電力系統(tǒng)的課程設(shè)計

目錄TOC\o"1-5"\h\z課程設(shè)計（論文）任務(wù)齊 （1）第一章.電力系統(tǒng)短路故障概述 （1）第二章、電力系統(tǒng)單相短路計算原理 （2）\o"CurrentDocument"2.1簡單不對稱故障的計算方法 （2）2.2對稱分量法 （5）2.3基于matlab仿真 （6）第三章、電力系統(tǒng)短路故障計算實例 （7）3.1對稱分量法應(yīng)用 （7）3.2基于matlab的仿真 （13）\o"CurrentDocument"3.2仿真結(jié)果分析 （15）3.3兩種方案對比 （16）結(jié)束語 （19）參考文獻 （20）第一章?電力系統(tǒng)短路故障概述1、 短路產(chǎn)生的原因有很多，主要有以下幾個方面：.元件損壞例如絕緣材料的自然老化，設(shè)計，安裝維護不良所帶來的設(shè)備缺陷發(fā)展成短路等，⑵?氣象條件惡化例如雷擊造成的閃絡(luò)放電或避雷器動作，架空線路由于大風或?qū)Ь€覆冰引起電桿倒塌.違規(guī)操作，例如運行人員帶負荷拉刀閘，線路或設(shè)備檢修后未拆除接地線就加上電壓等；.其他，例如挖溝損傷電纜，鳥獸跨接在裸露的載流部分等。2、 短路的危害隨著短路類型、發(fā)生地點和持續(xù)時間的不同，短路即能只破壞局部地區(qū)的正常供電，也能威脅整個系統(tǒng)的安全運行。短路的危險后果一般有以下的幾個方面：.短路故障使短路點附近的支路中出現(xiàn)比正常值大的電流，由于短路電流的電動力效應(yīng)，導體間將產(chǎn)生很大的機械應(yīng)力，使導體和它們的支架遭到破壞。.短路電流使設(shè)備發(fā)熱增加，短路持續(xù)時間較長時，設(shè)備過熱以致?lián)p壞。.短路時系統(tǒng)電壓大幅度下降，對用戶影響很大。系統(tǒng)中最主要的電力負荷是異步電動機，它的電磁轉(zhuǎn)矩同端電壓的平方成正比，電壓下降時，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩顯著減小，轉(zhuǎn)速隨之下降。當電壓大幅度下降時，電動機甚至可能停轉(zhuǎn)，造成產(chǎn)品報廢，設(shè)備損壞等嚴重后果。?當短路發(fā)生地點離電源不遠而持續(xù)時間又較長時，并列運行的發(fā)電廠可能失去同步，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定，造成大片地區(qū)停電。這是短路故障的最嚴重后果。.發(fā)生不對稱短路時，不平衡電流能產(chǎn)生足夠的磁通在鄰近的電路內(nèi)感應(yīng)出很大的電動勢，這對于架設(shè)在高壓電力線路附近的通訊線路或鐵道訊號系統(tǒng)等會產(chǎn)生嚴重的影響。3、 ?短路故障分析的內(nèi)容和目的短路故障分析的主要內(nèi)容包括故障后電流的計算、短路容量的計算、故障后系統(tǒng)中各點電壓的計算以及其他的一些分析和計算，如故障時線路電流與電壓之間的相位關(guān)系等。短路電流計算與分析的主要目的在于應(yīng)用這些計算結(jié)果進行繼電保護設(shè)計和整定值計算，開關(guān)電器、串聯(lián)電抗器、母線、絕緣子等電氣設(shè)備的設(shè)計，制定限制短路電流的措施和穩(wěn)定性分析等。第二章、電力系統(tǒng)單相短路計算原理2.1簡單不對稱故障的計算方法在電力系統(tǒng)的故障中，僅在一處發(fā)生不對稱短路或斷線的故障稱為簡單不對稱故障。它通常分為兩類，一類叫橫向不對稱故障，包括兩相短路，單相接地短路以及兩相接地短路三種類型。這種故障發(fā)生在系統(tǒng)中某一點的一些相之間或相與地之間，是處于網(wǎng)絡(luò)三相支路的橫向，故稱為橫向不對稱故障，其特點是由電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的某一點（節(jié)點）和公共參考點（地接點）之間構(gòu)成故障端口。該端口一個是高電位點，另一個是零電位點。另一類故障時發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)沿三相支路的縱向，叫縱向不對稱故障，它包括一相斷相和兩相斷相兩種基本類型，其特點是由電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的兩個高電位之間構(gòu)成故障端口。