课程设计电力系统短路电流的计算.doc

课程设计说明书题目名称： 某系统短路计算 系 部： 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 完成日期： 电力工程系课程设计任务书 学年 学期 年 月 日专 业 班级 课程名称电力系统分析基础设计题目电力系统短路电流的计算指导教师 起止时间 周数2周设计地点神华楼A303仿真实验室设计目的：本次电力系统课程设计是根据给定的原始材料完成、巩固和加深对电力系统短路计算基本原理的理解，学习和掌握应用计算机进行电力系统设计和计算的方法，培养学生独立分析和解决问题的能力。设计任务或主要技术指标： 短路点短路电流的计算所需的部分参数都已经标注在电路图中，本组成员计算所需系统C、变压器T1、线路L、变压器T2、发电机G等的电抗标幺值。发电机：电压标幺值Eeq=1；线 路：正序负序阻抗的额定标幺值取0.05，零序阻抗的额定标幺值取0.15；电力系统短路电流的计算（三相短路，两相短路）（手算和计算机仿真计算；短路点为K点和发电机母线上）。设计进度与要求：设计进度：1 第一天：选题，收集资料，完成开题报2 第二天：完成电路等值电路的绘制 3 第三、四、五天：完成电路电流的手工计算4 第六、七、八天：基于PSASP的仿真短路计算 5 第九天：设计初审6 第十、十一天：修改初稿，打印终稿。7 第十二天：课程设计答辩。要求：1 电力系统短路电流的计算（三相短路，两相短路）（手算和计算机仿真计算；短路点为K点和发电机母线上）；线路单位长度的参数见电力系统分析教材；2 用PSASP建模仿真计算；3 3人一组，2人手算，1人计算机仿真计算。4 计算题目要求的电网的1个点的短路电流，画出正序，负序，零序和等效图，手算之后再在计算机上用PSASPB建模仿真。主要参考书及参考资料：1 李庚银.电力系统分析基础 M.北京：机械工业出版社.2011.8;2 中国电力科学研究院.短路计算用户手册M.2010.6；3 中国电力科学研究院.潮流计算用户手册M.2010.6；教研室主任（签名） 系（部）主任（签名） 年 月 日 摘 要电能是现代社会中最重要，也是最方便的能源。电能具有许多优点，它可以方便地转化为别种形式的能，它的输送和分配易于实现；它的应用规模也很灵活。电力系统正常运行的破坏多半是由短路故障引起的。发生短路时，系统从一种状态剧变到另一种状态，并伴随产生复杂的暂态现象。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。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。对于各种不对称短路，都可以对短路点列写各序网络的电势方程，根据不对称短路的不同类型列写边界条件方程。联立求解这些方程可以求得短路点电压和电流的各序分量。关键词：短路 各序网络 不对称短路目 录1 课程设计的题目及目的11.1 课程设计选题11.2 课程设计的目的12 短路电流计算的基本概念和方法22.1 基本概念的介绍22.2 电力系统各序网络的制定22.3 不对称三相量的分解32.4 短路电流计算的基本方法43 计算过程及步骤63.1 系统C的正序电抗的计算63.2 K点发生接地短路的电流计算83.3 短路时发电机和系统C故障电流计算104 仿真实验134.1 基于公用资源的交直流电力系统分析程序包有以下应用功能134.2 仿真结果部分截图145 结果分析185.1 短路电流计算结果的应用185.2 影响短路电流的因素及限制短路电流的措施19总 结20致 谢211 课程设计的题目及目的1.1 课程设计选题如图所示发电机G，变压器T1、T2以及线路L电抗参数都以统一基准的标幺值给出，系统C的电抗值是未知的，但已知其正序电抗等于负序电抗。在K点发生a相直接接地短路故障，测得K点短路后三相电压分别为，。试求：（1）系统C的正序电抗；（2）K点发生a相接地短路和bc两相接地短路时故障点电流；（3）K点发生a相接地短路和bc两相接地短路时发电机G和系统C分别提供的故障电流（假设故障前线路电流中没有电流）。 图1.11.2 课程设计的目的1. 巩固电力系统的基础知识；2. 练习查阅手册、资料的能力；3熟悉电力系统短路电流的计算方法和有关电力系统的常用软件。2 短路电流计算的基本概念和方法2.1 基本概念的介绍1.在电力系统中，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短路。三相短路也称为对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态。其他类型的短路都属于不对称短路。2.正序网络:通过计算对称电路时所用的等值网络。除中性点接地阻抗、空载线路（不计导纳）以及空载变压器（不计励磁电流）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。