不对称故障分析与计算的算法设计

1、电气工程及其自动化专业课程设计不对称故障分析与计算的算法设计学生学号：学生姓名：班 级：指导教师：起止日期：不对称故障分析与计算的算法设计一设计要求1电力系统网络结构图如图1-1所示：要求:1:计算三种不对称短路故障下，故障点的短路电流，冲击电流；短路容量2 :针对每种短路故障，给出详细的计算步骤及等值电路图。图1-12各元件参数如下：（1）发电机 G1: PN =110MW，UN =10.5kV，Xd =0.21, X（ 2）=0.16，X（0）=0.06，cos :N =0.8 发电机 G2: PN =25MW，UN =10.5kV，Xd =0.15，X（2）=0.1，X（0）= 0.02

2、，cos 0.85（2） 变压器 T1 : SN -10MV A，额定电压6/110kV，短路损耗：P59kW，空载损耗=16.5kW，阻抗电压百分值Uk%=10.5，空载电流百分值1。=1.0变压器 T2 : Sn =31.5MV A，额定电压 10/110kV=148kW，:P0 =38.5kW ,Uk% = 10.5，I。 =0.8变压器 T3 : $ =16MV A，额定电压 10/110kV，Pk =86kW， :R = 23.5kW，Uk% =10.5， I。 =0.9（3） 线路L1 :长度L=100km，单位长度正序电抗 Xo 0.40 / km，零序电抗X（）=3X（1），

3、单位长度对地电容b（1）=2.79 10“S/km。线路L2:长度L=100km，单位长度电抗X（10.4km，零序电抗X（）=3X（1），单位长 度对地电容0（1）=2.5 10“S/km线路L3 :长度L=100km，单位长度电抗X=0.38/km，零序电抗X（0）= 3X，单位 长度对地电容b0=3 10S/km（4） 电动机：R =2MW，cos N =0.85，X=0.2，X（2）=X负载：Sn =8 j6MV A，负序电抗标幺值X（2）=0.35。3基准数据选取：设取基准容量S B =100 MV?A;基准电压U B =Uav (kv)。(1) S B的选取是为了计算元件参数标幺值

4、计算方便，去SB=100MVA。可任意设置但必 须唯一值进行分析与计算。(2) U B的选取是根据所设计的题目可知系统电压有110、6 10kv，而平均额定电压分 别为115、6.3、10.5kv。按平均电压Uav与线路电压相差5%的原则，故取U B=Uav。(3) I 次暂态短路电流有效值，短路电流周期分量在时间t等于初值(零)时的有效值。 满足产生最大短路电流的三个条件下的最大次暂态短路电流作为计算依据。(4) im为冲击电流，即为短路电流的最大瞬时值(满足产生最大短路电流的三个条件)，一般去冲击电流 im=、. 2 Km I =2.55 (KA)。(5) Km为短路电流冲击系数，主要取决

5、于电路衰减时间常数和短路故障时的时刻，其范 围1 0l-l； Ub：=0 UU0用对称分量表示为：Ia： + Iala：=0 aUaG+Ia：(ala：+a；la：+lajja2Ua： +aUa： +UaaUa： +a；U a：+Ua：于是有：la：二 Ta： Ia0 =0U：二 U a：由于故障点不与大地相连，零序电流无通路，因此无零序网络。复合网络是正负序网并联后的网络。如图322所示:lfa(1)jXVf(0)jX(2)图3.2.2两相短路的复合序网图从复合序网中可以直接求出电流，电压的各序分量:U a：二 Ua：二-la：Z27 = I a：Z2-由对称分量法可求得短路点各相电流和电压