分析計算不對稱故障的方法很多，如對稱分量法、0分量法以及在abc坐標系統(tǒng)中直接進行計算等。此外，matlab仿真也常用于短路故障計算。目前實際中用的最多的和最基本的方法仍是對稱分量法和matlab仿真，現(xiàn)在就重點介紹這兩種方法，其他方法只做簡略的介紹。2.2對稱分量法分析簡單不對稱故障對稱分量法是分析不對稱故障的常用方法，根據(jù)對稱法，一組不對稱的三相量可以分解為正序、負序、零序三相對稱的三相量?？梢哉f對稱分量法解決四種常有的不對稱故障是非常有效的。下面就用對稱分量法分析單相（a相）接地短路為例。單相接地短路時的系統(tǒng)接線圖如圖2-1所示。單相接地短路時的系統(tǒng)接線圖2-1

假定a相接地短路，短路處以相量表示的邊界條件方程為U二o；i二I二oka kbkc轉(zhuǎn)換為對稱分量關(guān)系UJ二UJ +UJ二UJ +UJ +UJ 二O或U} 二—ka kal ka2i=i=ikalka2kaOkaOka1（Uika2+UkJ由上式可以推出:Ika1二Ika1X+X+Xka2kaO

lS 2SOS從而確定短路點電流和電壓的各序分量如下：I=I=Ikal ka2 kaOuj =-i x =-i xka2 ka22S kal2Suj =-i x =-i xkaO kaOOS kalOSUi =-（UJ +UJ ）=-i（X+X）=E-1Xkal ka2kaO kal 2S OS alSkal1S電壓和電流的各序分量，也可直接用復合序網(wǎng)來求得。根據(jù)故障處各序量之間的關(guān)系，構(gòu)成復合序網(wǎng)如圖2-2：??圖2—2單相接地短路時的復合序網(wǎng)圖根據(jù)據(jù)對稱分量的合成公式，可得各相電流、電壓為i二i+1 +i二3i二3i二3ikaka1ka2kaO ka1 ka2 kaO>i=(a2+a+1)i =i=0TOC\o"1-5"\h\zkb ka1kc 丿U=U+U+U=0ka ka1ka2 kaO+(a2-1)X]>o工+(a-1)X]0工丿U +(a2-1)X]>o工+(a-1)X]0工丿kb ka1 ka2kaOka1 2工U 二aU +a2U +U 二i [(a-a2)Xkc ka1 ka2kaOka1 2工因i=i=i，作出電流相量關(guān)系如圖2-3(b)所示。ka1ka2kaO假定z和z得阻抗角相等(或為純電抗)，由U=-iX,0工 2工 ka2 ka22工U二-ix可知，U滯后i的相位角為90o,U滯后i的相角為90o，kaOkaO0工 ka2 ka2 kaO kaO又U=-(U+U)，作出故障點電壓相量圖如圖2-3(a)所示。圖中示出的ka1 ka2kaO電壓相量關(guān)系對應(yīng)的是X〉X的情況，根據(jù)式(4-21)，此時9<120o。0工2工 ulaIlaI圖2-3單相接地短路處的電壓電流相量圖從以上的分析計算可知，單相接地短路有以下一些基本特點:(1)短路處出現(xiàn)了零序分量。短路處故障中的各序電流大小相等，方向相同，故障相中的電i二ka3i=3i=3i，而兩個非故障相中的電流均為零。ka1ka2kaO短路處正序電流的大小與在短路點原正序網(wǎng)絡(luò)上增加一個附加阻抗Z(1)二X+X而發(fā)生三相短路時的電流相等。A 2工 0工(4)短路點故障相的電壓等于零。在假定X和X的阻抗角相等的情況下，兩個非故障相電壓的幅值總TOC\o"1-5"\h\z0工 2EX X等,相位差角0的大小決定于良的比值，當紅比值在0X范圍內(nèi)變化時,u X X2工 2工X X0的變化范圍為60。＜0 180。，60o對應(yīng)oe比值為*的情況，180。對應(yīng)、嚴比值接u u X X2E 2E近于零的情況。2.3基于matlab仿真方法Matlab在電力系統(tǒng)建模和仿真的應(yīng)用主要由電力系統(tǒng)仿真模塊(PowerSystemBlockse,t簡稱PSB)來完成.PSB程序庫含有代表電力網(wǎng)絡(luò)中一般部件和設(shè)備的Simulink程序塊，通過PSB可以迅速建立模型，并立即仿真.PSB程序塊程序庫中的測量程序和控制源起到電信號與Simulink程序之間的連接作用.Simpowersystem的界面如2-4圖Library:SimPowerSystemsSearchResults:(none)Measurements陽竄黑E Ul EEbQ如LT回MgmesMeasurementsII.pa^sr^ulIpowersuiElectronics 圖2-4Simpowersystem的界面使用matlab仿真時首先要做的是搭建系統(tǒng)圖，在搭建好系統(tǒng)系統(tǒng)圖后，我們需要對各模塊參數(shù)進行設(shè)置。