电力系统两相短路计算与仿真4

1、辽 宁 工 业 大 学电力系统分析课程设计（论文）题目： 电力系统两相短路计算与仿真（4） 院（系）： 工 程 技 术 学 院 专业班级：电气工程及其自动化12 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 起止时间：15-06-15至15-06-26课程设计（论文）任务及评语院（系）：工程技术学院 教研室：电气工程及其自动化课程设计（论文）任务原始资料：系统如图G1 T1 2 L24 4 T2 G2 1:k k:1 L23 L34 3 S1 GG各元件参数标幺值如下（各元件及电源的各序阻抗均相同）：T1：电阻0.01，电抗0.16，k=1.05，标准变比侧YN接线，非标准变比侧接线；T2：电

2、阻0，电抗0.2，k=0.95，标准变比侧YN接线，非标准变比侧接线；L24: 电阻0.03，电抗0.07，对地容纳0.03；L23: 电阻0.025，电抗0.06，对地容纳0.028；L34: 电阻0.015，电抗0.06，对地容纳0.03；G1和 G2：电阻0，电抗0.07，电压1.03；负荷功率：S1=0.5+j0.18；任务要求：当节点4发生B、C两相金属性短路时，1 计算短路点的A、B和C三相电压和电流；2 计算其它各个节点的A、B和C三相电压和电流；3 计算各条支路的电压和电流；4 在系统正常运行方式下，对各种不同时刻BC两相短路进行Matlab仿真；5 将短路运行计算结果与各时刻

3、短路的仿真结果进行分析比较，得出结论。指导教师评语及成绩平时考核： 设计质量： 论文格式： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日摘 要 在电力系统的设计和运行中，必须考虑到可能发生的故障和不正常运行情况，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，因此除了对电力系统短路故障有较深刻的认识外，还必须熟练账务电力系统的短路计算。这里着重接好电力系统两相短路计算方法，主要讲解了对称分量法在不对称短路计算中的应用。其次，通过具体的简单环网短路实例，对两相接地短路进行分析和计算。最后，通过MATLAB软件对两相接地短路故障进行仿真，观察仿真后的波形

4、变化，将短路运行计算结果与各时刻短路的仿真结果进行分析比较，得出结论。关键词：电力系统分析；两相接地短路；MATLAB仿真 目 录第1章 绪论11.1 电力系统短路计算概述11.2 本文设计内容2第2章 电力系统不对称短路原理32.1 分量发的基本原理32.1.1 电力系统不对称短路分析方法3 对称分量法基本概念32.2三相序阻抗及等值网络52.3两相不对称短路的计算步骤52.4两相（b相和c相）短路6第3章 电力系统两相短路计算83.1 系统等值电路及其简化83.2 两相短路计算10第4章 仿真124.1 建立仿真模型124.2 仿真结果及其分析13第5章 总结14参考文献15第1章 绪论1

5、.1 电力系统短路计算概述电力系统在正常运行情况以外 ，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生 非正常连接叫做短路。三相系统中发生的短路有 4 种基本类型:三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路。三相短路是称对称短路，其余三类均属不对称短路。在中性点接 地的电力网络中，以一相对地的短路故障最多，约占全部故障的 90。在中性点 非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。产生单路的原因有很多，如元件损坏，气象条件恶化，违规操作等等。目前，三相短 路电流超标问题已成为困扰国内许多电网运行的关键问题。然而，在进行三相短路电流计算时，各设计、运行和研究部门采用的计算方法各不相同，这就有

6、可能造成短路电流计算结论 的差异和短路电流超标判断的差异，以及短路电流限制措施的不同。短路电流计算与分析的主要目的在于应用这些计算结果进行继电保护设计和整定值计算，开关电器、串联电抗器、母线、绝缘子等电气设备的设计，制定限制短路电流的措施和稳定性分析等。短路的危害性：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，

7、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。1.2 本文设计内容本次课程设计研究的是两相短路，根据给定的系统图及各个元件参数，计算短路点的电压和电流。然后依次计算其他各节点的电压和电流。画出系统的等效电路图，根据此等效电路图分别计算各个支路的短路电压和电流。忽略对地支路，重新计算各短路点的短路电压和电流，其他各个节点及支路的电压和电流。在系统正常运行方式下，对各种不同时刻三相短路进行Matlab仿真，最后将短路运行计算结果与

