电力系统两相接地短路计算与仿真毕业论文.doc

电力系统分析电力系统分析 课程设计 论文 课程设计 论文 题目 题目 电力系统两相接地短路计算与仿真 电力系统两相接地短路计算与仿真 2 本科生课程设计 论文 课程设计 论文 任务及评语课程设计 论文 任务及评语 院 系 电气工程学院 教研室 电气工程及其自动化 课程设计 论文 任务 原始资料 系统如图 各元件参数如下 各序参数相同 G1 G2 SN 35MVA VN 10 5kV X 0 33 T1 SN 31 5MVA Vs 10 5 k 10 5 121kV Ps 180kW Po 30kW Io 0 8 YN d 11 T2 SN 31 5MVA Vs 10 k 10 5 121kV Ps 200kW Po 33kW Io 0 9 YN d 11 L12 线路长 70km 电阻 0 2 km 电抗 0 41 km 对地容纳 2 78 10 6S km L23 线路长 75km 电阻 0 18 km 电抗 0 38 km 对地容纳 2 98 10 6S km L13 线路长 85km 电阻 0 18 km 电抗 0 4 km 对地容纳 2 78 10 6S km 负荷 S3 45MVA 功率因数均为 0 9 任务要求 节点 2 发生 AC 两相金属性接地短路时 1 计算各元件的参数 2 画出完整的系统等值电路图 3 忽略对地支路 计算短路点的 A B 和 C 三相电压和电流 4 忽略对地支路 计算其它各个节点的 A B 和 C 三相电压和支路电流 5 在系统正常运行方式下 对各种不同时刻 AC 两相接地短路进行 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 G1 T1 1 L12 2 T2 G2 1 k k 1 L13 L23 3 S3 本科生课程设计 论文 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 本科生课程设计 论文 摘 要 在电力系统的设计和运行中 必须考虑到可能发生的故障和不正常的运行情 况 防止其破坏对用户的供电和电气设备的正常工作 从电力系统的实际运行情 况看 这些故障多数是由短路引起的 因此除了对电力系统的短路故障有一较深 刻的认识外 还必须熟练掌握电力系统的短路计算 这里着重介绍简单不对称故 障两相短路接地的常用计算方法 对称分量法是分析不对称故障常用方法 根据 对称分量法 一组不对称的三相量可以分解为正序 负序和零序三相对称的三相 量 在应用对称分量法分析计算不对称故障时必须首先作出电力系统的各序网络 通过网络化简求出各序网络对短路点的输入电抗以及正序网络的等值电势 再根 据不对称短路的不同类型 列出边界方程 以求得短路点电压和电流的各序分量 本论文介绍有关电力系统故障的基本概念及故障计算中标幺值的特点 并通 过短路计算对电力系统的运行状态有一初步的认识 同时对电力系统进行不对称 故障的分析计算 主要内容为两相接地短路的分析计算 最后 通过 Matlab 软 件对接地短路故障进行仿真 观察仿真后的波形变化 关键词 电力系统 短路 对称分量 本科生课程设计 论文 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 电力系统不对称短路计算原理 3 2 1 对称分量法基本原理 3 2 2 三相序阻抗及等值网络 5 2 3 两相接地不对称短路的计算步骤 6 第 3 章 电力系统两相短路计算 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 两相接地短路计算 9 第 4 章 短路计算的仿真 12 4 1 仿真模型的建立 12 4 2 仿真结果及分析 14 第 5 章 总结 17 参考文献 18 本科生课程设计 论文 1 第 1 章 绪论 1 1 电力系统短路计算概述 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 产生短路的原因很多 主要有以下几个方面 1 元件损坏 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等 2 气象条件恶化 例如雷击造成的闪络放电或避雷器动作 