电力系统短路计算课程设计 王东

1、 DOCPROPERTY Manager * MERGEFORMAT Xinjiang Institute of Engineering课程设计说明书 题目名称： 某系统短路计算 系 部： 电力工程系 专业班级： 电气工程12-3 学生姓名： 王 东 学 号： 2014220040 指导教师： 刘 华 完成日期： 2015年01月16日 电力工程系课程设计答辩情况记录表答辩人姓名王东班 级电气工程12-3专 业电气工程及其自动化设计题目某系统短路计算指导老师刘华答辩日期2015年01月15 日答辩时间16时03分16时30分自述 本次设计就是就某系统发生短路而进行的短路计算。通过手算并辅以仿真

2、。电力系统的运行过程中，时常会发生故障，其中大多数是短路故障。在三相供电系统中，破坏供电系统正常运行的故障最为常见而且危害性最大的就是各种短路。回答问题1.课程设计的思路是什么？ 答：首先，分析题目根据题目列出相边界与序边界条件，然后组合序网求出相电流与序电流，手算之后到实验室进行PSASP仿真。2.短路计算的方法有哪些？你们用的是什么方法？ 答：对称分量法，不对称分量法。我们用的是不对称分量法。3.短路计算的目的是什么？ 答：选择限制短路电流的方式，选择电气设备，整定继电保护装置，选择主接线方案 4.设计遇到哪些问题？如何解决的？ 答：主要是 计算时公式理解不够导致计算错误，然后我们就找学习

3、比我们好的请教，弄懂，在仿真的时候短路计算老是发生错误，最后问别的同学，才仿真成功！ 5.课程设计体会是什么？ 答：发现了自己的不足，主要是计算不仔细，有些公式没记住，概念理解的也不是很透彻，觉得以后在学习中要更加努力，然后就是得到了班里其他同学的帮助让我很温暖 。小结 短路电流的计算可以帮助我们在设计系统时就可把短路问题考虑进去，并选择方案及电气设备。还有避免系统在运行中出现故障，造成大面积的停电；或是造成对设备的投资过多，造成浪费。 答辩教师： 年 月 日新疆工程学院电力工程系课程设计评定意见设计题目： 某系统短路计算 学生姓名： 王 东 专业 电气工程及其自动化 班级 电气工程12-3

4、评定意见：评定成绩： 指导教师（签名）： 年 月 日评定意见参考提纲：1、学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。2、学生的勤勉态度。3、设计或说明书的优缺点，包括：学生对理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。新疆工程学院电力工程系课程设计任务书14/15学年 1学期2014年12月18日专 业电气工程及其自动化班级电气工程12-3 课程名称电力系统分析基础设计题目某系统短路计算指导教师刘 华起止时间2015年01月12日2015年01月16日周数1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

5、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；a.求系统C的正序电抗；b.求K点发生abc两相接地短路和abc三相短路时故障点电流；c.求K点发生abc三相短路时发电机G和系统C分别提供的故障电流。线路单位长度的参数见电力系统分析教材。2.设计进度与要求设计进度：1 第一天：

6、选题，收集资料，完成开题报2 第二天第三天：电网接线方案设计3 第四天：完成电路电流的手工计算 4 第五天：基于PSASP的仿真短路计算 5 第六第七天日：打印设计初稿，交指导老师批阅。 要求：1 a.求系统C的正序电抗；b.求K点发生abc两相接地短路和abc三相短路时故障点电流；c.求K点发生abc三相短路时发电机G和系统C分别提供的故障电流。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 2人一组，1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：

7、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

8、、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、对称短路、不对称短路Abstract Electric power is the most important in the modern society, is also the most convenient source of energy. Electric energy has many advantages, it can be easily transformed into

9、 other forms of energy, it is easy to realize the transmission and distribution; it is also flexible application scale.Most of the normal operation of the power system failure is caused by short circuit fault. When a short circuit occurs, the system from one state to another state of upheaval, and a

10、ccompanying transient phenomena complex. The so-called short, refers to the occurrence of path or phase between all not normal phase conditions. In the three-phase system, short circuit may occur: three phase short circuit, two phase short circuit, two phase short circuit to ground and single-phase

11、grounding fault.For a variety of asymmetric short circuit, can be classified the EMF equation to write each sequence network on the short point, according to different types of asymmetric short-circuit column write boundary condition equations. The sequence component of simultaneous solution of thes