8、各时刻短路的仿真结果进行分析比较。第2章 电力系统不对称短路原理2.1 分量发的基本原理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。 电力系统不对称短路分析方法在电力系统的故障中，仅在一处发生不对称短路或断线的故障称为简单不对称故障。它通常分为两类,一类叫横向不对称故障，包括两相短路，单相接地短路以及两相接地短路三种类型。分析计算不对称故障的方法很多，目前实际中用的最多的和最基本的方法仍是对称分量法。应用对称分量法分析计算简单不对称故障时，对于各序分量的求解一般有两种方法：一种是直接联立求解三序的电动势方程和三个边界条件

9、方程；另一种是借助于复合序网进行求解，即根据不同故障类型所确定的边界条件，将三个序网络进行适当的链接，组成一个复合序网，通过对复合序网的计算，求出电流、电压的各序对称分量。由于这种方法比较简单，又容易记忆，因此应用较广。 对称分量法基本概念 正常运行的电力系统，三相电压、三相电流均应基本为正相序，根据负荷情况（感性或容性），电压超前或滞后电流1个角度（），如图2.1。图2.1 对称分量法是分析电力系统三相不平衡的有效方法，其基本思想是把三相不平衡的电流、电压分解成三组对称的正序相量、负序相量和零序相量，这样就可把电力系统不平衡的问题转化成平衡问题进行处理。在三相电路中，对于任意一组不对称的三相

10、相量（电压或电流），可以分解为3组三相对称的分量。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： （2-1）上式中运算子且有；分别为a相电流的正序、负序和零序分量并且有： （2-2） 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 (2-3)展开（2-3）并计及（2-2）有 电压的三相相量与其对称分量之间的关系也与电流一样。2.2三相序阻抗及等值网络（1）正序网络正序网络就是通常计算对称短路时所用的等值网络。除了中性点接地阻抗、空载线

11、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。（2）负序网络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，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。（3）零序网络在短路点施加代表故障边界条件的零序电势时，由于三相零序电流大小及相位相同，他们必须经过大地（或架空地线、电缆包皮等）才能构成通路，而且电流的流通与变压器中性点接地情况及变压器的接法有密切的关系。2.3两相不对称短路的计算步骤确定计算条件，画出计算电路

12、图1.计算条件：系统运行方式，短路地点、短路类型和短路后采取的措施。2.运行方式：系统中投入的发电、输电、变电、用电设备的多少以及它们之间的连接情况。3.画等值电路，计算参数4.网络化简，分别求出短路点至各等值电源点之间的总电抗分别画出各段路点对应的等值电路，星角变化。 应用对称分量法分析各种简单不对称短路时，都可以写出各序网络故障点的电压方程式（2-3）.当网络的各元件都只用电抗表示时，上述方程式可以写成 式中，既是短路发生前故障点的电压。这三个方程式包含了6个未知数。因此，还需根据不对称的具体边界条件写出三个方程式，才能求解。2.4两相（b相和c相）短路 两相短路时故障点处的三个边界边界条

13、件为 用对称分量法表示后整理可得 （2-5） 根据这些条件，我们可以用正序网络和负序网络组成两相短路的复合序网，如图2.1所示。因为零序电流等于零，所以复合序网中没有零序网络。 利用这个复合序网络可以求出 （2-6）以及 （2-7） 短路点故障相的电流为 （2-8） b、c两相电流大小相等，方向相反。他们的绝对值为 （2-9）短路点各相对地电压为 （2-10） 图2.1从以上的分析计算可知，两相短路有以下几个基本特点：（1） 短路电流及电压中不存在零序分量。（2） 可见，两相短路电流为正序电流的倍；短路点非故障相电压为正序电压的两倍，而故障相电压只有非故障相电压的一半而且方向相反。（3） 短路

