不對(duì)稱(chēng)短路故障分析與計(jì)算(電力系統(tǒng)課程設(shè)計(jì))

工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)題目:不對(duì)稱(chēng)短路故障分析與計(jì)算專(zhuān)業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)：YYYYYYY班學(xué)號(hào)：YYYYYYYYY學(xué)生姓名：YYY指導(dǎo)教師：YYY老師20XX年X月X日%力程^題目：不對(duì)稱(chēng)短路故障分析與計(jì)算（手算或計(jì)算機(jī)算）―、原始資料a+j6MVAT1WkV10LV6kVT1WkV10LV6kVEIOMW?：備外=0?85KbEIOMW?：備外=0?85Kb收斗兔電廠(chǎng)W2l）DOkWCQ$pM=0.?5起動(dòng)廉?dāng)?shù)為氐5用電気莪（電動(dòng)機(jī)〉25MWMH外一0-3才H.L3水電廠(chǎng)1、 發(fā)電機(jī)參數(shù)已經(jīng)給定。2、 變壓器型號(hào)：Tl:SFL7-16/110-86-23?5-10?5-0?9T2、T3:SFL7-31.5/110-148-38?5-10?5-0?8T4:SF7-10/110-59-16?5-10?5-1?03、 輸電線(xiàn)路型號(hào)已給定。4、 需要數(shù)據(jù)查閱《新編工廠(chǎng)電氣設(shè)備手冊(cè)》二、要求:1嚴(yán)格按照給定內(nèi)容格式書(shū)寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告。2、 根據(jù)原始資料，用手算或者程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)短路電流（單相、兩相短路、兩相短路接地）計(jì)算。3、 計(jì)算機(jī)算時(shí)給出算法的運(yùn)行原理和軟件編寫(xiě)流程。4手算時(shí)給出計(jì)算步驟。三、答辯：1、 以ppt形式提供該組所做的主要工作。2、 回答老師提出的問(wèn)題。摘要在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，時(shí)常會(huì)發(fā)生故障，其中大多數(shù)是短路故障（簡(jiǎn)稱(chēng)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(duì)稱(chēng)短路具有非常重要意義。無(wú)論是采用面向?qū)ο蟮腣B語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)短路計(jì)算,還是用MATLAB中的Simulink或Simpowersystems都要熟悉基本的計(jì)算原理，本課題將通過(guò)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A(chǔ)bstract:Intheoperationofpowersystem,thereareoftenfailures,mostofwhichareshortcircuitfaults(short).theshort-circuitcalculationisoneofthemostcommonlyusedcalculationforpowersystem..Regardlessofthechoice,thecalibrationelectricalequipmentperformanee,ortherelayprotectiondevice'ssettingcalculation,allneedstocarryontheshortcircuitcomputation.Soitisveryimportanttoanalyzeandcalculatetheasymmetricshort-circuit.BoththeorientedobjectofVBlanguagetoachieveshortcircuitcalculation,orusingMATLABSimulinkandSimPowerSystemstofamiliarwiththebasicprincipleofcalculationandthesubjectbyp.u.valuecalculationofpowersystemanalysis.Keywords:powersystemshortcircuitevaluation Per-unitvalue目錄摘要 3TOC\o"1-5"\h\z目錄 5\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)背景 1\o"CurrentDocument"參數(shù)分析 22.1發(fā)電機(jī)參數(shù) 32.2變壓器T參數(shù) 3線(xiàn)路參數(shù) 4負(fù)載參數(shù) 4\o"CurrentDocument"計(jì)算流程 43.1標(biāo)幺值計(jì)算 43.2帶入數(shù)值計(jì)算 5\o"CurrentDocument"等值簡(jiǎn)化 7\o"CurrentDocument"結(jié)果分析 95.1短路可能產(chǎn)生的原因 95.2短路可能造成的危害 95.3短路預(yù)防 10\o"CurrentDocument"總結(jié) 11\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 12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(xiàn)）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(wàn)安甚至幾十萬(wàn)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各種形式的過(guò)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(méi)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(xiàn)加加上電壓等誤操作，也會(huì)引起短路故障。