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图示化电网多功能短路电流计算软件介绍,第10章,10.1软件功能特点1)功能：(1)电网结线图绘制及数据库创建与处理。(2)计算任何结线的高压，低压，矿井电网0任一时刻的对称与不对称短路电流。(3)计算不接地系统的单相接地电容电流。(4)计算短路时网络中支路电流的分布及节点电压。(5)短路非周期分量计算。(6)输出：电网元件参数，转移阻抗，序阻抗，各时刻短路电流，短路容量，冲击电流，单相、两相及两相接地、三路短路电流，支路分布电流及分布系数，电容电流，电动机反馈电流等。,2)主要特点：(1)图形操作输入原始数据，电气元件参数为铭牌数据，计算机自动归算处理。(2)自动查询主干与分支网络，形成节点导纳矩阵及相关矩阵；自动寻查形成零序网络；自动查短路电流计算曲线，自动创建数据库表单；自动形成打印报表及自动生成计算用阻抗图。(3)适用多电压等级：,10.2计算数学模型及程序实现10.2.1数学模型110KV及以上电网采用复杂闭式电网模型。110KV以下放射网及0.4KV、矿井1271140kv等低压电网采用开式电网模型。对既含有多电源闭式网络，又有放射负荷分支的电网采用网络分块的复合数学模型。(1)网络分块复合模型将电力网分成主干网络和放射式分支网络两个部分。主干网络是指包含电源（含附加电源）节点及其互联网络与环形网络部分；负荷分支网络是指由某一方向单向馈电的网络。负荷分支网络与主干网络相连的节点称为相关节点。任何一个电力网络都是由一个主干网络及若干个负荷分支网络所构成。见图10.1（a）。,(2)主干网络的数学描述含有N1个节点，其中N个非电源节点，M个电源节点的主干网络。节点导纳方程为yv=I(1)其中y为N1阶节点导纳矩阵，v、I为N1维节点电压电流列向量。将（1）按非电源节点（不含短路节点），电源节点，短路节点（或相关节点）分块展开如下：(2),其中下标H、G、F分别表示与非电源节点，电源节点，短路节点（或相关节点）有关的量。消去非电源节点得：（3）简写为（4）为消去负荷与节点后的导纳矩阵，称为保留短路节点（或相关节点）与电源节点的转移导纳矩阵。令（5）,（）与分别为节点i与k(f)间的转移导纳及转移阻抗。于是得到以k(f)点为中心，以各电源节点为顶点的星形网络。见图10.1（b）与（c）。若f节点为主干网络中节点，则按图10.1（b）的星形网络可求得转移阻抗与短路参数,图10.1复合模型网络分块及化简,(3)放射式负荷分支网络的数学描述(4)转移阻抗计算转移阻抗分三步计算：用导纳矩阵法计算相关节点k相对于各电源节点的转移阻抗，见图10.1(c)。按相关矩阵法计算短路节点f与相关节点k间转移阻抗。Zkf=ZGf(6)消去相关节点k，得到图10-1(b)网络，求得短路点对电源点的转移阻抗Zif。(5)短路电流及其分布计算放射式负荷分支网络部分各分支路电流按下式计算If=IfGf(7)其中If=(If1,If2Ifq)T为支路电流列矩阵主干网络部分短路电流分布计算相当于在相关节点流出故障点电流If时的闭式电网短路电流分布，详见第8章8.2.2。,10.2.2软件结构及模块设计1）软件结构流程图见图10.2。,2)模块设计(1)图形输入及编辑图形系统包括图形界面，图库及编辑程序。图库是由电器元件的标准图符及基本图元的集合。已绘制的子图及整图均有缩放、平移、旋转及图面标注功能。(2)数据管理及数据输入短路软件系统设置了动态（临时）库和静态（基本）库两个数据库。动态库只有一个，静态库数量与电网数相同，每个电网一个。