《短路课程设计论文》word版Word格式.docx

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依据相关资料，自己做出的仿真结果是否与相关资料的结果相符。

学会分析仿真结果，并得出结论。

1.3课题内容

具体参数如下:

f3.f5各自发生短路和同事发生短路时的（三相短路和不对称短路），短路时的短路电压和短路电流，以及分析对发电机的影响。

表1

表2发电机开路时间参数

表3发电机数据

表4STC型励磁机参数

表5汽轮机模型

表6调速器参数

表7线路参数

2短路故障分析

2.1短路故障介绍

电力系统故障表现各异，形式上又可分为短路故障、断线故障（非全相运行），按分析方法分为不对称故障、对称故障，对称故障一般指三相短路故障，不对称故障则包括不对称短路（单相短路接地、两相短路、两相短路接地）和非全相运行（单相断路、两相断路）2种。

电力系统发生短路时，伴随短路所发生的基本现象是：

电流剧烈增加，线端处发生三相短路时，电流的最大瞬时值可能高达额定电流的10-15倍，从绝对值讲可达上万安培，甚至十几万安培。

在电流急剧增加的同时，系统中的电压大幅度下降，例如系统发生三相短路时，短路点的电压将降到零，短路点附近各点的电压也将明显降低。

2.2短路电流计算步骤

（1）绘制计算系统图

在计算用图中应包括与短路电流计算有关的全部电力元件（如系统、发电机、变压器、输电线路等），以及它们之间的连接关系。

在元件旁边应注明它们的技术数据，如额定电压、额定容量、线路的长度及线路型号等。

另外，在计算图上应标明短路点。

为了便于计算，每个元件按顺序编号。

（2）计算各元件参数

根据给定的电力系统，首先确定是用标幺值的计算方法计算短路电流。

一般在有两个及两个以上的电压等级情况下用标幺值的方法较实际值的方法计算简便。

（3）绘制等值网络图

绘制电力系统等值网络图的目的是便于短路电流计算。

图中应标明各元件的序

号及阻抗

（4）网络化简

网络化简是将等值网络化简到最简单的形式，若有两个及两个以上的电源归

并成一个电源。

有并联的回路化简成串联。

采取多电源归并成一个电源的方

法，是因为我们采取了一系列的假设条件，所以在计算中可以用电源的阻抗。

（5）进行短路电流计算

可以用最简单的欧姆定律来计算短路电路，即I=E/X；

2.3不对称故障的分析

在电力系统的故障中，仅在一处发生不对称短路或断线的故障称为简单不对称故障。

它通常分为两类,一类叫横向不对称故障，包括两相短路，单相接地短路以及两相接地短路三种类型。

这种故障发生在系统中某一点的一些相之间或相与地之间，是处于网络三相支路的横向，故称为横向不对称故障，其特点是由电力系统网络中的某一点（节点）和公共参考点（地接点）之间构成故障端口。

该端口一个是高电位点，另一个是零电位点。

另一类故障时发生在网络沿三相支路的纵向，叫纵向不对称故障，它包括一相断相和两相断相两种基本类型，其特点是由电力系统网络中的两个高电位之间构成故障端口。

分析计算不对称故障的方法很多，如对称分量法、分量法以及在ABC坐标系统中直接进行计算等。

目前实际中用的最多的和最基本的方法仍是对称分量法，现在就重点介绍这种方法，其他方法只做简略的介绍。

应用对称分量法分析计算简单不对称故障时，对于各序分量的求解一般有两种方法：

一种是直接联立求解三序的电动势方程和三个边界条件方程；

另一种是借助于复合序网进行求解，即根据不同故障类型所确定的边界条件，将三个序网络进行适当的链接，组成一个复合序网，通过对复合序网的计算，求出电流、电压的各序对称分量。

由于这种方法比较简单，又容易记忆，因此应用较广。

在所讨论的各种不对称故障的分析计算中，求出的各序电流、电压对称分量及各相电流、电压值，一般都是指起始时或稳态时的基频分量。

在工程计算中都假定发电机转子是对称的，也就是忽略了不对称短路时的高次谐波分量。

这种假定对稳极发电机和d轴及q轴都装有阻尼绕组的凸极发电机是比较切合实际的。

根据对称分量法列a相各序电压方程式为：

上述方程式包含了六个未知量，必须根据不对称短路的具体边界条件列出另外三个方程才能求解。

2.4两相短路故障分析

两相短路是四种常见的短路类型之一如图2.1

图2.1两相与三相短路电路图

边界条件为：

（2.41）

用对称分量法可表示为

（2.42）

复合序网络图：

图2.2两相短路的复合序网

正负序电流为：

（2.43）

正负序电压为：

（2.44）

短路点故障电流为

（2.45）

短路点三相电压为

（2.46）

若在短路点b、c两相直接接地，则，各序电流为（设各序阻抗为纯电抗）。

（2.47）

正负序电压为

（2.48）

各相电压为

（2.49）

选取正序电流作为参考相量，负序电流与它的方向相反，正序电压与负序电压相等，都比超前，从而作出其电压、电流相量图，如图（2.3）所示。

（a）电流相量图；

（b）电压相量图

图2.3两相短路时短路点的电流、电压相量图

3课题设计

3.1课题概述

考虑到本次课程设计是基于电力系统仿真软件PSCAD内容，我们首先确定设计的大致框架，然后在对模块进行设计，其中包括系统的输出测量模块，对故障母线和非故障母线上的短路电流短路电压进行测量，可以直观的看到各个量的变化曲线，对题目所要求的参数进行修正，从而完成设计。

