两相短路故障的计算

1、精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业编号 课课 程程 设设 计计题题 目：目： 两两相相短短路路故故障障的的计计算算 系（部）院：系（部）院： 机机电电工工程程系系 专专 业：业： 电电气气工工程程及及其其自自动动化化 作者姓名：作者姓名： 学学 号号: 指导教师：指导教师： 职称：职称： 讲师讲师 完成日期：完成日期： 年年 月月 日日二一 年 十二 月精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业目目 录录目目 录录 .1 1摘摘 要要 .2 2ABSTRACTABSTRACT .3 31 1 引引 言言 .4 41.11.1 短路故障的原因短路故障的原因.41.21.2 短路故障发生的

2、原因短路故障发生的原因.41.31.3 短路类型短路类型.41.41.4 短路的危害短路的危害.42 2 电力系统自动化的一般概念电力系统自动化的一般概念 .5 53 3 本课程设计的主要任务本课程设计的主要任务 .6 64 4 课程设计的目的课程设计的目的 .6 65 5 课程设计任务书课程设计任务书 .6 66 6 课程设计内容及过程课程设计内容及过程 .8 86.16.1 数学模型数学模型.86.1.16.1.1 架空输电线的等值电路和参数架空输电线的等值电路和参数.86.1.26.1.2 变压器等值电路和参数变压器等值电路和参数.96.26.2 对称分量法对称分量法.116.2.16.

3、2.1 不对称三相量的分解不对称三相量的分解.116.2.26.2.2 变压器的各零序等值电路变压器的各零序等值电路.126.36.3 两相短路接地的分析两相短路接地的分析.136.46.4 算例算例.16课程设计总结课程设计总结 .1919参考文献参考文献 .2020精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业摘摘 要要电力系统自动化(automation of power systems) 对电能生产、传输和管理实现自动控制、自动调度和自动化管理。电力系统是一个地域分布辽阔，由发电厂、变电站、输配电网络和用户组成的统一调度和运行的复杂大系统。在电力系统的设计和运行中，必须考虑到可能发生的故障

4、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，例如短路时电路的电压骤降,严重影响电气设备的正常运行，短路时保护装置动作,如熔断器的保险丝熔断,将短路电路切除,这会造成停电，而且短路点越靠近电源,停电范围越大,造成生活的不便和经济上的损失，严重的短路会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,像单相短路和两相短路。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

5、，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。关键词：两相短路故障;短路计算;两相短路接地;对称分量法.Abstract精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业automation of power systems is to the electric power production, transmission and management achi

6、eve automatic control, automatic scheduling and automation management. Power system is a vast, regional distribution by generator, transformer substation, power transmission and distribution network composed of users and the unified dispatching and operation of large complicated system. In power sys

7、tem design and operation, we must consider the possibility of failure and normal operation, prevent power supply of damage to users and electrical equipment to work properly. From the actual operation of power system, these problems are mostly caused by a short circuit, E.g. short circuit of voltage

8、 sag, when serious influence electric equipment of normal operation, short circuit protection device, such as when 13a fuse fuse, will short-circuit circuit excision, this could cause short-circuit point power, but the closer power supply, power range, the greater the cause of life inconvenience and

9、 economically loss, serious short-circuited will influence the stability of power system operation, can make the paratactic operation generator sets lost synchronization, cause system solution columns, asymmetric short-circuit, like ngle-phase short circuit and two-phase short-circuit. so in additio

10、n to power system short circuit fault has a more profound understanding, but also must be familiar with power system short-circuit calculations. Here focuses on a simple asymmetric two-phase short-circuit ground fault calculation methods. Symmetry is a common method of asymmetric fault, according to

11、 asymmetric method, a set of asymmetrical three-phase quantity can be decomposed into positive sequence, negative sequence and zero sequence symmetrical three-phase three-phase volume. In the application of symmetry analysis and calculation must be made asymmetric failure of the order power system n

12、etwork, simplifying the network obtained the sequence network short-circuit point on the input reactance and equivalent positive sequence network potential, and then under asymmetric short-circuit the different types of boundary equations are listed, in order to achieve short-circuit voltage and cur