這些做好以后就可以開始仿真了。進行系統(tǒng)仿真與穩(wěn)態(tài)分析：按Startsimulation按鈕進行仿真，在仿真進行期間，可以打開Vs模塊對話框修改幅值，觀察兩個示波器的效果,同樣的，你也可以修改頻率和相位等其它參數(shù)。在示波器窗口里，你可以對波形中感興趣的區(qū)域利用鼠標左鍵選擇進行縮放。在仿真中采用的算法是ode45，然而，在更多的仿真應(yīng)用中，系統(tǒng)里含有很多的斷路器和非線性模型，你就必須選用特定的算法。為了更方便的對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)進行分析，將powerlib庫中的powergui模塊復制到circuitl中。雙擊該模塊打開它，從powergui的分析工具菜單里選擇穩(wěn)態(tài)電壓/電流選項，測量模塊所測量到的穩(wěn)態(tài)相量以極坐標的形式顯示出來。在該窗口中，還可以選擇顯示電源和各元件狀態(tài)變量的穩(wěn)態(tài)值。此外，從powergui的工具菜單中選擇初始狀態(tài)設(shè)置可以對狀態(tài)變量的初始值進行設(shè)定。第三章、電力系統(tǒng)短路故障計算實例例：如圖3-1所示的系統(tǒng)中，在母線L上發(fā)生三種金屬性不對稱，短路故障，試分別計算短路瞬間故障點的短路電流和各相電壓。已知參數(shù)如下：發(fā)電機G:Sn=30MV0.2變壓器T-l:S=發(fā)電機G:Sn=30MV0.2變壓器T-l:S=30MV-A,V=10.5%N S變壓器T-2：S=30MV-A,V=10.5%N S線路L:l=60km,x=0.40/km,x=3x(1)(0)(1)。負荷51和SLD2的容量為25MV-A。3?1對稱分量法分析解：(1)由圖(a)所示的線路圖可知，線路的正序，負序，零序電路圖如下:圖3-1系統(tǒng)線路jXTl.ljXSLl.ljXG1.2圖(a)線路的正序電路jXTl.2jXL1.2jXT2.2jXSLl.2圖(b)線路的負序電路jXTl.ljXSLl.ljXG1.2圖(a)線路的正序電路jXTl.2jXL1.2jXT2.2jXSLl.2圖(b)線路的負序電路圖(c)線路零序電路⑵求各元件參數(shù)的標幺值，選取基準值如下：S=30MV-A,U=UB B av發(fā)電機：Sx=x"=0.2亠=0.2⑵dSGN變壓器T-1:TOC\o"1-5"\h\zV% S 30x=—s *」=0.105x=0.105\o"CurrentDocument"T1.1 100S 30TNx=x=xT1.1 T1.2 T1.0同理變壓器T-2有：T2.1TT2.1T2.2xT2.0=0.105線路：TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"S 30x=x=x*l*蟲=0.4x60x=0.0544l1.1 l1.2 1 U21152Bx=3x=0.1632l1.0 l1.1負荷SLD1：TOC\o"1-5"\h\zS 30x=1.2*亠=1.2x=1.44S11.1 S 25LDS 30x=0.35*亠=0.35x=0.42sl1.2 U2 25B同理負荷SLD2有：x=1.44,x=0.42sl2.1 sl2.2各序網(wǎng)絡(luò)的等值參數(shù)為：正序電抗：x=[(x //x )+x+x]//(x +x)=0.2731T G1.1 sl1.1 T1.1 11.1 T2.1sl2.1負序電抗：x =[(x //x)+x+x]//(x +x)=0.1882z G1.2 sl1.2T1.2 11.2 T2.2si2.2零序電抗：x=(x +x)//(x)=0.0750工 T1.0 11.0 T2.0(3)計算各序電氣量及各向量a:單相(a相)接地短路以c相為基準相的邊界條件為：I=I=IU=U+U+U=0kc1 kc2 kc0;kc kc1 kc2kc0根據(jù)這些邊界條件，可得：(1)由復合序網(wǎng)求故障點處的各序電流電壓：1.957i=i=i= uk = j10 1.957kc1 kc2 kc0X+X+Xj(0.188+0.273+0.075)1E 2E 0EU =-jl X =-j1.957X0?075=-j0?147kc0 kc0 0eU =-jl x =-j1.957X0.188=-j0.368kc2 kc22eU =-(U +U)=-j0?515kc1 'kc2 kc0丿(2)求故障點的各相電流、電壓。