3.2课题设计图

根据课题要求得到课题设计图如图3.1、图3.2、图3.3所示

3.2.1无励磁系统加PS的电力系统图

图3.1无励磁系统加PS的电力系统图

3.2.2配有励磁装置加PS的电力系统的系统图

图3.2配有励磁装置加PS的电力系统的系统图

3.2.3配有励磁装置和调速器系加PS的电力系统统图

图3.3配有励磁装置和调速器系加PS的电力系统统图

3.3课题步骤图

发电机模型首先由等值发电机等效进行仿真，在逐步加上励磁系统，调速系统，汽轮机系统构成。

再在发电机模型中加入各种参数最后构成大的发电机系统。

其等效图如图3.4所示。

图3.4发电机模型

我们组是实现3号和5号母线的各种类型的短路故障的仿真，在做三相短路的时候需要用分线工具将单项线分解为三相线路，把三相线路分别接至短路控制其加以控制，控制数据见图，在加上短路时间控制器实现对短路的控制，用于控制短路时间的长度，然后再三相线路上分别加上电流表用于测量短路电流，加上电压表用于测量电压。

下面以6号母线短路作为示例，模型如图3.5所示。

图3.5短路点的等效模型

如图所示，FAULTS作为短路控制器，不同的短路类型可以双击FAULTS进行设置。

TIMEDFAULTLOGIC为时间控制器件，控制短路时间。

分线工具连接到6号母线，用于与母线短路的仿真。

由于线路参数比较小，且对于我们此次的6号母线短路影响不大，所以在构建电力

系统时，将线路参数进行小部分的忽略。

4PSCAD电力系统短路计算建模和仿真过程

4.1PSCAD电力系统短路计算建模和仿真过程

图4.1建模过程流程图

按照上述方式仿真短路，以a相接地短路为例

4.1.1新建项目文件

启动软件，选择File/New/Case，在项目窗口就会出现一个默认为noname的文件，点击保存出现保存文件对话框。

填好保存路径和文件名。

双击项目栏中的文件名，右侧显示空白工作区域。

4.1.2构造电气主接线图

（1）在master中找到所需要的电气元件，本组实验为短路实验，在发电机组中找到相应的同步发电机，在发电机选择的同时将实验数据输入发电机中，输入相电压，相电流的参数，如无调速器可以加入相应合适的定值。

图4.2发电机模型图图4.3励磁系统模型图图4.4调速器模型图

（2）选择连接线和变压器。

图4.5变压器模型图图4.6变压器参数设定图

在变压器选项中设置变压器原边和副边的变比，依据短路实验的数据设定。

在线路模型选择时，我们应该选择电阻电抗串联等值电路模型。

图4.7传输线路模型及参数设定图

（3）本组实验在6号母线短路故障点，在master中找到短路故障时的元器件。

图4.8短路故障点模型图

图4.9短路类型选择图

本组的课题研究单相短路，在设置时，我们设置a相短路，其他相均为正常，中性点接地。

图4.10短路时间设置图

在设置短路时间时，我们设定短路时间为0.15s，这为了防止短路时间过长导致波形不明显。

（4）在4短路点设置信号源，可以测量短路点的线电流和线电压。

、

图4.11电压电流信号源图

通过设置出现波形图可观察故障点的电压电流波形。

4.2短路故障的仿真

4.2.1短路情况的仿真分析

可以看到系统在三相短路时其电流的波形如下。

（1）A相接地短路波形图

图4.1.1f5点A相短路接地电压电流

f5点A相短路接地A相电压变为零，电流突变，B.C相电压增大，电流为零。

图4.1.2f5点AB相短路接地电压电流

f5点AB相短路接地A.B相电压变为零，电流突变，C相电流为零，电压变大。

图4.1.3f5点ABC三相短路电压

f5点ABC三相短路电压全变为零，电流都变大。

图4.1.4f3点A相短路接地电流电压

f3点A相短路接地电流突变大，电压变为零，B.C相电压增大，电流为零。

图4.1.5f3点AB相短路接地电流

f3点AB相短路接地A.B相电压变为零，电流突变，C相电流为零，电压变大。

图4.1.6f3点ABC相短路电流

（2）两相不接地短路波形

图4.2.1f5点AB相短路电压电流

f5点AB相短路电压变小，电流突变大。

C相电流变为零，电压不变。

图4.2.2f3点AB相短路电压

就整个仿真过程中而言，我们遇到了很多的的问题，比如进行编译时提示有错误、参数不对、发电机名字相同这些问题。

我们通过错误提示找到问题所在，通过很多次的尝试，特别是新型励磁的定义，经过很多次的实验才最终建立起来。

终于实现了仿真。

总结

本次电力系统课程设计，在黄肇老师悉心的指导与帮助以及各位组员的共同努力下，终于在规定时间内成功完成。

本设计从开始到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，在此，谨向黄老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！

我们组的任务是对3号和5号母线各自发生短路和同时发生短路时的短路电流和电压结果进行分析以及对发电机的影响。

通过各位组员的积极配合，共同查阅相关资料，并一起讨论开会，最后都各尽其职地出色的完成了任务。

虽然这次课程设计只有短短的两个星期，但在这段时间内，所学到的知识却很多。

通过本次课程