12、e equations can be solved by the short point of voltage and current. keyword: symmetric asymmetric short-circuit short-circuit目录TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc25598 1 设计任务 设计任务如图所示发电机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， 。图1 电路原理图要求完成的主要任务: (1) 求

13、系统C的正序电抗； (2) 求K点发生bc两相短路和abc三相短路时故障点电流； (3) 求K点发生bc两相短路和abc三相短路时发电机G和系统C分别提供的故障电流(假设故障前线路中没有电流)。2 设计原理2.1 两相短路1. 两相短路各序网络的制定应用对称分量法分析计算不对称故障时，首先必须作出电力系统的各序网络。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

14、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，便得到负序网络如图3所示；在短路点电流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，如图4所示。利用各序的网络图可以计算出相应的各序阻抗。图2 系统的正序网络-图3 系统的负序网络-图4 系统的零序网络2. 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

15、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（2-1）中，运算子 ，且有分别为a相电流的正序、负序和零序分量，并且有最后可得到电压的三相相量与其对应的序分量之间的关系也与电流的一样。2.2 三相短路正序等效定则：是指在简单不对称短路的情况下，短路点电流的正序分量与在短路点各相中接入附加电抗而发生三相短路时的电流相等。三种不对称短路电流的正序分量的计算和三相短路电流在形式上很相近，只是阻抗为 ,是附加阻抗。在单相短路时附加阻抗为和(或)的串联；两相短路时附

16、加阻抗为(或)；两相短路接地时为 (或)的并联。因此，对于任一种不对称短路，其短路电流的正序分量可以利用图5所示的正序增广网络计算。图5 正序增广网络在图5中，阻抗Z为附加阻抗，对于任一种不对称短路，其短路电流的正序分量可以利用图5所示的正序增广网络计算。故障相短路电流的值和正序分量有一定关系，可以用以下公式： QUOTE 上式中 Z正序增广网络中附加阻抗； M 故障相短路电流对正序分量的倍数。表2-1列出了各种短路时Z和M的值，对于两相短路接地，表中的M值只适用于纯电抗的情况。表2-1各种短路时的Z和M值短路种类ZM三相短路01单相短路Z(2)+( Z(1)+3 Zf)3两相短路Z(2)+

17、Zf两相接地短路3 计算过程及步骤3.1 系统C的正序电抗计算应用对称分量法分析各种简单不对称故障时，都可以写出各序网络故障点的电压方程式(3-1)，当网络的各元件都只用阻抗表示时,方程可写成式中 QUOTE = QUOTE ，即是短路发生前故障点的电压。a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式和方程式(3-1)。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式得：与式相比并且将代入两式得： 对式进行化简，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

18、两相短路时故障点电流计算K点发生两相（b、c相）短路，该点三相对地电压及流出该点的相电流（短路电流）具有下列边界条件：将它们转换为用对称分量表示，先转换电流即为：说明两相短路故障点没有零序电流，因为故障点不与地连接，零序电流没有通路。由式中电压关系可得即(省略下标a) 和即为两相短路的三个边界条件。即解联立方程和得故障相短路电流为3.3 K点发生abc三相短路时故障点电流根据正序等效定则可知，三相短路的附加阻抗 ,即三相短路电流等于正序电流（三相短路）总电抗： 由此三相短路电流：3.4 K点发生abc三相短路时发电机G和系统C分别提供的故障电流K点发生abc三相短路系统C故障电流：K点发生ab

19、c三相短路发电机G故障电流：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交直流电力系统分析程序功能潮流计算、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

20、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6 图6短路计算流程：图7 图74.2仿真结果部分截图图8仿真主接线图图9系统潮流分析图10 BC短路短路电流图11 BC两相短路电流报表图

21、12 K点ABC三相短路电流图13 ABC三相短路报表图14 发电机G母线侧三相短路电流由于计算误差以及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。发电机母线侧三相短路电流的计算直接用PSASP软件计算，不基于潮流计算。如有必要可在发电机G侧母线上加装限流电抗器。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；非短路相短路电流为零；在发生bc两相短路时，虽然非故障相短路电流为零，但系统C和发电机G各系统提供的正序电流和负序电流不为零。由分析计算可知，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）两故障相中的短路电流的绝对值相等，而方向相反，数值上为正序电流的3倍。（3）当正序阻抗等于负序阻抗时，两相短路的故障相电流为同一点发生三相短路时的短路电流的倍，因此可以通过对序网进行三相短路计算来近似求两相短路的电流。（4）短路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。三相短