I=I=0kakbI=31 =3xl.957=5.871kc kclU=a2(j0.515)+a(-jO.368)+(-jO.147)=0.765-j0?293kaU=a(jO.515)+a2(-jO.368)+(-j0?147)=—0.765-j0?293kbU=0kc(3)求各電氣量的有名值：短路點所在電壓等級的電壓、電流基準值為：115 30U二 二66.4(KV),I二 二0.151(KA)B芒 BJ3x115I=I=5.871x0.151=0.887(KA)所以有：短路電流KKCU=U=0.819x66.4=54.38(KV)ka kbb:兩相(b相和c相)短路：此時以a相為基準相的邊界條件為：I-二0,I-+1-二0,U 二Uka0 ka1 ka2 ka1 ka2根據(jù)這些邊界條件，可得：(1)由復合序網(wǎng)求故障點處的各序電流電壓：I= UK = j1.° =2.169ka1X+Xj(0.188+0.273)1工 2工I=—I =—2.169ka2 ka1U=0ka0U=—jxI =—j2.169X0.273=—j0.592kQJ408ka1 遼kQJ408U.=—jxIka2=jxka2 2zka2 2z(2)求故障點處的各相電流、電壓Ikb一用S一用x2.169一j3?757Ikc=-Ikb=jv"3Ika1=j3-757U=2U =j2x I=j2X0.188x2.169=0.816ka ka1 2zka11U_U=—0.408kb 2kaUkc=Ukb=—0.408(2)求各電氣量的有名值：同(a)單相短路的短路點的電壓、電流基準值，此時的基準值為:115 30U二 二66.4(KV),I二 二0.151(KA)B 73 B 呂x115

所以有:I=I=I=3.757x0.151=0.567(KA)kkbkcU=0.816x66.4=54.182(KV)kaU=0.408x66.4=27.091(KV)肋U=U=27.091(KV)kc kb3.2基于matlab的仿真用matlab中simulink的simpowersystem模塊搭建系統(tǒng)主電路圖見下圖3-2Scopel—AVabcConstantl10e3―ConstantContinuouspov/erguiThree-PhaseV-IMeasurementThree-PhaseSeriesRLCLoad2Three-PhaseTransformer(TwoWindings)2c也'TgAVabcConstantl10e3―ConstantContinuouspov/erguiThree-PhaseV-IMeasurementThree-PhaseSeriesRLCLoad2Three-PhaseTransformer(TwoWindings)2c也'Tg匚SimplifiedSynchronousMachineSIUnitsThree-PhaseFaultThree-PhaseTransformer(TwoWindings)!J?DistributedParametersLinelThree-PhaseSeriesRLCLoa圖3-2系統(tǒng)線路仿真線路3.3仿真結(jié)果及分析_u-605自3.3仿真結(jié)果及分析_u-605自0PP|圖3-3單相（c相）接地仿真圖1、單相接地短路分析改變?nèi)喽搪吩?shù)為c相接地短路，得到線路單相接地短路時，短路點的短路電壓和電流波形，如圖所示.在0—0.15s時線路逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)，三相電流、電壓對稱。在0.15s時發(fā)生C相接地短路，C相電壓大大減小，A、B相電壓也相對減少，故障相C相電流迅速上升為短路電流，C相電壓，A、B相電流應(yīng)該為0,但由于系統(tǒng)最后有負載，所以波形圖上顯示的C相電壓，A、B相電流不為零。在0.3s時，故障切除，三相電壓電流經(jīng)暫態(tài)后重新達到新的穩(wěn)定狀態(tài)，恢復三相對稱運行的工作狀態(tài)。

圖3-4兩相（B圖3-4兩相（B、C相）短路仿真圖2、兩相短路分析改變?nèi)喽搪吩?shù)為B、C相間短路，得到線路兩相短路時，短路點的短路電壓和電流波形，如圖所示.在0—0.15s時線路逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)，三相電流、電壓對稱。在0.15s時發(fā)生B、C兩相短路，A相電壓基本不變。B、C相電壓減少，故障相B、C相電流迅