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 线路或 设备检修后未拆除接地线就加上电压等 4 其他 例如挖沟损伤电缆 鸟兽 跨接在裸露的载流部分等 在三相系统中 可能发生的短路有 三相短路 两相短路 两相短路接地和 单相接地短路 短路的后果可能只破坏局部地区的正常供电 也可能威胁整个系统地正常运 行 短路的危险后果一般有以下几个方面 1 短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 导体间将产生很 大的机械效应力 可能使导体和它们的支架遭到破坏 2 短路电流使设备发热 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 电动机可能停转 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而持续时间又较长时 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 5 对于架设在高压电力线路 附近的通讯线路或铁道通讯系统等产生严重影响 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 这些问题主要是 1 选择有足够机械稳定度和热稳定 度的电气设备 2 为了合理地配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参 数 必须对电力网中发生的各种短路进行计算和分析 3 在设计和选择发电 厂和电力系统电气主接线时确定是否需要采取限制短路电流的措施等 4 进 行电力系统暂态稳定计算 研究短路对用户工作的影响等 本科生课程设计 论文 2 1 2 本文设计内容 本次课设研究电力系统两相接地短路的计算与仿真 任务要求 节点 2 发生 AC 两相金属性接地短路时 1 计算各元件的参数 2 画出完整的系统等值电路图 3 忽略对地支路 计算短路点的 A B 和 C 三相电压和电流 4 忽略对地支路 计算其它各个节点的 A B 和 C 三相电压和支路电流 5 在系统正常运行方式下 对各种不同时刻 AC 两相接地短路进行 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 本科生课程设计 论文 3 第 2 章 电力系统不对称短路计算原理 2 1 对称分量法基本原理 对称分量法是分析不对称故障的常用方法 根据对称分量法 一组不对称的 三相量可以分解为正序 负序和零序三相对称的三相量 一台发电机接于空载输电线路 发电机中性点经阻抗接地 在线路某处 f n Z 点发生单相 例如 a 相 短路 使故障点出现了不对称的情况 a 相对地阻抗为 零 不计电弧等电阻 a 相对地电压 0 而 b c 两相的电faV 现在在原短路点人为地接入一组三相不对称的电势源 电势0 0 fcfbVV 源的各相电势与上述各相不对称电压大小相等 方向相反 图 2 1 1 单相接地短路 这种情况与发生不对称故障时等效的 也就是说 网络中发生的不对称故障 可以用在故障点接入一组不对称的电势源来代替 这组不对称的电势源可分解为 正序 负序和零序三组对称分量 根据叠加原理 简化为各序的一相等值网络 注意 在一相得零序网络中 中性点接地阻抗必须增大为三倍 这是因为接 地阻抗上的电压降是由三倍的一相零序电流产生的 从等值观点看 也可以 n Z 认为是一相零序电流在三倍中型电阻抗上产生的压降 a cb L f aE bE cE aI bI cI 图3 1 简单系统的单相短路 本科生课程设计 论文 4 图 2 1 2 简化网络图 虽然实际的电力系统接线复杂 发电机的数目也很多 但通过网络化简 任 然可以得到与以上相识的的各序电压方程式 1 1 1 fafa ff eqVIZE 0 0 0 0fafa ff VIZ 式中 为正序网络中相对于短路点的戴维南等值电势 eq E 1 ff Z 2 ff Z 分别为正序 负序和零序网络中的短路点电流的输入阻抗 0 ff Z 1 faI 2 faI 分别为短路点电流的正序 负序和零序分量 分别为短 0 faI 1 faV 2 faV 0 faV 路点电压的正序 负序和零序分量 