6、为:Ua： + Ia：=Olb*=l：=a la：+ala：=(a -a)la： =-j V3la： Ua*=Ua：+Ua：+Ua： =2Ua：=2la：Z22 1I= U： = aUa： + UOO + a2Ua： = -Ua： = - ： Ua*2(3)两相接地短路：(3lfa=Olfblfc Vfb=vfc=O图 3.2.3两相短路接地时系统接线如图3.2.3所示，短路点的边界条件为:,0UbUcO用对称分量表示为：ia： + H00=O1 ： Ua：=Ua：=Ua-Ua*3如图3.2.4所示，根据复合序网可求出电流，电压各序分量:Ifa(1)Ia0 a：jX(1)Vf(0)Vfa(1)

7、jXjX(0)Ifa(2)Ifa(0)Vfa(2)图 3.2.4Zo7IIIa2_Ia1Zz5ZovZUa：二Ua：二UaAIaA二 Ef _Ia：Z仆用对称分量法合成各相电流电压为:I / I a： I a2 I a0 0 ； I= a I a： aI a2 I a0 I a：a2Z2、aZ07a2Z0.- -J jU；=U；=0(n)I fa(1)l(n) =m(n)lfa)i) 式中m(n)为比例系数，其X(n)表示附加电抗，上角标(n)代表短路类型 短路电流的绝对值与正序分量的绝对值成正比，即值视短路类型而定如表3.2.1 :表3.2.1短路类型短路类型f(n)v (n)XAm(n)两

8、相短路接地f(1,1)X ff (2) X ff (0)X ff (2) + X ff (0)X ff (2) X ff (0)屈 J1- j2V(Xff(2) +Xf(0)三相短路f(3)01两相短路f(2)X ff(2)品单相短路f(1)X ff (2) + X ff (0)3以下计算a二ff (即这两个符号意义相同)二、设计内容计算思路:1 :求各元件标幺值，注意各元件正、负、零序电抗的关系;2:建立正、负、零序等值电路；3:运用公式求解短路电流。1:求各元件标幺值，注意各元件正、负、零序电抗的关系；设基准容量気=10MVA ；基准电压u B = Uav(kV) o(1)Xg%压100

9、*PnXG( 1)D* 1 DO * n o=0.153 ;而已知：XG( 2) =0.16 ; XG( 0) =0.06 ;110发电机G1电抗标幺值由公式XGCOS n得XgXg% Sb 同理，发电机G1电抗标幺值由公式得：100PN cos NXG( 1) =0.51 ;已知 XG(2) =0.1 ; XG(0) =0.02 ;(2)变压器T1电抗值标幺值由公式Xt100 Snt得:XT=10.5*100 =1.05 ； XT (2) =XT (0) =1.05 ;100*10同理 T2: XT (1) =XT (2) = XT (0) =0.33 ;T3: XT (1) =XT (2)

10、 =XT( 0) =0.656 ;(3)线路电抗标幺值由公式Xw二写xl得U B线路 L1: XL (1) =100* 0.408*100 =0.309 ; XL (1) =XL (2);115*115而 XL (0) =3* XL (1)=0.926 ;同理，对于线路L2:XL(1) =XL (2) =0.302 ；XL (0) =3* XL (1) =0.907 ；对于线路L3：(4)负载电抗标幺值由(1) =XL (2) =0.287 ； 公式学Ql得：XLXL (0) =3* XL (1) =0.862 ；S2P* P Q* Q 8*86*SL=SB* SB 100*1006 =0.0

11、1;U=1 ；所以Xfz (1)=1* 6*100100=6.电力系统等值电路如图1.1 :图1.12 建立正、负、零序等值电路;(1)正序等值电路图，如图2.14(1)心30211(1)2(1)3(1)/0.287/0.2/1.057(1)/0.1659(1)/0.2555(1)/6图2.1短路点的正序电抗标幺值为:+X5 (1)11 X7 (1) +X9 ( 1)11 X6 (1)X、K(1) = (X1 (1) +X2 (1) +X3 (1)11 X4 (1)X8 (1) +X10 (1) =0.244(2)负序等值电路图，如图2.25(2)/0.35负载的负序电抗取标幺值 X7(2)