每个库中设有各类数据表：原始数据表；计算结果表；图形数据表等。,(3)计算方式及故障设置。运行方式：最大、最小和任意方式，默认为最大方式。短路类型：三相、两相、单相接地、两相接地短路及全部类型。短路点指定：指定母线、全部母线、线路中某点。短路时间：任意时刻(4)数据规范化及计算模块接地电容电流计算中网络元件分四类：发电机与隐极式同步发电机，凸极式同步电动机，架空线及电缆线。架空线又分为四种：单（双）回线无避雷线及单（双）回线有避雷线。电缆线包括各种不同的标准截面，电压等级为6、10、35kv等几种。,(5)短路电流分布图、阻抗图的自动生成显示模块(6)结果查询及输出主要输出的项目有：各元件原始数据表各类电网的不同方式、不同短路类型及不同时刻短路电流结果。短路电流分布表短路电流分布图、系统结线图及阻抗图,10.3程序自动处理关键技术10.3.1数据自动处理1)原始数据取用2)数据规范化：设置专用程序接受原始数据，并按短路计算要求的格式处理：(1)由元件参数转换成节点与支路数据，并进行网络连通性等拓扑检查；(2)有效与无效数据的判断，对无效数据给出提示并接受修改；(3)提取当前有用数据，排除当前无用数据；(4)对节点编号与支路顺序重新排列。,10.3.2网络智能拓扑分析1)复合模型中网络的自动分块(1)主干网络的查询及其节点导纳与节点阻抗矩阵形成；(2)放射式负荷分支网自动查询及其相关矩阵形成。2)序网络的自动形成(1)正常网络(2)负序网络(3)零序网络：按以下推理步骤查出零序电流的通路，自动提取零序网元素。由短路点所在电压级及该级所接变压器中性点接地状况确定预选零序支路。对预选零序支路进行筛选，排除非零序支路。对确认的零序支路计算零序电抗，重新记录、编号、连通性检查，形成零序网络节点导纳矩阵及节点阻抗矩阵。,10.3.3短路电流计算曲线自动查询采用电抗和时间双向抛物线插值法求取任意时刻的短路参数。10.3.4短路电流分布图中显示数据的同步更新利用计算结果数据表字段与图面上标注对象的绑定特性实现。对不同运行方式、计算类型得到的不同结果，在更新结果数据库时，同时更新图面上的显示消息。,10.4软件使用方法及示例10.4.1软件界面说明多功能短路电流计算软件主界面如图10-3所示。上部为菜单栏，工具栏，中间为功能菜单选择框，下部为状态提示栏。,图10-3多功能短路电流计算软件主界面,1）使用短路计算主菜单(1)文件新建：新电网数据库创建，并提供结线图或文本输入窗口；打开：打开已存在的图形及参数数据文件，显示结线图；保存：保存当前图形及参数；另存为：当前电网图形及参数更名存储；退出：退出本系统软件。(2)绘图：激活图形绘制与编辑窗口。(3)文本数据：新电网数据以及文本方式输入时采用，此菜单项兼容原版软件文本输入方式。(4)方式设定：进行运行方式，短路类型，短路点及计算时刻的设定。(5)短路计算：启动计算模块，进行短路的各项计算。(6)显示和打印：原始数据，计算结果，图形等显示和打印。,(7)系统维护：密码设置，修改等系统性工作(8)帮助：提供计算原则，步骤与说明，出错处理等简洁帮助功能。(9)退出：退出功能软件界面。,图10.4短路计算绘图窗口,图10-5低压短路计算窗口,2)绘图窗口菜单绘图窗口主菜单项有文件、图形编辑、标注、计算、输出、子图库、帮助等。如图10.4所示。3)低压电网短路电流计算低压电网短路电流计算主菜单设有文件，绘图，数据输入，方式设定，短路计算，显示打印，帮助，退出等项。电气元件中列入了自动空气开关，刀开关，电流互感器等设备，交互界面见图10.5。