2 2 2 0 fafa ff VIZ 本科生课程设计 论文 5 Z1 Z2 Z3Z4 Z5 B24 B23B23B34 B24B34 Z6 Z7Va 2 z8 Z2 Z3Z4 Z5 B24 B23B23B34 B24B34 Z6 Va 0 z8 2 2 三相序阻抗及等值网络 应用对称分量法分析不对称故障时 首先必须做出电力系统各序网络 为此 应根据电力系统的接线图 中性点接地情况等原始资料 在故障点分别施加各序 电动势 从故障点开始 逐步查明个序电流流通情况 凡是某一序电流能流通的 原件 都必须包括在该序的网络中 并用相应的序参数和等值电路表示 根据上 述原则 我们制定各序网络图 图 2 2 1 正序网络图 图 2 2 2 负序网络图 图 2 2 3 零序网络图 Z1 Z2 Z3 E1 Z4 Z5 B24 B23B23B34 B24B34 Z6 Z7 E2 Va 1 z8 本科生课程设计 论文 6 2 3 两相接地不对称短路的计算步骤 图 2 3 两相接地短路 课设要求 AC 两相接地 边界要求为 用序量表示边界条件 计算步骤 1 计算各元件的参数 2 画出完整的系统等值电路图 3 忽略对地支路 计算短路点的 A B 和 C 三相电压和电流 4 忽略对地支路 计算其它各个节点的 A B 和 C 三相电压和支路电流 0 fb I 0 fa V 0 fc V 0 0 2 1 fbfbfb III 0 2 1 fbfbfb VVV 本科生课程设计 论文 7 第 3 章 电力系统两相短路计算 3 1 系统等值电路及元件参数计算 图3 1 等值电路图 输电线路的电阻 等值电抗和电纳分别为 142 070 12 RL 7 2841 0 70 12 XL S BL1010 66 12 6 19478 2 70 5 1318 0 75 23 RL 5 2838 0 75 23 XL S BL1010 66 23 5 22398 2 75 3 1518 0 85 31 RL 344 085 31 XL S BL1010 66 31 3 25398 2 85 jxG 1 jxT1 jxL13jxL23 jxL12 jxT2 jxG 2 jxS3 Y 13 Y 13Y 23 Y 23 Y 12Y 12 E1 E2 E3 本科生课程设计 论文 8 变压器 T1 变压器T2 3 2 系统等值电路及其化简 该系统中没有中性点接地的阻抗 空载线路以及空载变压器 所以正序网络 包含所有元件 令所有电源的负序电势为零 就得到了负序网络 因G1 G2中性 点没接地 因此没有零序电流流过 所以零序网络中不包含它们 系统的各序网 络如图所示 jxG 1 1 jxT1jxL12jxT2jxG 2 1 jxL13 jxS3 jxL23 E1E2 图3 2 1 正序网络 02 0 105 31 5 10180 10 2 3 2 3 2 1 N NS T S VP R 35 010 105 31 5 1010 10 3 2 2 1 N NS T S VV X 02 0 105 31 5 10170 10 2 3 2 3 2 2 N NS T S VP R 35 010 105 31 5 1010 10 3 2 2 2 N NS T S VV X 本科生课程设计 论文 9 jxG 1 2 jxT1jxL12jxT2jxG 2 2 jxL13 jxS3 jxL23 图3 2 2 负序网络 jxT1jxL12jxT2 jxL13 jxS3 jxL23 图3 2 3 零序网络 3 3 两相接地短路计算 取全系统的基准功率 基准电压等于各级平均额定电压 各元件 等值电抗的标幺值计算如下 299 0 100 33 0 5 10 2 1 xG 299 0 100 33 0 5 10 2 2 xG 32 0 5 10 100 5 31 5 10 100 10 100 2 2 2 1 2 1 1 B B N NS T V S S VV x AMVSB 100 本科生课程设计 论文 10 32 0 5 10 100 5 31 5 10 100 10 100 2 2 2 2 2 2 2 B B N NS T V S S VV x 217 0 100 41 0 70 115 21 xL 215 0 100 38 0 75 115 22 xL 257 0 100 40 0 85 115 23 xl 1 79 081 0 79 081 0 eq E 50 0 81 0 1 79 0 1 1 1 ff X 50 0 81 0 1 79 0 1 1 2 ff X 29 0 40 0 1 38 0 1 1 1 0 0 ff X 短路点故障相的电流即 A C 相电流为 j jXXXj I ffffff f fb V 46 1 29 0 5 05 0 1 0 2 1 0 1 jjI XX X I fb ffff ff fb 54 046 1 29 05 0 29 0 1 0 2 0 2 jjI XX X I fb ffff ff fb 92 046 1 29 05 0 5 0 1 0 2 2 0 本科生课程设计 论文 11 根据上式可以求得两相短路接地时故障相电流即 A C 相电流的绝对值为 短路点非故障相电压即 B 点电压为 80 007 0 46 1 29 05 0 29 05 0 120 240 1 0 2 0 2 2 0 2 1 2 jj e e I XX XaX aIIaIaI j j fb ffff ffff fbfbfb fa o o 80 007 0 46 1 29 05 0 29 05 0 240 120 1 0 2 0 2 2 0 2 2 1 jj e e I XX XaX aIIaIaI j j fb ffff ffff fbfbfb fc o o 22 246 1 29 05 0 29 05 0 1313 2 1 2 2 0 2 0 1 1 fb ffff ffff fcfaf I XX XX III 81 0 3 3 1 0 2 0 2 1 fb ffff ffff fb fb I XX XX jVV 本科生课程设计 论文 12 第 4 章 短路计算的仿真 4 1 仿真模型的建立 目前 电力系统仿真软件有很多 Matlab以其强大的计算能力 友好的动态 仿真环境和丰富的工具箱越来越成为从事包括电力网络 电力电子和控制系统等 电力系统学习和研究的重要仿真工具 电力系统暂态功角稳定控制是电力系统稳 定运行的第一道防线 暂态稳定性是指电力系统在受到大干扰 如短路故障 突 然增加或减少发电机出力 大量负荷 突然断开线路等 后 各同步发电机保持 同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力 通常指第一或第二振 荡周期不失步 提高电力系统暂态稳定性的措施是多样的 本文以单机 无穷大 系统为例 主要对电力系统稳定器 快速切除故障 故障限流器 单相自动重合 闸等措施在提高电力系统暂态稳定性方面的作用运用MATLAB 的电力系统仿真模 块集SimPowerSystems 本科生课程设计 论文 13 图 4 1 仿真连线图 本科生课程设计 论文 14 4 2 仿真结果及分析 通过建立电力系统的基本模型 参考实际电力系数参数 对系统的参数进行 设置 模拟电力系统运行 对电力系统运行中出现的故障进行设置 模拟故障时 系统状态 得出各时段的电压和电流波形图 通过分析各个波形 了解了发生两 相接地短路故障时电力系统的详细情况 图 4 2 故障 A 相电压 图 4 3 故障 A 相电流 图 4 4 故障 B 相电压 本科生课程设计 论文 15 图 4 5 故障 B 相电流 图 4 6 故障 C 相电压 图 4 7 故障 C 相电流 由图所示波形可以发现 仿真开始时 系统工作在稳定状态 三相电压 电 流对称 都按正弦波变化 当 AC 相发生两相接地短路时 AC 两相对地电压剧降 为零 B 相非故障相电压基本没有变化 再观察电流 在故障发生前三相的对地 电流都为零 两相接地故障后 B 相电流则保持原样 A 相和 C 相电流迅速增大 为短路电流 便处于突然短路的过渡过程中 这个过程虽然短暂 但短路电流的 峰值很大 可达额定电流的 10 倍以上 同时 发生突然短路时 电功率无法输 出 使发电机转速升高而失去同步 破坏了系统运行的稳定性 故障后三相电压 本科生课程设计 论文 16 电流不再对称 说明两相接地短路为不对称短路 故障切除后 三相电压电流经 暂态后达到新的稳定状态 以上仿真分析结果符合实际 在仿真过程中由于没有足够的参考已知值 大部分参数都是假定的 因此与 实际的电力系统仿真有一定的差距 