13、rent of each point sequence component.Keyword: Two-phase short circuit fault; Short-circuit calculation; Two-phase ground short circuit;Symmetry. 1 1 引引 言言1.11.1 短路故障的原因短路故障的原因电力系统在运行过程中常常会受到各种扰动，其中，对电力系统影响较大的是系统精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业中发生的各种故障。常见的故障有短路、断线和各种复杂故障（即在不同地点同时发生短路或断线） ，而最为常见和对电力系统影响最大的是短路故障

14、。因此，故障分析重点是对短路故障的分析。所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地之间（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。1.21.2 短路故障发生的原因短路故障发生的原因电力系统短路故障发生的原因很多，既有客观的，也有主观的，而且由于设备的结构和安装地点的不同，引发短路故障的原因也不同。但是，根本原因是电气设备载流部分相与相之间或相与地之间的绝缘遭到破坏。主要有：元件损坏，气象条件恶化，违规操作和其他1.31.3 短路类型短路类型在三相系统中可能发生的短路有：三相短路,两相短路,单相短路接地和两相短路接地。 三相短路是对称的,其他类型的短路都是不对称的。在各种短路类型中，单相短路占大多

15、数，两相短路较少，三相短路的机会最少。三相短路虽然很少发生，但情况较严重，应给予足够的重视。1.41.4 短路的危害短路的危害1）短路故障时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。短路时系统电压大幅度下降，对用户影响很大。系统中最主要的电力负荷是异步电动机，电压下降时，电动机的电磁转矩显著减少，转速随之下降。当电压大幅下降时，电动机甚至可能停转，造成产品报废，设备损坏等严重后果。3）当短路地点离电源不远而持续时间又较长时，并列运行的发

16、电厂可能失去同步，破坏系统稳定，造成大片区停电。这是短路故障最严重的后果。2 2 电力系统自动化的一般概念电力系统自动化的一般概念电力系统自动化是对电能生产、传输和管理实现自动控制、自动调度和自动化管理。电力系统是一个地域分布辽阔，由发电厂、变电站、输配电网络和用户组成的统一调度和运行的复杂大系统。电力系统自动化的领域包括生产过程的自动检测、调节和控制,系精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业统和元件的自动安全保护,网络信息的自动传输，系统生产的自动调度，以及企业的自动化经济管理等。电力系统自动化的主要目标是保证供电的电能质量（频率和电压），保证系统运行的安全可靠，提高经济效益和管理效能。

17、电力系统信息自动传输系统 简称远动系统。其功能是实现调度中心和发电厂变电站间的实时信息传输。自动传输系统由远动装置和远动通道组成。远动通道有微波、载波、高频、声频和光导通信等多种形式。远动装置按功能分为遥测、遥信、遥控三类。把厂站的模拟量通过变换输送到位于调度中心的接收端并加以显示的过程称为遥测。把厂站的开关量输送到接收端并加以显示的过程称为遥信。把调度端的控制和调节信号输送到位于厂站的接收端实现对调节对象的控制的过程，称为遥控或遥调。远动装置按组成方式可分为布线逻辑式远动装置和存储程序式逻辑装置。前者由硬件逻辑电路以固定接线方式实现其电力工业管理系统自动化 管理系统的自动化通过计算机来实现。

18、主要项目有电力工业计划管理、财务管理、生产管理、人事劳资管理、资料检索以及设计和施工方面等。电力系统自动化是我们电力系统一直以来力求的发展方向，它包括：发电控制的自动化（AGC 已经实现，尚需发展），电力调度的自动化（具有在线潮流监视，故障模拟的综合程序以及 SCADA 系统实现了配电网的自动化，现今最热门的变电站综合自动化即建设综自站，实现更好的无人值班.DTS 即调度员培训仿真系统为调度员学习提供了方便）,配电自动化(DAS 已经实现,尚待发展).按照电能的生产和分配过程，电力系统自动化包括电网调度自动化、火力发电厂自动化、水力发电站综合自动化、电力系统信息自动传输系统、电力系统反事故自动