短路對(duì)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(guò)設(shè)備會(huì)使發(fā)熱增加，當(dāng)短路持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，可能使設(shè)備過(guò)熱而損壞；（2）很大的短路電流通過(guò)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(duì)用戶(hù)工作影響很大（4）發(fā)生接地短路時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不平衡電流及磁通，將在領(lǐng)近的平行線(xiàn)路內(nèi)感應(yīng)出很大的電動(dòng)勢(shì)。（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(duì)稱(chēng)的，故稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)短路。其他的幾種短路的三相回路均不對(duì)稱(chēng)，故稱(chēng)為不對(duì)稱(chēng)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(jiǎn)單的單相接地短路進(jìn)行計(jì)算分析，不僅可以為今后的學(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(duì)電力線(xiàn)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(guò)對(duì)不對(duì)稱(chēng)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(dòng)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(xiàn)路對(duì)通信線(xiàn)路的影響。參數(shù)分析100kmLGJ-120100kmLGJ-150負(fù)載T1T210KVG1T1:SF7-16/110-86-23.5-10.5-0.9T2,T3:SF7-31.5/110-148-38.5-10.5-0.8K350kmLGJ-150110KV、T310KVT4:SF7-10/110-59-16.5-10.5-1.0T46KV100kmLGJ-120100kmLGJ-150負(fù)載T1T210KVG1T1:SF7-16/110-86-23.5-10.5-0.9T2,T3:SF7-31.5/110-148-38.5-10.5-0.8K350kmLGJ-150110KV、T310KVT4:SF7-10/110-59-16.5-10.5-1.0T46KV2.1發(fā)電機(jī)參數(shù)G1:為水電廠(chǎng)，額定容量110MVA,cos申二0.85X”二0.264NdG2、G3:為水電廠(chǎng)，額定容量25MVA,cos申二°8X”二0.13NdM:電動(dòng)機(jī)（用電負(fù)載），2000KW,cos申n=0-85，起動(dòng)系數(shù)為6.52.2變壓器T參T1:額定容量16MVA，一次電壓110KV，短路損耗86KW，空載損耗23.5KW，阻抗電壓百分值Uk%=10?5，空載電流百分值I。％=0?9。變壓器連接組標(biāo)號(hào)：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Io%=O?&變壓器連接組標(biāo)號(hào)：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I。％=1.0。變壓器連接組標(biāo)號(hào)：Ynd11。2.3線(xiàn)路參數(shù)LGJ-120:截面120m2,長(zhǎng)度100km,每條線(xiàn)路單位長(zhǎng)度的正序電抗X。⑴二0.3910/km，零序電抗X（0）=3X°⑴，每條線(xiàn)路單位長(zhǎng)度的對(duì)地電容b=2.92x10-6S/km。0（1）LGJ-150：截面150m2，長(zhǎng)度100km，每條線(xiàn)路單位長(zhǎng)度的正序電抗X。⑴二0.3840/km，零序電抗X（o）=3X°⑴，每條線(xiàn)路單位長(zhǎng)度的對(duì)地電容b=2.97x10-6S/km0（1）2.4負(fù)載參數(shù)容量8+6jMVA，在基準(zhǔn)容量Sq=100MVA下，負(fù)載負(fù)序電抗標(biāo)幺值為X0（2）=0.35，B0（2）零序電抗標(biāo)幺值X（0）=1.2。計(jì)算流程3.1標(biāo)幺值計(jì)算發(fā)電機(jī)電抗X_X%SX—G?-BCOSQ （丄）G100PCOS9NN式中X%:發(fā)電機(jī)電抗百分?jǐn)?shù)，由發(fā)電機(jī)銘牌參數(shù)的X"X100二X%；G d GS:已設(shè)定的基準(zhǔn)容量（基值功率），單位MV?A；BP:發(fā)電機(jī)的額定有功功率，單位MW;NCOS9:發(fā)電機(jī)額定有功功率因數(shù)。N變壓器電抗U%SX二—? - （2）t100SNT變壓器中主要指電抗，因其電抗X?R，即R可忽略，由變壓器電抗有名值推出TTT變壓器電抗標(biāo)幺值為SU2U%X二一B?―NT?K——TU2 S100BNT式中UK%：變壓器阻抗電壓百分?jǐn)?shù)；KS:基準(zhǔn)容量，單位MV?ABS、Unt:變壓器銘牌參數(shù)給定額定容量，MV?A、額定電壓?jiǎn)挝籏V;NTU:基準(zhǔn)電壓U取平均電壓U，單位KV。B B av線(xiàn)路電抗SX二一Bx1 ⑷WU20B式中x0:線(xiàn)路單位長(zhǎng)度電抗；1:線(xiàn)路長(zhǎng)度，單位km；S:基準(zhǔn)容量，單位MV?A；BU:輸電線(xiàn)路額定平均電壓，基準(zhǔn)電壓U二U，單位KV。B Bav注意：因?yàn)閄>>R，所以R沁0。WWW負(fù)載電抗U2U2STLQL式中u:元件所在網(wǎng)絡(luò)的電壓標(biāo)幺值;SL:負(fù)載容量標(biāo)幺值；QL:負(fù)載無(wú)功功率標(biāo)幺值電動(dòng)機(jī)電抗（近似值）XML6.5XML6.56）式中SB:設(shè)定的基準(zhǔn)容量，單位MV?A；P:電動(dòng)機(jī)額定的有功功率，單位MW；NCOS9:電動(dòng)機(jī)額定有功功率因數(shù)。N3.2帶入3.2帶入計(jì)算發(fā)電機(jī)電抗標(biāo)幺值由公式（1）得x=0.264x1°0=0.204