12、=0.35 ;其他元件的负序电抗标幺值等于正序电抗的标幺 值。4(2)/0.3021(2)2(2)3(2)/0.2/1.05/0.287VA-7(2)/0.165174VA6(2)K./0.309./v| 8(2) /0.656I| 10(2)/0.16图2.2X、K(2)= (X1 (2) +X2 (2) +X3 (2)11 X4 (2) +X5 ( 2)11 X7 (2) +X9 (2)11 X6 (2)X8 (2) +X10 (2) =0.129(3)零序等值电路图，如图2.36(0)心9267(0)心1658(0)/0.65610(0)/0.06图2.3说明：由于异步电动机即多数负荷常

13、常接成三角形，或者接成不接地的星形，零序电流不能流通，故不需要建立零序等值电路。所以本课题中的负载零序不必建立。所给课题中两台发电机G2和里外一台G3均为丫- 接线，所以零序电流不能流过三角形那 侧。X送 K(0)= (X7 (2)11 X6 (0) +X8 (0) +X10( 0) =0.1493 运用公式计算三种不对称故障下，故障点的短路电流，冲击电流，短路容量(1) 短路点的次暂态短路电流(I )基准容量设定为 SB=100MV.A基准电压Ub=Uav( kv)。(2) 冲击电流(im)的计算。iM =2.55 l (kA)短路容量Sk的计算，Sk=SBI(4)各种短路故障点的短路电流为

14、： 单相接地短路K111I fa11.915X八X2X00.244 0.129 0.149=I3a 二 m1 13； =3 1.915 = 5.747屮 SB100,、=lK一B -5.7472.885 KA3UB3 115= 2.55 IK =2.55 2.885 = 7.459 KA ;IkIkish(n) fSK =SBI； =5.747 100=574.7 MV *A两相短路k22)：12.681 lK = lb =lc =m2 l2；i =1.732 2.68仁 4.6440.244 0.129lfaXxX217X22s100Ik=IkB=4.6442.331 KA ; ish =2

15、.55 2.55 2.331 =6.058 KA3Ub.3115Sk 二 SbIk =4.644 100 =464.4 MV A两相接地短路：（n）Xff（2）Xf（0）（n）_ Xf（2）X ff （0）m = . 3 ，i j2 , X .屮 （X ff（2） +X ff（0）X ff（2）+X ff（0）10.244 0.069 一 3.18分别带入数值得：m=1.501; x=0.069; 12；1- 一Y-4- YIkIkSk二 m1.1l21a； =3.18 1.501 = 4.773珂 SB100“=lK 沁B=4.773 2.396 KA ; is2.55 l 2.55 2.4

16、55 = 6.111 KAv3U B13X15二 SbIk =4.773 100 = 477.3 MV *AX21 -X22 -四、分析及结论本课程设计，主要进行了不对称故障的分析计算，分别分析并计算了三种不对称故障（单 相短路、双相短路、双相短路接地）点的短路电流，冲击电流，短路容量。并针对每种短路故 障，给出详细的计算步骤及等值电路图。课题涉及到了基本的知识点一一首先是各元件零序和负序电抗的计算，某元件的各序电抗 是否相同，关键在于，该元件通以不同序的电流时，所产生的磁通将遇到什么样的磁阻，各项 之间将产生什么样的互感影响。各项磁路独立的三项静止元件的各序电抗相等，静止元件的正 序电抗和负序电抗相等。由于相间互感的增助作用，架空输电线的零序电抗要大于正序电抗， 架空地线的存在又使输电的零序电抗有所减小。变压器的各序漏抗各不相同，变压器的零序励磁电抗则同铁芯的结构有关。旋转电机的各 序电抗各不相同。其次是三种网络的制定，制定网络时，某序网络应包括该序电流的所有元件， 负序网络和正序网络相同。而对于零序网络三项零序电流同大小同相位， 必须经过大地（或 经过架空地线