14、时非故障相电压在短路前后不变，两故障相电压总是大小相等，数值上为非故障相电压的一半，两故障相电压相位上总是同相，但与非故障相电压方向相反。第3章 电力系统两相短路计算3.1 系统等值电路及其简化本课设的电力系统图如3.1所示，电力系统的实物接线图如3.2所示。 GG图3.1 由于电力系统网络主要受影响的系统的电抗，故正序图中只体现电抗的标幺值，其余忽略不计，将系统图转换为正序网络图如图3.2所示，图3.2 正序网络图中出现角型连接，需将其装换成星型才可以继续简化网络。根据星角变化公式： 所以=0.02，=0.02，=0.02 经转化后的正序网络如图3.3所示图3.3 将正序网络合并电抗后得到图

15、3-4图3.4 原始数据的正序、负序的系数相同，那么负序网络与正序网络类似。负序网络图如图3.5所示 图3-5图3.5 合并电抗之后得到图3.6。 图3.6 因为是两相短路而不是两相接地短路，所以不考虑零序。3.2 两相短路计算 根据正序网络图，合并后计算、 由此可得到正序图如图3.7所示图3.7 负序网络的等值电路如图3.8所示图3.8根据公式2-5和2-6得出根据公式2-7得出由2-9可求出短路点故障相的电流： b、c两相电流大小相等，方向相反。他们的绝对值为 短路点各相对地电压为第4章 仿真4.1 建立仿真模型短路计算的仿真是指仿真软件在电脑上复现设计即将完成的电路，并提供电路电源以及输

16、入信号，然后计算机屏幕上模拟示器波给出测试点波形或绘出相应的故障点各相电流，电压正序或负序过程。发生b，c两相断路故障，即如图4.1。 图4.1。4.2 仿真结果及其分析 图4.2选择故障点B相作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点B相电流波形如图4.2所示。由该波形图可以得出以下结论：在稳态时，故障点B相处于断开状态。因而电流幅值为0A。在0.01s时，处于闭合，B，C两相放生短路。 图4.3选择故障点C相作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点C相电流波形如图4.3所示。由该波形图可以得出以下结论：当电路发生B,C两相短路时，A相电流没有变化，B相电流波形下移，C相电流波形上移。对比波形可知

17、理论计算正确。第5章 总结此课程设计实际是作为电气工程及其自动化专业。学生学完电力系统分析课程后，进行的一次全面的综合训练，其目的在于加深对电力系统短路和基本知识的理解，掌握运用电力系统短路基础综合理论解决的基本短路的短路方法。虽说整个过程遇到不少困难，可是我们也从中找到乐趣解除了实践，以前不特别明白的地方通过实践解决了很多问题。总的来说，这次课程设计对我来说具有极其重要的意义。系统仿真技术是解决工程领域问题的主要手段之一，尤其是在解决大系统和复杂问题中，已经成为不可缺少的技术工具。这里简述了MATLAB软件在电力系统仿真中的应用，并在仿真平台上进行电力系统输电线模型、仿真和分析。在正确设置了

18、仿真系统中各元件的参数后，得到了理想的仿真效果。此次设计简单介绍电力系统行业目前状况，而后说明电力系统故障类型，并对某些故障分析方法做了简单的阐述，对电力系统故障危害中的横向故障出现B，C两相间短路进行了理论分析计算。接着对MATLAB所仿真的故障相电流电压，BC相电流电压序分量波形图进行分析，并与之前理论计算结论进行比较，验证理论计算的正确性，得到了理想的仿真效果。参考文献1电力系统计算M.水利电力出版社，1978.2GB/T 15544-1995“三相交流系统短路电流计算”3何仰赞，温增银.电力系统分析（上册）.第三版.武汉：华中科技大学出版社，2002.14谢玉地. 电力网三相短路电流计算程序J. 广西水利水电, 1986,(Z1).5西安交通大学等.电力系统计算M.北京：水利电力出版社，1993.12 6陈衍.电力系统稳态分析M.北京：水利电力出版社，2004.1 7李光琦.电力系统暂态分析M.北京：水利电力出版社，2002.5 8于永源.电力系统分析（第二版）M.北京：中国电力出版社，2004.39何仰赞等.