電抗為0.517。由戴維南定理可得，對系統(tǒng)的零序網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行化簡，可得零序網(wǎng)絡(luò)的等效電抗為0.34。3.3潮流計算我們可以將G2和T2等效為輸出負(fù)荷，然后進(jìn)行潮流計算，可以得到各個節(jié)點(diǎn)的電流、電壓。頂口圖3.4所示。Rl1+jxl1Rl2+jxl2Rl3+jxl3圖3Rl1+jxl1Rl2+jxl2Rl3+jxl3圖3.4潮流計算等值電路圖S3=45X0.85+jX45x0.11=38.25+j4.95AST2PAST2P2+S2—G1 G1XV2NP2+S2(RT]+jXT1)=105-X(0.017+j0.33)=0.19+j3.6352(RT2+jXT2)=10^-x(0.02+j0.3)=0.22+j3.3S=S-AS=35-0.19-j3.6=34.81-j3.6S2=SG2-AST2=35-0.22-j3.3=32.78-j3.3AS=P2+S；x(R+jX)=-^5^x((0.105+j0.196)=1.17+j2.2TOC\o"1-5"\h\zL3 V2 L3 L3 10.52NS'=S+S-AS=34.81-j3.6+32.78-j3.3-1.17+j2.2=66.44-j4.71 2 L3P2+S2 66.442+4.72ASL2二a——X(RL2+jXL22)= X(0.11+j0.21)ASL2NS'=S'+S+AS=66.44-j4.7+32.78-j3.3+4.42+j8.44=103.6—j0.442 3 2L2

本科生課程設(shè)計（論文）4點(diǎn)N笊火挈本科生課程設(shè)計（論文）TOC\o"1-5"\h\zAS=P2,+S；2,x(R+jX)=103.62+0.442x(0.12+j0.218)=11.7+j21.2L1 V2 L1 L1 10.52NS'=S+S'+AS=34.81-j3.6+103.6—j0.44+11.7+j21.2:150.11+j17.161 1 2 L1=66.44—j4.7+4.42+8.44=71.14+j3.74…PxR+QxX150.11x0.12+17.16x0.218AV=1,L1 1'L1= =0.18KV1 V 121?PxX-QxR150.11x0.218-17.16x0.125V= L1 1 L1= =0.25KV1 V] 121V2PxXV2PxX—QxR L2 2" L2V

2 71.14x0.112+3.74x0.215 =0.07KV12171.14x0.215-3.74x0.112 =0.12KV121V2=%：(匕-AVJ2+5Vj=v(121—0.18)2+0.252=120.81KVV3=.v(V2-AV2)2+5V22二弋(121-0.07)2+0.122:120.93KV便可以得到其他各個節(jié)點(diǎn)的電流，它們分別為:S1<3xV

1S，

□ S1<3xV

1S，

□ 150.11+j17.16<3x121103.6-j0.44=0.716+j0.08.v3xV―<3x120.81S3 _66.44-j4.7V3xV3—y3x120.93=0.495+j0.021=0.32-j0.0223.4單相斷線計算電力系統(tǒng)故障總的來說可以分為兩大類：橫向故障和縱向故障。橫向故障是指各種類型的短路?？v向故障是指各種類型的斷線，它指的是網(wǎng)絡(luò)中的兩個相鄰節(jié)點(diǎn)f和f，（都不是零電位節(jié)點(diǎn)）之間出現(xiàn)了不正常斷開或三相阻抗不相等的情況。發(fā)生縱向故障時，由f和f這兩個節(jié)點(diǎn)組成故障端口。本課設(shè)研究單相斷線，如圖3.5所示。 ff,a 0 口 b 0 0 0 0 c圖3.5單相斷線示意圖本科生課程設(shè)計（論文）3.4.1故障處計算故障處的邊界條件為：（3-4）IFA=0 AVF=AVF=0（3-4）若用對稱分量則表示則得： "I-+1-+1-=0（3-5）F1F2F3 >（3-5）AV=AV'=AV-F1 F2 F0J滿足這些邊界條件的復(fù)合序網(wǎng)如圖3.6所示。圖3圖3.6單相斷開的復(fù)合序網(wǎng)圖故障處各序電流為：TOC\o"1-5"\h\zI= Xff0 xIF2 X+X F1FF2 FF0V(0)I'= 行' 卜(3-6)F1 jx(X+X//X)(3-6)FF1FF2FF0I=--FF^—xI-F0X+XF1FF0 FF2 J由上述公式得故障處各序電流分別為：I-=2j/(jx0.34x0.517/(0.34+0.517)+0.517)=2.57F1I-=-0.34/(0.34+0.517)x2.57=-1.02F2

