电力系统不对称短路计算课设.pdf

1、武汉理工大学电力系统分析课程设计说明书1电力系统短路计算1.设计任务及要求分析本次课程设计要求计算短路时的电流分布以及发电机和负荷的电压，其短路类型为两相接地短路。因此，由分析可知，首先要计算出电路的三序网络等值参数，然后根据短路的类型得到电路的复合序电路，并通过三序网络参数计算出短路电流，从而结合网络的结构计算出电流分布及负载和发电机的电压。值得注意的是，在计算电压的时候，要考虑到电压和电流对称分量经变压器后的相位变换问题。2.短路电流电压分布计算原理2.1 三序网络原理对称分量法分析计算不对称故障时，首先要作出电力系统的各序网络，为此要根据电力系统的接线图，中性点接地情况等原始资料，在故障

2、点分别施加各序电势，从故障点开始，逐步查明各序电流流通的情况。凡是某一序电流能流通的元件，都必须包括在该序网络中，并用相应的序参数和等值电路表示。三序网络包括正序，负序和零序网络。正序网络就是通常计算对称短路时所用的等值网络。除中性点接地阻抗以及空载变压器外，电力系统各元件均应包括在正序网络中，并且用相应的正序参数和等值电路表示。负序电流能流通的元件和正序电流相同，但所有电源的负序电势为零。因此，把正序网络中各元件的参数都用负序参数代替，并令电源电势等于零，而在短路点引入代替故障条件的不对称电势电源中的负序分量，便得到负序网络。在短路点施加代表故障边界条件的零序电流大小及相位相同，它们必须经过

3、大地才能构成通路，而且电流的流通与变压器中性点接地的情况及变压器的解法有密切关系。为了正确的绘画出电力系统的正序负序和零序网络，首先简要介绍一下同步发电机、变压器和架空线路的三序阻抗。2.1.1 同步发电机的三序电抗同步发电机在对称运行时，只有正序电势和正序电流，此时的电机参数，就是正序参数。当发电机定子通过负序基频电流时，它产生的负序旋转磁场与正序武汉理工大学电力系统分析课程设计说明书2基频电流产生的旋转磁场正好反向，因此，负序旋转磁场同转子之间有两倍同步转速的相对运动。负序电抗取决于定子负序旋转磁场所遇见的磁阻。由于转子纵横轴之间不对称，随着序旋转磁场同转子之间的相对位置不同，负序阻抗也就

4、不同。当发电机定子通过零序基频电流时，由于各相电枢磁势大小相等，相位相同，且在空间上相差120电角度，它们在气隙中的合成磁势为零，所以，发电机的零序阻抗仅由定子绕组的等值漏磁通决定。本课设的电力系统中，正序电抗0.9dx=，负序电抗20.45x=，不考虑零序电抗。2.1.2 变压器的三序电抗变压器等值电路中的参数不仅同变压器的结构相关，有的参数也同所通过电流的序别有关。变压器各绕组的电阻，与所通过的电流序别无关。因此，变压器的正序、负序和零序的等值电阻相等。变压器的漏抗，反映了原副方绕组之间磁耦合的紧密程度。因此，变压器的正序、负序和零序的等值漏抗也相等。变压器的励磁电抗，取决于主磁通路径的磁

5、导。变压器通以负序电流时，主磁通的路径与正序完全相同，所以，变压器的正序和负序等值电路完全相同。关于零序等值电路取决于变压器与外电路的连接情况,如下所述。(1)当外电路向变压器某侧绕组施加零序电压时，如果能在该绕组产生零序电流，则等值电路中该侧绕组与外电路接通；如不能产生零序电流，则与外电路断开。因此，只有中性点接地的星形接法才能与外电路接通。(2)当变压器绕组具有零序电势时，如果它能将零序电势施加到外电路上去并提供零序电流通路，则与外电路连通，不然断开。也只有中性点接地的星形接法才能与外电路接通。图 1 变压器零序等值电路与外电路的联结(3)在三角形接法的绕组中，绕组的零序电势虽然不能作用到

