短路故障分析及计算

目目 录录 引 言 3 1 电力系统短路故障说明 4 2 短路故障分析计算 解析法 7 2 1 各元件电抗标幺值的计算 7 2 2 短路次暂态电流标幺值计算 10 2 3 三相短路电流及短路功率计算 12 3 Y 矩阵计算法 13 4 两种算法分析 16 4 1 解析法计算结果 16 4 2 Y 矩阵计算结果 16 致 谢 17 参考文献 18 引引 言言 在电力系统可能发生的各种故障中 对系统危害最大 而且发生概率最高 的是短路故障 所谓短路 是指电力系统中相与相之间或相与地之间的非正常 连接 在电力系统正常运行时 除了中性点外 相与相或相与地之间是相互绝 缘的 如果由于绝缘破坏而造成了通路 电力系统就发生了短路故障 电力系统短路出现的原因 电气设备载流部分的绝缘损坏 操作人员违反安全操作规程而发生误操作 鸟兽跨越在裸露的相线之间或相线与接地物体之间 或咬坏设备 导线 绝缘层 电力系统短路的后果 短路时会产生很大电动力和很高温度 使短路电路中元件受到损坏和破 坏 甚至引发火灾事故 短路时 电路的电压骤降 将严重影响电气设备的正常运行 短路时保护装置动作 将故障电路切除 从而造成停电 而且短路点越 靠近电源 停电范围越大 造成的损失也越大 严重的短路要影响电力系统运行的稳定性 可使并列运行的发电机组失 去同步 造成系统解列 不对称短路将产生较强的不平衡交变电磁场 对附近的通信线路 电子 设备等产生电磁干扰 影响其正常运行 甚至发生误动作 短路电流的计算目的 短路计算是为了正确选择和校验电气设备 准确地整定供配电系统的保护装 置 避免在短路电流作用下损坏电气设备 保证供配电系统中出现短路时 保 护装置能可靠动作 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 以及单相短路接地 其中三相短路造成的危害最大 本次课程设计的目的是在 三相短路故障出现时分析与计算最大可能的故障电流和功率 1 电力系统短路故障说明电力系统短路故障说明 如图 1 所示的系统中 K 3 点发生三相短路故障 分析与计算产生最大可能 的故障电流和功率 1 发电机参数如下 发电机 G1 额定的有功功率 110MW 额定电压 10 5kV 次暂态电抗标 N U 幺值 0 264 功率因数 0 85 d X N cos 发电机 G2 火电厂共两台机组 每台机组参数为额定的有功功率 25MW 额 定电压 UN 10 5kV 次暂态电抗标幺值 0 130 额定功率因数 0 80 d X N cos 2 变压器铭牌参数由参考文献 新编工厂电气设备手册 中查得 变压器 T1 型号 SF7 10 110 59 16 5 10 5 1 0 变压器额定容量 10MV A 一次电压 110kV 短路损耗 59kW 空载损耗 16 5kW 阻抗电压百分 值 UK 10 5 空载电流百分值 I0 1 0 变压器 T2 型号 SFL7 31 5 110 148 38 5 10 5 0 8 变压器额定容量 31 5MV A 一次电压 110kV 短路损耗 148kW 空载损耗 38 5kW 阻抗电压百 分值 UK 10 5 空载电流百分值 I0 0 8 变压器 T3 型号 SFL7 16 110 86 23 5 10 5 0 9 变压器额定容量 16MV A 一次电压 110kV 短路损耗 86kW 空载损耗 23 5kW 阻抗电压百分 值 10 5 空载电流百分值 I0 0 9 K U 3 线路参数由参考文献 新编工厂电气设备手册 中查得 线路 1 钢芯铝绞线 LGJ 120 截面积 120 2 长度为 100 每条线路单 位长度的正序电抗 X0 1 0 408 每条线路单位长度的对地电容 b0 1 2 79 10 6S 对下标的说 X0 1 X单位长度 正序 X0 2 X单位长度 负序 线路 2 钢芯铝绞线 LGJ 150 截面积 150 2 长度为 100 每条线路单 位长度的正序电抗 X0 1 0 401 每条线路单位长度的对地电容 b0 1 2 85 10 6S 线路 3 钢芯铝绞线 LGJ 185 截面积 185 2 长度为 100 每条线路单 位长度的正序电抗 X0 1 0 394 每条线路单位长度的对地电容 b0 1 2 90 10 6S 4 负载 L 容量为 8 j6 MV A 负载的电抗标幺值为 L X 2 2 L L Q S U 电动机为 2MW 起动系数为 6 5 额定功率因数为 0 86 3 参数数据 设基准容量 SB 100MV A 基准电压 KVUUB av 1 SB的选取是为了计算元件参数标幺值计算方便 取 SB 100MV A 可 任意设值但必须唯一值进行分析与计算 2 UB的选取是根据所设计的题目可知系统电压有 110kV 6kV 10kV 而 平均额定电压分别为 115 6 3 10 5kV 平均电压 