19、装置、供电系统自动化、电力工业管理系统的自动化等 7 个方面,并形成一个分层分级的自动化系统(见图)。区域调度中心、区域变电站和区域性电厂组成最低层次；中间层次由省(市)调度中心、枢纽变电站和直属电厂组成，由总调度中心构成最高层次。而在每个层次中，电厂、变电站、配电网络等又构成多级控制。3 3 本课程设计的主要任务本课程设计的主要任务学习两相短路故障的常用计算方法。对称分量法是分析故障常用方法，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

20、等值电势，再根据不对称精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业短路的不同类型，列出边界方程，以求得短路点电压和电流的各序分量。4 4 课程设计的目的课程设计的目的通过对系统的两相短路故障的计算，认识短路故障对电力系统的影响。为保证系统安全可靠地运行，减轻短路造成的影响，除在运行维护中应努力设法消除可能引起短路的一切原因外，还应尽快地切除短路故障部分，使系统电压在较短的时间内恢复到正常值。5 5 课程设计任务书课程设计任务书电力系统自动化课程设计任务书电力系统自动化课程设计任务书1. 课程设计选题：1、小规模电力系统短路计算。2、新型同步发电机励磁自动调节装置设计。3、某 110-220KV

21、电网继电保护系统设计。4、某变电站继电保护设计。5、两相短路故障的计算。6、输电线路距离保护设计。7、35KV 电网继电保护设计。8、区域电力网的规划设计。9、某变电站继电保护设计。10、某 330KV 电网继电保护系统设计。11、同步发电机准同步自动装置设计。2.课程设计考核方法及成绩评定： 课程设计结束时学生必须写出设计报告，课程设计成绩分三部分。 1、现场考核：考察学生分析问题的能力，占成绩 20。 2、书面考核：考察课程设计报告的质量，占成绩 60。 3、纪律考核：考察学生的出勤情况和工作态度，占成绩 20。3.设计报告的主要内容包括：报告统一采用 A4 打印纸打印，其版面要求如下：页

22、边距：上为 2.2，下为 2.2，左为 2.5，右为 2.2;页眉页脚均为 1.1；文档网络选“指定行和字符网格” ，字符每行 39，行为每页 35。字体要求：每部分的标题统一用四号，正文用小四。设计内容布置按下面格式进行。目录：1、引言2、电力系统自动化的一般概念精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业3、本课程设计的主要任务4、课程设计目的5、课程设计任务书6、课程设计内容及过程7、课程设计总结8、参考文献6 6 课程设计内容及过程课程设计内容及过程6.16.1 数学模型数学模型在电力系统的电气计算中，常用等值电路来描述系统元件的特性。电力系统的运行状态基本上是三相对称的或者可化为三相对

23、称的，因此，等值电路中的参数是计及了其余精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业两相影响的的一相等值参数。6.1.16.1.1 架空输电线的等值电路和参数架空输电线的等值电路和参数设有长度为 L 的输电线路，其参数沿线均匀分布单位长度的阻抗和导纳分别为, 00000jxrjwlrz 。在距00000jbgjwcgy末端 x 处取一段 dx，可作出等值电路如图 2.1 所示。在正弦电压下处于稳态时，x=L 时，可得到线路首端电压和电流与线路末端电压和电流的关系如下： （2-1）lshIlshZVIlshZIlchVVcc222211,， （2-2）cccjXRjwcgjwlrZjjwlrjwc

24、g00000000,)(称为线路的传播常数，称为线路的波阻抗。对于高压架空线路，略去电阻和电导时，cZ便有 （2-3）0000,clRZcljwjcc将上述方程通网络的通用方程： (2-4)221221,IDVCIIBVAV相比较，若取输电线路就是对称的无源二ccZlshClshZBlchDA,端口网络，并可用对称的等值电路来表示，实际计算中大多采用型等值电路，如图 2.2 dxxL(g0+jb0)dx(g0+jb0)dx1V VdVV2V(r0+jx0)dx1IIdII1I图2.1 长线等值电路精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业所示：令ljbgljxr)(Y)(Z0000和分别代表全