6、外电路去，但能在三绕组中形成零序环流。因此，在等值电路中该侧绕组断点接零序等值中性jXIjXIIjXIII外电路123123外电路III武汉理工大学电力系统分析课程设计说明书3点。由以上三点。变压器零序等值电路与外电路的连接可以用图 1 表示，其中当变压器Y接时，开关位于 1 处，此时变压器与外电路断开；当变压器YN接时，开关位于 2 处，此时变压器与外电路接通；当变压器接时，开关位于 3 处，此时变压器与外电路断开，但与励磁之路并联。2.1.3 架空输电线的三序电抗输电线路的正、负序阻抗及等值电路完全相同，当输电线路通过零序电流时，由于三相零序电流大小相等、相位相同，所以，必须借助大地及架空

7、线来构成零序电流的通路。这样，架空输电线的零序电抗与电流在大地的分布有关，精确计算很困难，由于篇幅有限，其相关介绍从略。本课设电力系统的输电线路参数为10.4/xkm=，013xx=。2.2 简单不对称短路的分析原理简单不对称故障包括单相接地短路，两相短路，两相短路接地。应用对称分量法分析各种简单不对称短路时，都可以写出各序网络故障点的电压方程式，当网络的元件都只用电抗表示时，上述方程可以写成如式 1 所示。(1)(1)(1)(2)(2)(2)(0)(0)(0)00eqfafafffafafffafaffEjXIUjXIUjXIU=iiiiiii(1)式中，(0)eqfEU=，即是短路发生前故

8、障点的电压。这三个方程包含 6 个未知量，因此，还必须根据不对称短路的边界条件写出另外三个方程式，才能求解。本次课设为两相短路接地，其边界条件为：0,0fafbfcIUU=(2)用对称分量表示为：120212021200fafafafafbfafafafcfafafaIIIIUa UaUUUaUa UU=+=+=+iiiiiiiiiiii(3)武汉理工大学电力系统分析课程设计说明书4由上式可以得出：1200fafafafafafbfcIIIIUUU=+=iiiiiii(4)根据边界条件组成的两相短路接地的复合序网络如图 2 所示。由图可得除非故障相的三序电流分量和三相电压，如式(5)、（6）、

9、（7）和(8)所示。(0)(1)(1)(2)(0)(/)ffaffffffIj XXXU=+i(5)(0)(2)(1)(2)(0)fffafaffffXIIXX=+ii(6)(2)(0)(1)(2)(0)fffafaffffXIIXX=+ii(7)(2)(0)(1)(1)(2)(0)(2)(0)fffffafafafaffffXXUUUjIXX=+iiii(8)图 2 两相短路接地的复合序网络短路点的故障相的电流如式（9）所示。(2)(0)22(1)(2)(0)(1)(2)(0)2(2)(0)2(1)(2)(0)(1)(2)(0)()()fffffbfafafafafffffffffbfafa

10、fafaffffXaXIa IaIIaIXXXa XIaIa IIaIXX+=+=+=+=+iiiiiiiiii(9)由上式可以得到两相短路接地是故障相电流的绝对值为(1,1)(1,1)(1)faffbfcIIImI=i(10)其中，(2)(0)(1,1)2(2)(0)3 1()ffffffffXXmXX=+(11)2.3 电压和电流对称分量经变压器后的相位变换+-(0)fV(1)ffjX(2)ffjX(0)ffjX(1)faV(1)faI(2)faI(0)faI(2)faV(0)faV武汉理工大学电力系统分析课程设计说明书5电压和电流对称分量经变压器后，可能要发生相位移动，这取决于变压器的连

11、接组别。,11Y d连接法的变压器，如在Y侧施加正序电压，d侧的线电压虽与Y侧的相电压同相位，但d侧的相电压却超前于Y侧相电压30，如图3()a所示。当Y侧施加负序电压时，d侧的相电压落后于Y侧相电压30，如图3()b所示。在,11Y d联接的变压器中，总不含零序分量。变压器两侧相电压的正序和负序分量存在以下的关系30(1)(1)30(2)(2)jaAjaAUUeUUe=iiii(12)相应的电流也有类似的关系30(1)(1)30(2)(2)jaAjaAIIeIIe=iiii(13)图 3,11Y d连接法变压器两侧电压的正负序分量的相位关系因此，三角形各相的电流分别为可以计算出，如式（14）