Uav与线路额定电压相差 5 的原则 故取 UB Uav 3 为次暂态短路电流有效值 短路电流周期分量的时间 t 等于初值 I 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 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 M i 的三个条件及时间 0 01s 一般取冲击电流 2 55 K t M i2 M K I I 5 为短路电流冲击系数 主要取决于电路衰减时间常数和短路故障 M K 的时刻 其范围为 1 2 高压网络一般冲击系数 1 8 M K M K 2 短路故障分析计算 解析法 短路故障分析计算 解析法 2 1 各元件电抗标幺值的计算各元件电抗标幺值的计算 电力系统等值电路如图 G M GG 3 K G1 G2G2 T1 T3 T2 1 0 204 3 0 656 6 0 309 4 0 33 2 0 416 7 0 309 9 6 0 8 0 298 5 1 05 10 6 60 L S负载 图2 电力系统等值电路 设基准容量 基准电压 KV B S100MV A av UU B 1 发电机电抗标幺值 公式 N BG G P S 100 X X N cos 式中 发电机电抗百分数 由发电机铭牌参数的 XG X100X G d 已设定的基准容量 基值功率 B SAMV 发电机的额定有功功率 MW N P 发电机额定有功功率因数 N cos 则发电机电抗标幺值由公式 得 204 0 85 0 110 100264 0 1 X416 0 8 0 25 10013 0 2 X 2 负载电抗标幺值 公式 L 2 L 2 L Q S U X 式中 U 元件所在网络的电压标幺值 负载容量标幺值 L S 负载无功功率标幺值 L Q 则负载电抗标幺值由公式 得 6 100 6 100 1 1 9 X 3 变压器电抗标幺值 公式 NT BK T S S 100 U X 则变压器电抗值标幺值由公式 得 656 0 16 100 100 5 10 3 X 33 0 5 31 100 100 5 10 4 X 05 1 10 100 100 5 10 5 X 变压器中主要指电抗 因其电抗 即可忽略 由变压器电抗 TT RX T R 有名值推出变压器电抗标幺值为 公式 100 U S U U S X K NT 2 NT 2 B B T 式中 变压器阻抗电压百分数 K U 基准容量 MV A B S 变压器铭牌参数给定额定容量 MV A 额定电压 kV NT S NT U 基准电压取平均电压 kV B U B U av U 则线路电抗标幺值由公式 得 309 0 115115 100100408 0 6 X 303 0 115115 100100401 0 7 X 298 0 115115 100100394 0 8 X 4 线路电抗标幺值 公式 lx0 2 B B W U S X 式中 线路单位长度电抗 0 x 线路长度 km l 基准容量 MV A B S 输电线路额定平均电压 基准电压 kV B U av UUB 输电线路的等值电路中有四个参数 一般电抗 故0 由 WW RX W R 于不做特殊说明 故电导 电纳一般不计 故而只求电抗标幺值 5 电动机电抗标幺值 近似值 cos 公式 N B ML P S 6 5 1 X N 式中 设定的基准容量 MV A B S 电动机额定的有功功率 MW N P cos 电动机额定有功功率因数 N 电动机电抗标幺值由公式 得 62 6 86 0 25 6 1001 10 X 2 2 短路次暂态电流标幺值计算短路次暂态电流标幺值计算 1 短路次暂态电流标幺值 I 取 K X E I E1 kA 公式 B B U S II 3 基准容量基准电压 100AMVSB av KVUUB 2 冲击电流的计算 M i 0 01 T 8 12 e1 c22iIIIKM M kA 公式I M 55 2 i 3 短路容量的计算 K S 公式 VMAIUISS BBK 3 等值电路简化电路图如下 M G G G1 G2 SL负载 11 1 169 12 0 373 14 6 303 13 1 348 10 6 62 15 0 283 13 1 348 10 6 62 10 6 62 10 6 62 13 1 348 14 6 303 16 0 271 17 1 169 图3 简化等值电路 169 1 309 0 656 0 204 0 63111 XXXX 373 0 33 0 406 0 5 0 2 1 4212 XXX 348 1 298 0 05 1 8513 XXX 303 6 0 6303 0 9714 XXX 283 0 373 0 169 1 373 0169 1 121115 XXX 271 0 303 6 283 0 303 6 