25、线的总阻抗和总导纳，则： (2-5)YKYZKZyz,式中 lshZYlchKZYZYshKyz) 1(2,由此可见，将全线的总阻抗 Z 和总导纳分别乘以修正系数，便可得型等值电路yZKK 和的精确参数。6.1.26.1.2 变压器等值电路和参数变压器等值电路和参数变压器的参数一般指其等值电路，见图 2.3中的电阻、电抗、电导和电纳。变压TRTXTGTB器的变比也是一个参数。变压器的前四个参数可以从出厂铭牌上代表电气特性的四个数据计算得到。这四个数据时短路损耗，短路电压，sP%sV空载损耗，空载电流。前两个数据由短路0P%0I试验得到，后两个数据由空载试验得到。 变比32210*NNTSPsV

26、R3210*100%NNSTSVVXNNTVVK21/ (2-5)SVPGNT32010*SVSIBNNT32010*100%变压器型等值电路如图 2.4 所示, 变压器阻抗TZ=TTjXR 是折算到原方的值，K=NNVV21/是变压器的变比。变压器型等值电路中三个阻抗（导纳）都与变比 K 有关，型的两个并联支路的阻抗（导纳）的符号总是相反的。三个支路阻抗之和等于零。2/ Y2/ YZV2V1I2I 图2.2TRTjXTGTjB图2.3 双绕组变压器精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业KZT/1I2I1V2VKZT1)1(KKZT图 2.4 变压器型等值电路精选优质文档-倾情为你奉上专心

27、-专注-专业6.26.2 对称分量法对称分量法对称分量法是分析不对称故障的常用方法，根据不对称分量法，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。6.2.16.2.1 不对称三相量的分解不对称三相量的分解在三相电路中，对于任意一组不对称的三相量（电流或电压） ，可以分解为三相三组对称的相量，当选择 a 相作为基准时，三相相量与其对称分量之间的关系(如电流)为：cbaaaaIIIaaaaIII111113122)0()2()1(（3-1）式中运算子且有；2402120,jjeaea1, 0132aaa分别为 a 相电流的正序、负序和零序分量并且有： )0()2()1(aaaII

28、I、)1()1()1(2)1(,acabIaIIaI )2(2)2()2()2(,acabIaIIaI （3-2）)0()0()0(cbaIII当已知三相补对称的相量时，可由上式求得各序对称分量，已知各序对称分量时，也可以求出三相不对称的相量，即 (3-3)0()2()1(2211111aaacbaIIIaaaaIII展开（3-3）并计及（3-2）有精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 )0()2()1(aaaaIIII)0()2()1(bbbbIIII （3-4）)0()2()1(ccccIIII电压的三相相量与其对称分量之间的关系也与电流一样。6.2.26.2.2 变压器的各零序等值

29、电路变压器的各零序等值电路变压器的一相绕组表征了一相原、副方绕组间的电磁关系。不论变压器通以哪一序的电流，都不会改变一相原、副方绕组间的电磁关系，因此变压器的正序、负序和零序等值电路具有相同的形状。1）变压器的正序、负序的等值电路及其参数完全相同。2）变压器的零序等值电路取决于零序电流的流通路径，因零序电流需经过大地才能流通，因而与变压器三相绕组联接形式及中性点是否接地有关：a、当外电路向变压器某侧三相绕组施加零序电压时，只有中性点接地的星型接法（用YN 表示）绕组才能与外电路接通b、当变压器绕组具有零序电势（由另一侧绕组的零序电流感生的）时，也只有中性点接地的 YN 接法才能与外电路接通。至

30、于能否在外电路产生零序电势，则应由外电路元件是否提供零序电流的通路决定。jxjx) 0 (mjxjx) 0 (mjx(a)(b)图3.4 （a）、(b)分别为双绕组和三绕组变压器零序等值电路 精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业6.36.3 两相短路接地的分析两相短路接地的分析应用对称分量法分析两相短路接地，可以写出各序网络故障点的电压方程式（3-4） ，当网络的各元件都只用电抗表示时，上述方程可以写成)1()1()1(fafaffeqVIXE)2()2()2(fafaffVIX (4-1)0()0()0(fafaffVIX式中， ，即是短)0(feqVE路点发生前故障点的电压。这三个方