12、所示。3030(1)(2)23030(1)(2)30230(1)(2)jjaAAjjbAAjjcAAIIeIeIa IeaIeIaIea Ie=+=+=+iiiiiiiii(14)3.参数计算由以上原理分析，结合课设网络所提供的原始参数，选取基准功率武汉理工大学电力系统分析课程设计说明书6120BSMV A=i，基准电压BavUU=，则各序网络的等值参数计算如下：3.1 正序网络参数计算正序网络参数计算：1(1)(1)1200.90.9120BGdNSXXxS=2(1)1(1)%1200.1050.2110060SBTNVSXXS=3(1)2(1)1(1)0.21TTXXX=4(1)(1)12

13、2111200.4 1050.1922115BLBSXXxlV=5(1)1(1)11201.22.460BLNSXXxS=6(1)2(1)11201.23.640BLNSXXxS=1(1)5(1)71(1)5(1)0.9 2.40.650.92.4XXXXX=+83(1)6(1)0.21 3.63.81XXX=+=+=97(1)2(1)4(1)0.650.210.191.05XXXX=+=+=15(1)71(1)5(1)1.672.41.220.92.4E XEXX=+78983.81 1.220.963.81 1.05eqE XEXX=+89(1)893.81 1.050.823.81 1.

14、05ffX XXXX=+相应的正序等值电路简化过程图如图 4 所示。武汉理工大学电力系统分析课程设计说明书7E1=1.67jX1(1)=0.9jjX2(1)=0.21jjX4(1)=0.19jjX3(1)=0.21jjX6(1)=3.6jjX5(1)=2.4j+_Ua(1)+-K1O1E1=1.22jX7=0.65jjX2(1)=0.21jjX4(1)=0.19jjX8=3.81j+_Ua(1)+-K1O1jXff(1)=0.82j+_Ua(1)K1O1+-Eeq图 4 正序等值电路参数计算简化过程图3.2 负序网络参数计算负序网络参数计算：1(2)(2)21200.450.45120BGdN

15、SXXxS=(14)武汉理工大学电力系统分析课程设计说明书82(2)1(2)%1200.1050.2110060SBTNVSXXS=3(2)2(2)1(2)0.21TTXXX=4(1)(1)122111200.4 1050.1922115BLBSXXxlV=5(2)1(2)21200.350.760BLNSXXxS=6(2)2(2)21200.351.0540BLNSXXxS=1(1)5(1)71(1)5(1)0.45 0.70.270.450.7XXXXX=+83(2)6(2)0.21 1.051.26XXX=+=+=97(1)2(1)4(1)0.270.210.190.67XXXX=+=+

16、=89(2)891.26 0.670.441.260.67ffX XXXX=+相应的负序等值电路简化过程图如图 5 所示。jX1(2)=0.45jX2(2)=0.21jX4(2)=0.19jX3(2)=0.21jX6(2)=1.05jX5(2)=0.7+_Ua(2)K2O2武汉理工大学电力系统分析课程设计说明书9jX7=0.27jjX2(2)=0.21jjX4(2)=0.19jjX8=1.26j+_Ua(2)K2O2jXff(2)=0.44j+_Ua(2)K2O2图 5 负序等值电路参数计算简化过程图3.3 零序网络参数计算零序网络参数计算如下，负序等值电路简化过程图如图 6 所示。2(0)1(0)%1200.1050.2110060SBTNVSXXS=4(0)(0)022111201.2 1050.5722115BLBSXXx lV=(0)(0)1(0)0.570.210.78ffLTXXX=+=+=jXff(0)=0.78j+_Ua(0)K0O0图 6 零序等值电路参数计算简化过程图武汉理工大学电力系统分析课程设计说明书104.电路等值网络结合电路的结构和原理分析，现将电路的各等值