本科生課程設(shè)計（論文）4點(diǎn)N笊火挈本科生課程設(shè)計（論文）IF0=-0.517/(0.34+0.517)x2.57=1.55故障相的斷口電壓為：AVFa=3AVF13xXff2xXff0Xff2+Xff03x0.517x0.34…x2.570.517+0.34兒58AV=AV=0FbFc3.4.23.4.2非故障處計算非故障相電流：廣/x+axX.I=(a2--FF2 FF0-)IFb x+X F1（3-7）FF2（3-7）r(x +a2xxI=(a--FF2 FF0)IFc X+X F1FF2 FF0于是可以得出非故障相電流為:IFb=(ej240°0.517+ej120°x0.340.517+0.34)2.57=1.08IFc=(ej120°0.517+ej240°x0.340.517+0.34)2.57=0.5810本科生課程設(shè)計（論文）4點(diǎn)N笊火挈本科生課程設(shè)計（論文）第4章單相斷線的仿真仿真模型的建立Matlab具有強(qiáng)大的運(yùn)算繪圖能力，為用戶提供了各種領(lǐng)域的工具箱，而且編程語法簡單易學(xué)。我們可以在Matlab中建立電力系統(tǒng)的基本模型。在建立模型初期，會遇到一些設(shè)置上的困難，通過不斷地調(diào)整，我最終完成了系統(tǒng)仿真。在對故障模型進(jìn)行仿真的時候，可以體會到Matlab強(qiáng)大的仿真能力，為電氣工作者提供了簡便、有效地仿真研究方法。我們可以直觀地進(jìn)行故障類型的選擇和波形的查看。本課設(shè)仿真出了兩個仿真圖形，第一個圖形為：系統(tǒng)正常運(yùn)行時，無任何故障，電力系統(tǒng)各個節(jié)點(diǎn)的電壓，電流的波形。第二個圖形為：系統(tǒng)發(fā)生單相斷線故障時（線路L1發(fā)生A相斷線），電力系統(tǒng)各個節(jié)點(diǎn)的電壓，電流的波形。通過兩個仿真圖形的對比，我們可以直觀、清晰地看出系統(tǒng)發(fā)生單相斷線故障時電壓，電流波形的變化程度。方便了我們對單相斷線故障處進(jìn)行分析，同時我們也清楚地了解到單相斷線對我們的危害，同時這也給我們敲響警鐘，我們在日常生活中要對電力系統(tǒng)嚴(yán)謹(jǐn)操作。所以此次課設(shè)的研究題目非常有必要，而且對于電網(wǎng)的研究十分重要。圖4.1系統(tǒng)仿真圖11圖4.1系統(tǒng)仿真圖11本科生課程設(shè)計（論文）4點(diǎn)N?；痍究粕n程設(shè)計（論文）圖4.2系統(tǒng)正常運(yùn)行仿真圖圖4.3圖4.2系統(tǒng)正常運(yùn)行仿真圖圖4.3系統(tǒng)出現(xiàn)單相斷線仿真圖12本科生課程設(shè)計(論文)4點(diǎn)N?；痍究粕n程設(shè)計(論文)仿真結(jié)果及分析本文提出了負(fù)序電流和故障相電壓的能量測度保護(hù)。基于負(fù)序電流的能量測度斷線保護(hù)具有如下特點(diǎn)：(1)單相斷線故障產(chǎn)生的負(fù)序電流在系統(tǒng)中的分配不受中性點(diǎn)接地方式的影響，能量測度保護(hù)原理可以適合各種中性點(diǎn)接地方式。(2)斷線故障的暫態(tài)諧波量主要為低次，提高了線路的靈敏度。(3)單相斷線故障和單相接地故障的能量測度相差很大，在接地故