电力系统分析课程设计-三相短路故障分析计算机算法

1、课程设计报告题 目 三相短路故障分析计算机算法课 程 名 称 电力系统分析院 部 名 称 龙蟠学院专 业 08 电气工程及其自动化班 级 M08 电气工程及其自动化 学 生 姓 名 顾辰蛟学 号 02 课程设计地点 C314 课程设计学时 一周 指 导 教 师 朱一纶金陵科技学院教务处制电力系统课程设计 三相短路故障分析计算机算法设计一 基 础资料1. 电力系统简单结构图如图8 j6MV负?载A100kmLGJ-1506kV2000kWcos N 0.86起动系数为 6.5用电负载（电动机）100km LGJ-12025MW cos N 0.8 X d 0.13 火电厂110MWcos N 0

2、.85X d 0.264图 1 电力系统简单结构图2电力系统参数如图 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 UN =；次暂态电抗标幺值 Xd =，功率因数 cos N = 。25MW；额定电压 UN=；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 次暂态电抗标幺值 X d =；额定功率因数 cos N =。（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/ ，变压器额定容量 10MVA，一次电压 110kV，短路损

3、耗 59kW， 空载损耗，阻抗电压百分值 UK%=，空载电流百分值 I 0%=。变压器 T2：型号，变压器额定容量 A，一次电压 110kV，短路损耗 148kW，空载损耗， 阻抗电压百分值 UK%=，空载电流百分值 I 0%=。变压器 T3：型号 SFL7-16/ ，变压器额定容量 16MVA，一次电压 110kV，短路损耗 86kW， 空载损耗，阻抗电压百分值 UK%=，空载电流百分值 I 0%=。（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）=；每条线路单位长度的对地

4、电容b0（1） = 106S。对下标的说明 X 0（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 22，长度为 100 ，每条线路单位长度的正序电抗 X0（1）=；每条线路单位长度的对地电容6b0(1) = 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6b0(1) = 10 6S。U2* QL* ；电动机为SL2* L*序电抗 X0（1）=；每条线路单位长度的对地电容4）负载 L：容量为 8j6 （MVA），负载的电抗标幺值为 X2MW，起动系数为，

5、额定功率因数为。3参数数据设基准容量 SB=100MV A；基准电压 UB=UavkV。（1）SB 的选取是为了计算元件参数标幺值计算方便，取SB-100MVA，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、。平均电压 Uav 与线路额定电压相差 5%的原则，故取 UB=Uav。（3）I 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（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

6、电流的三个条件及时间 tK =）。一般取冲击电流 iM = 2 K M I =I 。5）K M 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的时刻。 其范围为 1 K M 2，高压网络一般冲击系数 KM =。二设计任务及设计大纲1. 各元件参数标幺值的计算，并画电力系统短路时的等值电路。XGXG % SB100 ? PN cos N公式（ 1）发电机电抗标幺值式中 XG% 发电机电抗百分数，由发电机铭牌参数的Xd 100 X G%；SB 已设定的基准容量（基值功率） ，MV ?A ；PN 发电机的额定有功功率，MWcos N发电机额定有功功率因数。2）负载电抗标幺值公式X LSU

7、2 QLSL式中 U 元件所在网络的电压标幺值；SL 负载容量标幺值；Q L 负载无功功率标幺值。（3）变压器电抗标幺值XTUK % ? SB100 ? SNT公式变压器中主要指电抗，因其电抗 X TR T ，即 R T 可忽略，由变压器电抗有名值推出 变压器电抗标幺值为2XT SB2 ?UNT ?UK %公式T U 2B SNT100式中 UK %变压器阻抗电压百分数；SB 基准容量， MV?ASNT、UNT 变压器铭牌参数给定额定容量，MV? A、额定电压， kV；UB 基准电压 UB 取平均电压 Uav，kV。（ 4）线路电抗标幺值SBX WB2 x0l公式WU 2B 0式中 x0 线路

8、单位长度电抗；l 线路长度， km；SB 基准容量， MV?A；UB 输电线路额定平均电压，基准电压U B U av ， kV。输电线路的等值电路中有四个参数，一般电抗XW RW，故 RW 0。由于不做特殊说明，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）X ML1 SBcos N6.5 PNN公式式中 SB 设定的基准容量， MV?A；PN 电动机额定的有功功率，MW；cos电动机额定有功功率因数。6）短路次暂态电流标幺值（ I* ）I*EXK*（取 E 1 ）I I SB（kA）*3UBSB 100MV ?A ；基准电压 U BU av (kV)。（ 7）冲击

9、电流（ i M ）的计算公式基准容量iM2 KM I2(c 1+e 0.01/T) I 2 1.8 IiM 2.55 I ( kA)8）短路容量 SK 的计算SK SB I*3 U B IMA ? V )公式公式2设基准容量 SB 100MV ?A； 基准电压 U B Uav（kV）。1)发电机电抗标幺值由公式得0.13 100 =0.41625/0.8X1=0.264 100 =0.204 ; X2=1 110/0.85 2X60.408 100 100115 1150.309 ； X 70.401 100 100115 1150.303 ；X80.394 100 100115 1150.2