,4)矿井电网短路电流计算矿井电网短路电流计算主菜单设置有文件、绘图、数据输入、方式选择、计算、输出、帮助、退出等项。方式设置有三种：指定短路节点，全部短路节点及变压器后不同电缆长度的短路电流表。10.4.2数据准备1)电气图形元件数据准备部分电气元件主要参数字段见表10.1所示,表10.1部分电气元件输入参数,2）文本方式输入数据准备文本数据主要由支路数据组成，每条支路由六个参数描述。电力及厂矿供电网支路分为14类，参见表10.2。,表10.2短路电流计算支路分类表支路类型说明类型代码支路参数1支路参数2-无限容量电源系统1基准容量(MVA)Xc(归算至基准容量的电抗)有限容量电源(发电机)2额定容量(kVA)Xd(百分电抗)同步电动机3额定容量(kW)Xd(百分电抗)调相机4额定容量(kVA)Xd(百分电抗)异步电动机5额定容量(kW)Xd(百分电抗)双卷变压器6额定容量(kVA)Uk%(阻抗百分数)三卷变及自藕变压器7额定容量(kVA)Uk%(各侧绕组的阻抗百分数)分裂电抗器干支8额定电流(A)Xk%(每臂额定百分电抗)分裂电抗器臂支9额定电流(A)Xk%(每臂额定百分电抗)架空LJ线10截面积(mm2)长度(km)架空LGJ线11截面积(mm2)长度(km)高压电缆线12截面积(mm2)长度(km)普通电抗器13额定电流(A)Uk%百分电抗)已知标么电抗支路14标么电阻标么电抗,放射式电网由两端节点号构成。靠近主电源的节点为首节点，靠近负荷端的节点为末节点。首末节点为i，j的支路编号为i*1000+j。低压电网及矿井电网支路分类参见表10.3及表10.4。表10.3低压电网支路分类表,表10.4井下配电网支路分类表,10.4.3运行操作步骤1）安装2）软件启动3）图形文件操作4）绘图操作5）操作实例例10.1计算图10.6所示电力系统9号节点两相接地短路时零序电流分布。,图10.6例10.1电网结线图,新建电网图形文件：选菜单“文件”“新建”，输入文件名，按“确定”，绘制结线图如图10-6。参数输入：双击已给元件图，在弹出的参数输入窗口输入元件属性参数。方式设置：选主菜单“方式设定”，弹出方式窗口，分别指定最大运行方式，两相接地短路和节点9。在计算时刻文本框中取默认值。短路计算：选择主菜单上“短路计算”，启动计算模块。显示打印：选主菜单上“显示打印”选择二级菜单，“计算结果”“结线图”“阻抗图”或“短路电流分布图”可查看或输出。零序电流分布图见图10.7。,图10.7例10.1电网零序电流分布图,例2对图10.8所示电力系统计算220KV母线（9节点）在0”、02”及时的三相，两相、两相接地及单相接地短路时各电源供给的短路电流与非周期分量电流。,图10.8例10.2电力系统结线图,绘结线图操作步骤同例1，若原已绘结线图，则步骤如下：打开已有电网文件：点击菜单“文件”“打开”从弹出的窗口中选要计算的电网文件名，按“确定”按钮或双击文件名调入电网图形与对应参数。方式设置：选主菜单“方式设定”，弹出方式窗口，选默认方式，短路类型选“全部”，短路节点指定9。短路计算及显示打印：操作同例1，部分计算结果见图10.9（a）、b)、(c),(a),(b),(c)图10.9短路计算部分结果图,例10.3计算图10.5中低压电网各节点三相，两相，单相短路电流及短路点总电阻，总电抗等参数。数据以文本方式输入。点击菜单“文件”“新建”，输入低压电网名称，按“确定”。点击“文本数据”，弹出数据输入表格，逐支路、节点输入要求的数据内容。选择“计算”，再选择“显示打印，即可查看和输出结果。,1,0