由于某些参数设置还是不厚理想 仿真结果 误差较大 本科生课程设计 论文 17 第 5 章 总结 本次课程设计主要是对我们课程的一个巩固和深入的理解 从开始的茫然 到慢慢看书理解 再到自己独立完成这个题目 从中学到了很多东西 首先 电力系统中存在很多不稳定的因素 可能导致电力系统故障 从而影 响人们的正常生活甚至造成经济或人身的重大伤害 而在这些故障里最容易发生 的就是短路故障 让我更清晰的认识为什么要做短路电流的计算 短路电流的危 害 以及怎样做短路电流的计算 还有实际电厂和变电站限制短路电流的方法 其次 我这次的题目是两相接地短路电流的计算 这是一种多发的短路电流 的形式 虽然危害比不上三相短路电流 但是也要引起重视 相比三相短路电流 的计算来说 两相接地短路的不同在于 要将不对称短路转换到对称短路中进行 计算 而其他都是大同小异 再者 我通过查阅资料和使用软件对短路电流的计算更熟练 真正的才是直 观的认识到书本上学习的知识是需要实际的操作来强化的 本科生课程设计 论文 18 参考文献 1 何仰赞 温增银 电力系统分析 上册 第三版 M 武汉 华中科技大学 出版社 2002 1 2 何仰赞 温增银 电力系统分析 下册 第三版 M 武汉 华中科技大学 出版社 2002 3 3 杨淑英 电力系统概论 M 北京 中国电力出版社 2003 7 4 纪雯 电力系统设计手册 M 北京 中国电力出版社 1998 6 5 曹绳敏 电力系统课程设计及毕业设计参考资料 M 北京 中国电力出版 社 1998 3 6 刘万顺 电力系统故障分析 北京 水利电力出版社 1992 7 刘万顺 电力系统故障分析习题集 北京 水利电力出版社 1994 8 熊信银 发电厂电气部分 第三版 中国电力出版社 1987 本科生课程设计 论文 19 课程设计 论文 报告的内容及其文本格式课程设计 论文 报告的内容及其文本格式 1 课程设计 论文 报告要求用 A4 纸排版 单面打印 并装订成册 内容包括 封面 包括题目 院系 专业班级 学生学号 学生姓名 指导教师姓名 起止时间等 设计 论文 任务及评语 中文摘要 黑体小二 居中 不少于 200 字 目录 正文 设计计算说明书 研究报告 研究论文等 参考文献 2 课程设计 论文 正文参考字数 2000 字周数 3 封面格式 4 设计 论文 任务及评语格式 5 目录格式 标题 目录 小二号 黑体 居中 章标题 小四号字 黑体 居左 节标题 小四号字 宋体 页码 小四号字 宋体 居右 6 正文格式 页边距 上 2 5cm 下 2 5cm 左 3cm 右 2 5cm 页眉 1 5cm 页脚 1 75cm 左侧装订 字体 一级标题 小二号字 黑体 居中 二级 黑体小三 居左 三级标题 黑体四号 正文文字 小四号字 宋体 行距 20 磅行距 页码 底部居中 五号 黑体 7 参考文献格式 标题 参考文献 小二 黑体 居中 示例 五号宋体 期刊类 序号 作者 1 作者 2 作者 n 文章名 期刊名 版本 出版年 卷次 期次 页次 图书类 序号 作者 1 作者 2 作者 n 书名 版本 出版地 出版社 出版年 页次 本科生课程设计 论文 20 毕业设计 论文 原创性声明和使用授权说明毕业设计 论文 原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺 所呈交的毕业设计 论文 是我个人在指导教 师的指导下进行的研究工作及取得的成果 尽我所知 除文中特别加 以标注和致谢的地方外 不包含其他人或组织已经发表或公布过的研 究成果 也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历 而使用过的材料 对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体 均已在文中作了明确的说明并表示了谢意 作 者 签 名 日 期 指导教师签名 日 期 使用授权说明使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集 保存 使用毕业设计 论 文 的规定 即 按照学校要求提交毕业设计 论文 的印刷本和电 子版本 学校有权保存毕业设计 论文 的印刷本和电子版 并提供 目录检索与阅览服务 学校可以采用影印 缩