3.负序网络：与正序电流的相同，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源中的负序分量，便得到负序网络。4.零序网络：在短路点施加代表故障边界条件的零序电势时，由于三项零序电流大小及相位相同，他们必须经过大地（或架空地线、电缆包庇等）才能构成回路，而且电流的流通与变压器中性点接地情况及变压器的解法有密切关系。2.2 电力系统各序网络的制定应用对称分量法分析计算不对称故障时，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。除中性点接地阻抗，空载线路以及空载变压器外，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，如图2所示；负序电流能流通的元件与正序电流的相同，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，使得到的负序网络如图3 所示；在短路点电流施加代表故障边界的零序电势时，由于三相零序电流大小及相位相同，他们必须经过大地才能构成通路，而且电流的流通与与变压器中性点接地情况及变压器的接法有密切的关系。如图4所示。利用各序的网络图可以计算出相应的序阻抗。图2.1 系统的正序网络图2.2 系统的负序网络图2.3 系统的零序网络2.3 不对称三相量的分解 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，零序三相对称的三相量。 在三相电路中，对于任意一组不对称的三相相量（电压或电流），可以分解为三组对称的相量，当选择a相作为基准相时；三相相量与其对称分量之间的关系为:式中，运算子，且有，,，分别为相电流的正序，负序和零序分量，并且有：，。最后可以得到：电压的三相相量与其对称分量之间的关系也与电流的一样。2.4 短路电流计算的基本方法1.单相(a相)接地短路 单相接地短路是，故障处的三个相边界条件为：经过整理后便得到用序量表示的边界条件为：2.两相（b相和c相）短路b相和c相短路的边界条件 ； ； 经过整理后便得到用序量表示的边界条件为：3. 两相（b相和c相）短路接地b相和c相短路接地的边界条件 ； ； 经过整理后便得到用序量表示的边界条件为：3 计算过程及步骤3.1 系统C的正序电抗的计算 应用对称分量法分析各种简单不对称时，都可以写出各序网络故障点的电压方程式 ，当网络的各元件都只用电抗表示时，方程可以写成：式中，即是短路发生前故障电压。单相接地短路时，故障处的三个边界条件为：用对称分量表示为：经整理后便得到用序量表示的边界条件为：根据边界条件(5)和方程式(4)。即能确定短路点电流和电压的各序分量为短路点非故障相得对地电压为： 根据设计任务所给的已知条件代入(7)式得： （8）式与(9)式相比并且将a2=-1-a代入两式得：对(10)式进行化简，最终得到：由系统的各序网络图可得到：最后可解得：由此可得:3.2 K点发生接地短路的电流计算（1）当K点发生a相接地短路时故障点电流。根据设计要求可以看出要求的是两相短路接地的情况，故障处的相量边界条件为：=0， =0, =0用序量表示的边界条件为最后得到：以及短路点故障相的电流为零，短路点各处电压从复合序网求的短路点处三相电压由下可得：若忽略电阻将 代入可得，再将它们分别代入可得 由边界条件可得= =0。（2）当K点发生bc两相接地短路时故障点电流。根据设计要求可以看出要求的是两相短路接地的情况，故障处的三个边界条件为：用序量表示的边界条件为最后得到：以及短路点故障相的电流为将 代入式(12)可得，再将它们分别代入式(14)可得和由边界条件可得。 3.3 短路时发电机和系统C故障电流计算（1）a相接地短路K点发生a相接地短路时发电机G和系统C分别提供的故障电流(假设故障前线路电流中没有电流)的计算。将 以及分别代入可得根据电流与阻抗成反比可以算出由系统C和发电机G提供的各序电流 （2）bc两相接地短路K点发生bc两相接地短路时发电机G和系统C分别提供的故障电流： 将 以及 分别代入式（13）可得 根据电流与阻抗成反比可以算出由系统C和发电机G提供的各序电流 同理可算出 根据式(3)可算出在abc三相中分别由系统 C和发电机G提供的短路电流： 同理可以算出4 仿真实验本次仿真用PSASP软件，PSASP基于电网基础数据库、固定模型库以及用户自定义模型库的支持，可以进行电力系统（输电、供电和配电系统）的各种计算分析。