i(i)110/0.85x2(1)0.13x10025/0.8x2(1)0.13x10025/0.8=0.416x3(1)0.13x10025/0.8=0.416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：X二正序電抗標(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：X二X二X1(1)1(2)1(0)XX二X2(1)2(2)2(0)XXX3(1)3(2)3(0)變壓器電抗值標(biāo)幺值由公式（2）得xT110.5而100x—16=0.656xT3xT110.5而100x—16=0.656xT310.5 100x—100 31.5=0.333xT210.5 100x—100 31.5=0.333xT4匹x型=1.0510010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：XT1(1)二XT1(2)二XX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：XT1(1)二XT1(2)二XX=X=XT2(1)T2(2)X二X二XT3(1)T3(2)X=X=XT4(1)T4(2)T1(0)T2(0)T3(0)T4(0)線(xiàn)路電抗標(biāo)幺值由公式（4）得X=0.391X100x=0.296；1152X=0.384x100x巴0=0.290；1152X=0.384x50x=0.145；1152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：X二X二X二1/3X5(1) 5(2) 5(0)X二Xx3二0.888;5(0) 5(1)\o"CurrentDocument"X\o"CurrentDocument"X二X 二1/3X ;6(1) 6(2) 6(0)X二Xx3二0.870;6(0) 6(1)X二X二1/3X;7(1) 7(2) 7(0)X二Xx3二0.435;7(0) 7(1)負(fù)載電抗標(biāo)幺值由公式（5）得XLXL(1)<82+62/100100負(fù)載負(fù)序電抗標(biāo)幺值為X 二0.35，零序電抗標(biāo)幺值X 二1.2。L（2） L（0）電動(dòng)機(jī)電抗標(biāo)幺值由公式（6）得X=1x100x0.85=6.538；

M（1） 6.5x2（1） 由于異步電動(dòng)機(jī)定子繞組是星形或三角接法，零序電流不能通過(guò)異步電動(dòng)機(jī)，零序電抗無(wú)限大。（2） 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，負(fù)序電流通過(guò)時(shí)，雖然定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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：X二X-X二infM(1)M(2)M(0)對(duì)下標(biāo)的說(shuō)明：各元件下標(biāo)括號(hào)外的數(shù)字表示為第幾個(gè)原件，括號(hào)內(nèi)的數(shù)字1,2,0分別表示正序，負(fù)序，零序。例如：X二X1（0）第一個(gè)元件（零序）等值簡(jiǎn)化短路點(diǎn)正序標(biāo)幺值為：X 二(X +X+X )//(X +X )//(X +X )//(X +X +X )//(X +X )ff(1) 1(1) T1(1) 5(1)2(1) T2(1) 3(1)T3(1) M(1) T4(1) 7(1)6(1) L(1)二(O.2O4bO.656bO.296〃(0.416bO.333〃(0.416bO.333〃(6.538i4.OBO.145〃(0.286)=1.155/0.375/7.733/6.29二0.262短路點(diǎn)負(fù)序標(biāo)幺值為：X =(X +X +X )//(X +X )//(X +X )//(X +X +X )//(X +X)ff(2) 1(2) T1(2) 5(2) 2(2)T2(2) 3(2) T3(2) M(2) T4(2) 7(2) 6(2) L(2)=(0.204+0.6520.29?〃(0.41心0.333〃(0.41心0.333〃(6.53鼾1.05+0.14f)//(0.29+0.35)=1.155//0.375//7.733//0.64=0.283//7.733//0.64=0.273//0.64=0.191短路點(diǎn)零序標(biāo)幺值為：X =(X +X)//X//X //(X +X )//(X +X)ff(2) T1(0) 5(0)T2(0) T3(0) T4(0) 7(0) 6(0)L(0)=(0.656+0.885)//0.333//0.333//(1.05+0.435)//(0.87+1.2)=1.541//0.333//0.333//1.485//2.07=1.541//0.1665//1.485//2.07=0.15//1.485//2.07=0.136//2.07=0.128不對(duì)稱(chēng)短路的短路電流正序分量標(biāo)幺值：I= —f(1)X+X+Xff(1) ff(2) ff(0)_1_0.262+0.191+0.128_1_0.581_1.72短路電流的標(biāo)幺值：I=3xI =3x1.72=5.16ff(1)短路電流的幅值：I=IKS100XT—5.16x_ —2.59(KA)fw3U <3x115B短路沖擊電流幅值：i二2.55xI二2.55x2.59二6.6045(KA)sh K短路點(diǎn)非故障相對(duì)地電壓：V*=(a2-a)X* +(a2-1)X* ]I* =0.549a2-0.329a-0.220fb ff(2) ff(0)fa(1)V*=[(a-a2)X* +(a一1)X*]I* =0.549a一0.329a2一0.220fc ff(2) ff(0)fa(1)結(jié)果分析5.1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)備中的缺陷和維護(hù)不當(dāng)所成的。例如過(guò)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(kāi)隔離開(kāi)關(guān)或檢修后未撤接地線(xiàn)就合斷路器等;設(shè)備長(zhǎng)期過(guò)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(xiàn)斷線(xiàn)等也會(huì)造成短路。5.2短路可能造成的危害短路電流所產(chǎn)生的電動(dòng)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(guò)網(wǎng)路阻抗,必將使網(wǎng)路產(chǎn)生很大的電壓損失。