283 0 141516 XXX 169 1 348 1 271 0 131617 XXX 考虑电动机的影响后 短路点的等值电抗为 K X 994 0 62 6 619 1 62 6 619 1 1017 1817 XX XX X K 2 3 三相短路电流及短路功率计算三相短路电流及短路功率计算 短路次暂态电流标幺值 K K U1 I1 006 X0 994 短路次暂态电流有名值 B K B S100 I I1 0069 22 kA 3U36 3 冲击电流 M 2 55 I2 55 9 2223 51 kAi 短路功率 Kav 3UI36 3 9 22105 4 MV A S 3 Y 矩阵计算法矩阵计算法 1 导纳矩阵等值电路如图 4 所示 节点数为 6 电抗标幺值参考图 2 G 5 3 21 G 4 6 M 10 X5 X 8 X 7 X 4 2X 2 2X 1 X 3 X 6 X 21 0 0 0178Y 20 0 0 0188Y 22 0 0 0095Y 86 L Sj MVA G2 G1 图4 等值电路图 2 导纳计算公式为 公式 0 1 Y 0 1 Y ji ii jiUUy U I jiUUijyI U I ijji j i jiii i i 非对角线元素 对角线元素 式中 节点 第 jiji 节点电流 电压 iUI ii 3 变压器变比的定义 22 11 11 51 101 B B UU UU K 式中 高压侧额定电压 1 U 低压侧额定电压 2 U 变压器变比标幺值 05 1 5 10 10 51 115 110 101 3 K 96 0 3 6 6 51 115 110 05 1 1 2 K K 4 Y 矩阵的形成 对地电纳 0095 0 501097 2 100 115 2 1 2 1 0178 0 1001097 2 100 115 2 1 2 1 0188 0 1001092 2 100 115 2 1 2 1 6 2 0 22 0 22 6 2 0 21 0 21 6 2 0 20 0 20 0 2 YYY YYY YYY lb S U Y B B 3557 3 0000 3557 3 1 43 3 11 922 0 0000992 0 1 1 1 11 3231262524 8 3223 2 158 0 222221 16151413 15 12 510 11 jYYYYY j jX YYj KjXjX YYjY YYYYj KjX Yj jXjX Y 354 6 11 452 103003 3 00452 1 601 4 11 02362 30000 8683 10 2 1 2 1 5270 0 00 3003 3 1 2362 3 1 43 5 2 1 324 14 2 1111 331 66656463 626156 2 336 255 545352514645 42 44434241 7 6336 6 5335 2 24 4334 2 24768 21333 j KjXjX YYYjY YYYj KXjjX yY YjYjYYYY j jXjX YjYYY j jX YY j jX YYj KjX YY j KjXjXjXjX yyyY Y 354 6 452 1 03 300 452 1 601 4 0236 3 00 00868 1043 500 3 3236 3 43 5 324 14356 3 0 0003557 3 43 3 992 0 0000992 0 1 1 jjj jjj jj jjjjj jjj jj 短路点的电抗标幺值为9091 0 1 11 jYX 短路点次暂态短路电流为1 1 111 UYIK 短路点次暂态短路电流有名值为 08 10 3 63 100 KAII K 短路点冲击电流为 705 2508 1055 2 55 2 KAIi KM 短路点短路功率为 99 10908 103 633 AMVIUS avK 4 两种算法分析两种算法分析 4 1 解析法解析法计算结果计算结果 短路点的电抗标幺值为006 1 jX 短路点的次暂态短路电流为 KAI22 9 4 2 Y 矩阵矩阵计算结果计算结果 短路点的电抗标幺值为9091 0 1 11 jYX 短路点的导纳标幺值为1 1 11 jY 短路点的次暂态短路电流为1 1 111 UYIK KAII K 08 10 3 63 100 两种算法的次暂态短路电流比较误差为 86 0 22 9 08 10KAI 可以看出两种算法的优缺点 1 解析法每一短路处都需要逐一分析与计算 误差较大 2 Y 矩阵计算时要考虑对地电容 变压器实际变比 故误差较小 Y 矩阵 对角元素将各节点的等值短路电抗 阻抗 均求出 为分析其他点的短路故障 提供了更容易更直观的参数值 致致 谢谢 在紧张而忙碌的七天过去后 课程设计结束了 这次的课程设计过程中我 学到了很多 也找到了自己身上的不