31、程式包含了 6 个未知量，因此，还必须有两相短路接地的边界条件写出另外三个方程。两相（b 相和 c 相）短路接地时故障处的情况（如图 4.1） 。故障处的边界条件为: 0, 0, 0fcfbfaVVI用序分量表示的边界条件为：0)0()2()1(fafafaIII )0()2()1(fafafaVVV(4-2)由（4-1）和（4-2）可以得到jxjx)0(mjx321321外电路外电路绕组接法开关位置绕组端点与外电路的连接YYNd123与外电路断开与外电路接通与外电路断开但与励磁支路并联图3.5 变压器零序等值电路与外电路的连接acbfaIfbIfcIfbVfcV图4.1 两相短路接地精选优质

32、文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 )/()0()2()1()0()1(ffffffffaXXXjVI) 1 ()0()2()0()2(fafffffffaIXXXI) 1 ()0()2()2()0(fafffffffaIXXXI (4-3) ) 1 () 0 () 2 () 0 () 2 () 0 () 2 () 1 (fafffffffffafafaIXXXXjVVV 短路点故障相得电流为) 1 () 0 () 2() 0 () 2(2) 0 () 2() 1 (2)(fafffffffffafafafbIXXaXXaIIaIaI （4-4）) 1 () 0 () 2 () 0 (2) 2

33、 () 0 () 2 (2) 1 ()(fafffffffffafafafcIXXXaXaIIaIaI根据上式可以得到两相短路接地时故障相电流的绝对值为 （4-5）)1(2)0()2()2()0()1 , 1()(13fafffffffffcfbfIXXXXIII精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业短路点非故障相电压为 （4-6）) 1 ()0()2()0()2() 1 (33fafffffffffafaIXXXXjVV精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业6.46.4 算例算例例：已知某系统的接线图如图 6.1 所示，当 k 点发生 BC 两相接地短路时，求短路点各序电流、电压及各

34、相电流、电压。系统各元件参数如下：发电机 G1、G2：,MWSN501MWSN502kVVN5 .10,，,85. 0cos125. 0 dX16. 02X1 21jEE变压器：T1 , MWSN601KVKT121/5 .1015 .10% KUT2 ,MWSN5 .312KVKT121/5 .1025 .10% KU线路 L: KmLxxKmxx50,2,/4.01021解：1）计算各元件标幺值（取）aVBBVVAMVS,100 发电机 G1: 25. 050100*125. 0100%11NBdSSXX 32. 050100*16. 0100%122NBSSXX发电机 G2:5 . 02

35、5100*125. 0100%21NBdSSXXkL115kVT1T2G1G2图6.1精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 64. 025100*16. 0100%222NBSSXX变压器 T1: 175. 060100*605 .10*100%021NBKSSUXXX变压器 T2: 333. 05 .31100*605 .10*100%021NBKSSUXXX线路 L: 30. 015. 0*2215. 0115100*50*4 . 01022121XXUSlxXXBB2）以 a 相为基准相作出各序网络图如图 6.2 （a） 、 （b） 、 （c）所示求出各序的等值电抗 1)50. 0

36、333. 015. 0175. 025. 0()15. 0175. 025. 0(*1)50. 0333. 0(*1jjjjjjEeq289. 0)50. 0333. 0(/)15. 0175. 025. 0()1(jjjXff388. 0)64. 0333. 0(/)15. 0175. 032. 0()2(jjjXff196. 0333. 0/)3 . 0175. 0()0(jjjXff3）由（4-3）式可得各序的电流和电压为 385. 2196. 0388. 0196. 0*388. 0289. 01)/()0()2()1 ()0()1 (jjjjjjXXXjVIffffffffa80. 0196. 0388. 0196. 0385. 2) 1 ()0()2(