4.1 基于公用资源的交直流电力系统分析程序包有以下应用功能潮流计算、暂态稳定、短路电流、网损分析、电压稳定、静态安全分析、静态和动态等值、直接法暂态稳定、小干扰稳定、最优潮流和无功优化、参数优化协调、继电保护整定与仿真；主要特点:交直流混合电力系统；固定模型库和用户自定义模型库支持；提供用户程序接口实现与用户程序联合运行；文本和图形两种运行模式及多种形式的结果输出；开放友好的用户程序接口环境；PSASP提供用户程序接口(UPI)环境使PSASP模块和用户程序模块联合运行共同完成某一计算任务；UPI为用户提供了更加自由更加开放的环境即通过编程(语言工具不限如FORTRANC+等)；利用PSASP的资源和实现PSASP的功能扩充；利用Windows操作系统提供的动态连接库(DLL)支持可以使UPI方式与PSASP内部的固定模型方式在计算精度和时间上达到同样的效果其中不少单位如清华大学浙江中试等应用UPI做了很多富有成效的科研工作。潮流计算流程：PSASP潮流计算的流程和结构如下图所示： 图4.1PSASP潮流计算的流程图短路计算流程：图4.2 PSASP短路计算的流程图 潮流计算、暂态稳定、短路电流、网损分析、电压稳定、静态安全分析、静态和动态等值、直接法暂态稳定、小干扰稳定、最优潮流和无功优化、参数优化协调、继电保护整定与仿真。4.2 仿真结果部分截图图4.3 仿真主接线图图4.4系统潮流分析图4.5 BC两相短路电流系统图 图4.6 各项元件参数报表图4.7 a相短路接地支路电流报告图4.8 故障母线视在阻抗报告图4.9 故障母线电压报告 由于计算误差以及PSASP仿真时发电厂、变压器、母线、交流线等一系列的参数只知道阻抗部分数据不统一，所以导致手算和PSASP短路计算出来的数据存在一定的差值。5 结果分析经过计算可以看出系统在发生单相接地短路时与大小相同，相位相反。同样在发生两相短路接地时bc两相的电流大小相等，相位相反；非短路相电流为零；而且有系统C和发电机G提供的短路电流大小相反。而短路相无论是系统C还是发电机G它们的bc两相大小相等，相位相反。5.1 短路电流计算结果的应用1、正确选择和校验电器设备1）最大冲击电流用于绝缘子、隔离开关、断路器、电流互感器、电抗器等的动稳定校验；2）最大稳态短路电流用于绝缘子、隔离开关、断路器、电流互感器、变压器、电抗器等的热稳定校验；3）最大冲击电流用于断路器选择极限遮断电流；4）次暂态短路电流或0.2秒时短路电流用于断路器选择额定遮断电流；5）次暂态短路电流或全电流最大有效值用于熔断器选择额定遮断电流；6）全电流最大有效值用于400伏低压系统中，DZ（0.02秒）型断路器、熔断器选择额定遮断电流；2、正确选择和校验载流导体1）最大冲击电流用于硬母线的动稳定校验；2）最大稳态短路电流用于硬母线的热稳定校验；3）次暂态短路电流用于室外组合导线的摇摆计算；4）最大稳态短路电流用于室外软导线的摇摆计算；3、继电保护的选择和整定1）保护安装处的稳态短路电流用于变压器过电流保护装置的灵敏度校验；2）保护安装处的次暂态短路电流用于变压器电流速断保护装置的灵敏度校验；3）保护安装处的稳态短路电流用于线路过电流保护装置的灵敏度校验；4）保护安装处的次暂态短路电流用于线路无时限电流速断保护装置的灵敏度校验；5）保护安装处的稳态短路电流用于线路带时限电流速断保护装置的灵敏度校验；4、确定系统中性点接地方式单相接地故障电容电流用于确定35KV及以下系统是采用不接地方式还是采用低电阻、高电阻、消弧线圈接地方式；5、接地装置的设计1）接地装置流入地中的最大短路电流周期分量用于选择接地装置的电阻；2）发生最大接地短路电流时，流经变电所接地中性点的最大接地短路电流用于计算接地装置入地电流，然后计算接地装置的电位，包括接触电位差和跨步电位差。5.2 影响短路电流的因素及限制短路电流的措施1、影响短路电流的主要因素1）系统的电压等级；2）系统主接线形式及运行方式；3）系统元件阻抗的大小及另序阻抗大小（与变压器中性点接地的数量和性质有关）；4）系统安装的限流电抗器；5）系统装设的限流电器，如限流熔断器、限流断路器等。2、限制短路电流的主要措施1）电力系统的限流措施 提高电力系统的电压等级； 分割系统，分割母线，如采用高压配电网解环运行等；通过改变电网网络结构来限制短路电流;是一种非常经济、有效且便于实施的方法。 在允许的范围内，增大系统的另序阻抗，限制单相短路电流；2）变电所的限流措施 变压器分列运行； 在变电所的变压器回路中装设电抗器或分裂电抗器； 采用低压侧为分裂绕组的变压器； 出线上装设电抗器； 采用高阻抗变压器。总 结通过此次电力系统课程设计，我的理论知识和实际操作能力都得到了很大的提高。本设计是要求三相输电线路的短路电流。短路电流的计算在实际的电力生产中有着非常重要的意义。他可以帮助我们在设计系统时就可把短路问题考虑进去，避免系统在运行中出现故障，造成大面积的停电；抑或是造成对设备的投资过多，造成浪费。同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学的知识理解不够深刻，掌握的不够牢固。我们通过查阅大量有关资料，并在小组中互相讨论，交流经验和自学，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛。