电力系统对称短路计算与仿真(2).doc

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辽宁工业大学

《电力系统分析》课程设计（论文）

题目：

电力系统对称短路计算与仿真

（2）

院（系）：

专业班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

教师职称：

起止时间：

15-07-06至15-07-17

III

本科生课程设计（论文）

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：

教研室：

课程设计（论文）任务

G11L122S2

L14L24

53G3

4

S4L45T

原始资料：

系统如图，各元件参数如下：

G1：

无限大系统，VN=120kV；

G3（额定运行）：

SN=30MVA，VN=10.5kV，X=0.25；

T:

SN=31.5MVA，Vs%=10.5，k=10.5/121kV,△Ps=220kW,△Po=50kW,Io%=0.8；

L12:

线路长50km，电阻0.20Ω/km，电抗0.41Ω/km，对地容纳2.80×10-6S/km；

L14:

线路长70km，电阻0.18Ω/km，电抗0.4Ω/km，对地容纳2.90×10-6S/km；

L24:

线路长75km，电阻0.22Ω/km，电抗0.42Ω/km，对地容纳2.98×10-6S/km；

L45:

线路长30km，电阻0.2Ω/km，电抗0.41Ω/km，对地容纳2.78×10-6S/km；

负荷：

S2=30MVA，：

S4=18MVA，功率因数均为0.9.

任务要求（节点4发生三相金属性短路）

1计算各元件的参数；

2画出完整的系统等值电路图；

3计算短路点和其它各个节点的电压和支路电流；

4忽略对地支路，计算短路点和其它各个节点的电压和支路电流；

5在系统正常运行方式下，对各种不同时刻三相短路进行Matlab仿真；

6将短路运行计算结果与各时刻短路的仿真结果进行分析比较，得出结论。

指导教师评语及成绩

平时考核：

设计质量：

答辩：

总成绩：

指导教师签字：

年月日

注：

成绩：

平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算

摘要

在电力系统运行过程中，时常会发生故障，且大多是短路故障。

短路通常分为三相短路、单相接地短路、两相短路和两相接地短路。

短路是电力系统的严重故障。

所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地发生通路的情况。

产生短路的原因有很多，如元件损坏，气象条件恶化，违规操作等等。

三相短路也成为对称短路，系统各项与正常运行时一样仍处于对称状态。

三相短路电流计算是电力系统规划、设计、运行中必须进行的计算分析工作。

目前，三相短路电流超标问题已成为困扰国内许多电网运行的关键问题。

然而，在进行三相短路电流计算时，各设计、运行和研究部门采用的计算方法各不相同，这就有可能造成短路电流计算结论的差异和短路电流超标判断的差异，以及短路电流限制措施的不同。

本课程设计忽略线路电容和非旋转负载的并联导纳，不计电弧电阻，利用故障前节点电压，节点电阻和短路点电流，构成节点方程，求得短路后各节点电压和各支路电流。

三相短路在电力系统中虽然发生的概率很低，但是一旦发生产生将会产生非常严重的后果。

电力系统中设备的动稳定性和热稳定性校验，都是要以三相短路电流为依据。

最后将利用MATLAB软件进行模拟仿真，得到电压和电流的关系。

比较它们波形图之间的关系，然后总结出对称短路的特点。

关键词：

对称短路；动稳定性；热稳定性；金属短路；节点方程

目录

第1章绪论 1

1.1电力系统短路计算概述 1

1.2本文设计内容 2

第2章电力系统对称短路计算原理 3

2.1对称短路计算的基本假设 3

2.2系统元件及等值网络 3

2.3对称短路的计算方法及步骤 5

第3章电力系统三相短路计算 7

3.1系统等值电路及元件参数计算 7

3.2系统等值电路及其化简 8

3.3对称短路计算 12

第4章短路计算的仿真 14

4.1仿真模型的建立 14

4.2仿真结果及分析 15

第5章总结 17

参考文献 18

第1章绪论

1.1电力系统短路计算概述

《电力系统分析》是一门介绍电力系统稳态运行分析、故障分析和暂态过程分析的课程。

电力系统分析的基础为电力系统潮流计算、短路故障计算和稳定计算。

在电力系统运行过程中，时常会发生故障，其中大多数是短路故障（简称短路）。

所谓短路，是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地（或中性线）之间的连接。

产生短路的主要原因是电气设备载流部分的相间绝缘或相对地绝缘损坏。

此外运行人员在短路检修后未拆除地线就加电压等误操作也会引起短路故障。

短路问题是电力技术方面的基本问题之一。

在发电厂、变电站以及整个电力系统的设计和运行工作中，都必须事先进行短路计算，以此作为合理选择电气接线、确定限制短路电流措施等的重要依据。

为此计算短路时各种运行参量（电流、电压等）是非常必要的。

产生短路的原因很多主要有如下几个方面：

（1）原件损坏，例如绝缘材料的自然老化，设计，安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成短路，

（2）气象条件恶化，例如雷电造成的闪络放电或避雷针动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。

（3）违规操作，例如运行人员带负荷拉刀闸

（4）其他，例如挖沟损伤电缆。

电力系统在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流。

其值可远远大于额定电流，并取决于短路点距电源的电气距离。

例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达额定电流的10～15倍。

大容量电力系统中，短路电流可达数万安。

这会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。

随着短路类型、发生地点和持续时间的不同，短路的后果可能只是破坏局部地区的正常供电吗，也可能威胁整个系统的安全运行，短路的危险后果一般有以下几个方面：

（1）路故障使短路点附近的支路中出现比正常值大许多倍的电流，由于短路电流的电动力效应，导体间讲产生很大的机械应力，可能使导体和他们的支架遭到破坏。

（2）路电流使设备发热增加，短路持续时间较长时，设备可能过热以致损坏。

（3）短路时系统电压大幅度下降，对用户影响很大。

系统中最主要的电力负荷是异步电动机，他的电磁转矩同端电压的平方成正比，电压下降时，电动机的电磁转矩显著减小，转速随之下降。

当电压大幅度下降时，电动机甚至可能停转，造成产品报废，设备损坏等严重后果。

（4）当短路发生地点离电源不远二持续时间又较长时，并列运行的发电厂可能失去同步，破坏系统稳定，造成大片地区停电。

这是短路故障的最严重后果。

（5）发生不对称短路时，不平衡电流能产生足够的磁通在邻近的电路内感应出很大的电动势，这对于架设在高压电力线路附近的通讯线路或铁道讯号系统等会产生严重的影响。

在电力系统和电气设备的设计和运行中，短路计算是解决一系列技术问题所不可缺少的基本计算，比如在选择发电厂和电力系统的主接线时为啦比较不同方案接图，进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户的影响。

合理配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数都必须进行短路的计算和分析。

1.2本文设计内容

本次课程设计研究的是根据电力系统分析课程中所讲的基于节点方程的三相短路计算的原理和方法。

三相短路在电力系统中虽然发生的概率很小，但是一旦发生产生的影响非常严重，电力系统中设备的动稳定和热稳定校验都要以三相短路电流为依据，三相对称短路，根据给定的系统图及各个元件参数，计算短路点的电压和电流，然后依次计算其他各节点的电压和电流。

画出系统的等效电路图，根据此等效电路图分别计算各个支路的短路点呀和电流。

忽略对地支路，重新计算各短路点的短路电压和电流，其他各个节点及支路的电压和电流。

在系统正常运行方式下，对各种不同时刻三相短路进行Matlab仿真，最后将短路运行计算结果与各时刻短路的仿真结果进行分析比较。

第2章电力系统对称短路计算原理

2.1对称短路计算的基本假设

电力系统三相短路主要是短路电流周期分量的计算，工程中着重实用，电力系统三相短路电流计算可采用实用的计算方法，采用一定的简化和假设。

1.无限大功率电源

所谓无限大功率电源，是指当电力系统的电源距短路点的电气距离较远时，由短路而引起的电源输出功率（电流及电压）的变化，远小于电源所具有的功率S，即存在如下关系S，则称该电源为无限大功率电源，记作S=。

无限大功率电源的特点是：

1）由于P，所以可以认为在短路过程中无限大功率电源的频率是恒定的；

2）由于Q，所以可以认为在短路过程中无限大功率电源的电压是恒定的；

3）电压恒定的电源，内阻抗必然等于零。

因此可以认为无限大功率电源的内阻抗X=0。

2.短路计算的基本假设条件

1）磁路的饱和、磁滞忽略不计。

系统中各元件的参数便都是恒定的，可以运用叠加原理；

2）系统中除三相不对称故障处以外都可以当作是对称的。

因而在应用对称分量法时，对于每一序的网络可以单相等值电路进行分析；

3）短路为金属性短路短路处的过渡电阻等于零。

过渡电阻指短路处的接触电阻，如电弧电阻或外物电阻，接地电阻；

4）不计线路电容，略去变压器的励磁电流（三相三柱式变压器的零序等值电路除外）。

2.2系统元件及等值网络

L12元件实际值计算如下：

L14元件实际值计算如下：

L24元件实际值计算如下：

L45元件实际值计算如下：

根据计算公式变压器T的实际值如下：

系统原网络及等值网络如图2.1和2.2所示：

图2.1系统的原网络图

图2.2系统等值网络图

2.3对称短路的计算方法及步骤

对称短路的计算对于不太复杂的电力系统，在制订等值电路并完成元件参数计算后，可以直接对原网络进行等值变换求得转移阻抗可以保留电势源节点和短路点，通过原网络的等值变换逐步消去一切中间节点，形成以电势源节点和短路点为顶点的全网形电路，这个最终电路中联接电势源节点和短路点的支路阻抗即为该电源对短路点的转移阻抗短路电流计算的标准主要有IEC标准和ANSI标准，中国采用的是IEC标准。

国标规定了短路电流的计算方法、计算条件。

国标推荐的三相短路电流计算方法是等值电压源法，其计算条件为：

1）不考虑非旋转负载的运行数据和发电机励磁方式；

2）忽略线路电容和非旋转负载的并联导纳；

3）具有分接开关的变压器，其开关位置均视为在主分接位置；

4）不计弧电阻，35kV及以上系统