10、9810.5 10010.510010.5100X30.656 ； X 40.33； X 5100 16 410031.55 100103)线路电抗标幺值由公式得变压器电抗值标幺值由公式得2)1.05负载电抗标幺值由公式得X91/1006100电动机电抗标幺值由公式得X101 1006.5 2/ 0.866.62对地电纳U B2Y*SBb0 l1111526Y20.0Y*2.9210 61000.01882*21001111526Y21.0Y*2.9710 61000.01782*21001111526Y22.0Y*2.9710 6500.00952*2100Y20.0Y21.0Y22.012

11、3456789101112131415161718192021222324252627282930313233-kl=0.96;-k2=1.05;-k3=1.05；-xl=0.204*j;-x2=0.416*j;-x3=0.656町;- x4=0.33*j;- x5=l.05*j;- x6=0.309*j;-x7=0.303*j;-x8=0. 298巧；- x9=6*j;-xl0=6.62*j;- yll=l/xl0+l/x5;-yl2=-l/(x5*kl);-yl3=0;- y!4=0;-yi5=o.|- y!6=0;-y21=yl2;- y22=j*0. 0188+l/x8+l/x5A 1

12、*2;-y23=-l/x8;- y24=0;-y25=0;-y26=0;-y31=0;-y32=y23;- y33= j 0.0188+j *0.0178+j #0.095+1/x8+l/x6+l/x7+l/ (x4/2) *k2* 2);- y34=-l/(x4/2)*k2A2);- y35=-l/x6;-y36=0;-y41=0;- y42=0:3. 求出阻抗矩阵并对用计算机分析短路电流的原理加以说明。xll =1. 1690xl2 =0. 3730xl3 =1.3590xl4 二6. 3030xl5 =0. 2828xl6 =0. 2706=1.62961 - kl=O. 96;2 -k

13、2=1.05;3 -k3=1.05;q xl=O. 204*j;5 -x2=0.416*j;6 一 x3=0. 656*j;7 -x4=0.33*j；8 -k5=1.05*j;9 -6=0. 309*j：10 - x?=0.303*j;11 -x8=0.298j;12 一 x9=6*j ;13 -xl0=6.62j;14 - zll=x 104x5;15 -z!2=-kl/x5;16 一 zl3=0;l? -zl4=0;18 一 zl5=0;19 -zl6=0：20 一 z21=z!2;? 1 z22=j *0.0188+x8+kr2/x5;?2 -z23=-x8;?3 -z24=0;?4 -

14、z25=0;?5 -z;26=0;26 z31=0;? -z32=z23;?8 -z33=j*0.0188+j0.0178+j*0.095+x8tx6-hc7+(k2A2：i/(x4/2);29 -z34=- (?2*2)/(x4/2);50 一z35=x6;H z36=0;52 -z41=0;4. 求出短路点的次暂态短路电流和流过发电机G1的故障电流。短路点的电抗标幺值为 X* 1/Y11 j 0.9091 短路点次暂态短路电流为 I K Y11 U1 1.1流过发电机 G1 的故障电流。I1 1 =1 X1 X3 X5 X 6 X85. 求出短路点的冲击电流，短路功率。I K1003 6.

15、310.08 (kA)冲击电流iM 2.55 I 2.55 9.22 23.5(1 kA )短路功率SK3 U av I3 6.3 9.22 105.4(MV ? A)结果列表比较，6：提高：用估算法求三相短路分析，并对两种算法的结果进行比较分析。优缺点比较） 。估算法：0.2711513IQ0.28313486.6214 6.303 1013166“L34Q11691 _xl=O. 204；2 -x2=0.416;3 -x3=0. 656;4 _x4=0. 33;5 -x5=l. 05;6 一x6=0. 309;7 -x7=0.303;8 -x8=0. 298;9 -孟 9=6;10 -x!

16、0=6. 62;11 -xll=xl+x3+x612 -xl2=(l/2)*(x2+x4)13xl3=x5+x814 _x!4=x7+x915 _xl5=(xll*xl2)/(xl2+xll)16 -xl6= (xl4*xl5)/(xl4+xl5)17 _xl7=xl6txl318 -X= (L7*xlO)/(xl7+xlO)19短路点的等值电抗为X K 1.3006短路次暂态电流标幺值U1K X K0.76881.3006短路次暂态电流有名值SI =I KB 8.1361（kA）K 3 U B冲击电流iM 2.55 I 20.7471 KA短路功率SK3 U av I 76.8863（MV ? A）比较：（1）估算法误差大，每一短路处需要逐一分析与计算。（2）Y 矩阵计算时考虑对地电容，变压器实际变比，则误差小；Y 矩阵对角元素将各节点的等值短路电抗（阻抗）均求出；使分析其他点的短路故障提供了更容易更直观的参数值； 矩阵程序通用性强等特点。IkIImY短路点IkIImX短路点三设计小结本设计通过对三相短路故障分析的分析， 提出导纳矩阵算法和阻抗矩阵算法设计方案， 并对 计算机算法进行了分析比较， 从简便方面考虑， 最终选择了导纳矩阵