电力系统分析课程设计

武汉理工大学《电力系统分析》课程设计说明书PAGEPAGE4学号：0120711350109课程设计题目短路电流的计算学院自动化专业电气工程及其自动化班级电气0701姓名陈建龙指导教师宋仲康谢长军2010年06月16日课程设计任务书学生姓名：陈建龙专业班级：电气0701指导教师：宋仲康谢长军工作单位：自动化学院题目:短路电流的计算初始条件：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Ua=1∠-120，Uc=1∠120.T1LT2～～～系统CXT1=0.15XL1=0.05XT2=0.25X2=0.25XL0=0.15要求完成的主要任务:求系统C的正序电抗；求K点发生bc两相接地短路时故障点电流；求K点发生bc两相接地短路时发电机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)。时间安排：熟悉设计任务6.7收集相关资料6.8选定设计原理6.9计算分析及结果分析6.10--6.13撰写设计报告6.14—6.16指导教师签名：宋仲康谢长军2010年06月16日系主任（或责任教师）签名：宋仲康谢长军2010年06月16日目录摘要………………11设计任务及题目要求…………22设计原理………………………32.1电力系统各序网络的制定………………32.2不对称三相量的分解……………………43计算过程及步骤………………53.1系统C的正序电抗的计算……………53.2K点发生bc两相接地短路时故障点电流的计算……73.3K点发生bc两相接地短路时发电机G和系统C分别提供的故障电流(假设故障前线路电流中没有电流)的计算…………………84结果分析………………………105总结与体会……………………11参考资料………………………12武汉理工大学《电力系统分析》课程设计说明书PAGEPAGE5PAGE1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、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：短路各序网络不对称短路1设计任务及题目要求短路电流的计算如图1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Ua=1∠-120，Uc=1∠120.求系统C的正序电抗；求K点发生bc两相接地短路时故障点电流；求K点发生bc两相接地短路时发电机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)。T1LT2～～～系统CXT1=0.15XL1=0.05XT2=0.25X2=0.25XL0=0.15图1电路原理图2设计原理2.1电力系统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，中型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。因次，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序阻抗。XXc(1)XT1XL1XT2Xd”CVfa(1)G+++图2系统的正序网络XXc(1)XT1XL1XT2Xd”Vfa(2)+图3系统的负序网络XXT1XL0XT2Vfa(0)+图4系统的零序网络2.2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中，运算子a=ej120,a2=ej240，且有1+a+a2=0,a3=1Ia(1),Ia(2),Ia(0)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:Ia=Ia(1)+Ia(2)+Ia(3)Ib=a2Ia(1)+aIa(2)+Ia(0)=Ib(1)+Ib(2)+Ib(3) (3)Ic=aIa(1)+a2Ia(2)+Ia(0)=Ic(1)+Ic(2)+Ic(3)电压的三相相量与其对称分量之间的关系也与电流的一样。3计算过程及步骤3.1系统C的正序电抗的计算应用对称分量法分析各种简单不对称时，都可以写出各序网络故障点的电压方程式(4)，当网络的各元件都只用电抗表示时,方程可写成式中Eeq=Vf(0)，即是短路发生前故障点的电压。单相接地短路时，故障处的三个边界条件为：Vfa=0,Ifb=0,Ifc=0用对称分量表示为：Vfa(1)+Vfa(2)+Vfa(0)=0,a2Ifa(1)+aIfa(2)+Ifa(0)=0,aIfa(1)+a2Ifa(2)+Ifa(0)=0经整理后便得到用序量表示的边界条件为根据边界条件(5)和方程式(4)。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(7)式得：(8)式与(9)式相比并且将a2=-1-a代入两式得：对(10)式进行化简，最终得到：Xff(0)=Xff(2)。由系统的各序网络图可得到：最后可解得：Xc=-0.0125由此可得Xff(1)=Xff(2)=Xff(0)=0.1364。3.2K点发生bc两相接地短路时故障点电流的计算根据设计要求可以看出要求的是两相短路接地的情况，故障处的三个边界条件为：Ifa=0,Vfb=0,Vfc=0用序量表示的边界条件为最后得到：以及短路点故障相的电流为将Xff(1)=Xff(2)=Xff(0)=0.1364代入式(12)可得Ifa(1)=-4.8876j，再将它们分别代入式(14)可得Ifb=3.6657+3.349j和Ifc=3.6657-6.349j由边界条件可得Ifa=0K点发生bc两相接地短路时发电机G和系统C分别提供的故障电流(假设故障前线路电流中没有电流)的计算将Ifa(1)=-4.8876j以及Xff(1)=Xff(2)=Xff(0)=0.1364分别代入式（13）可得根据电流与阻抗成反比可以算出由系统C和发电机G提供的各序电流同理可算出IGa(2)=0.6665jIGa(0)=1.333j根据式(3)可算出在abc三相中分别由系统C和发电机G提供的短路电流：同理可以算出IGa=0.6665jIGb=-1.7316+1.6662jIGc=1.7316+1.6662j4结果分析经过计算可以看出系统在发生单相接地短路时Vfa=0,Vfb与Vfc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；非短路相电流为零；而且由系统C和发电机G提供的短路电流大小相反。而短路相无论是系统C还是发电机G他们的bc两相大小相等，相位相反。5总结与体会本设计是求三相输电线路的短路电流。短路电流的计算在实际的电力生产中有着非常重要的意义。它可以帮助我们在设计系统时就可把短路问题考虑进去，避免系统在运行中出现故障，造成大面积的停电；抑或是造成对设备的投资过多，造成浪费。同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学的知识理解不够深刻，掌握的不够牢固。我们通过查阅大量有关资料，并在小组中互相讨论，交流经验和自学，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛。但这激发了我努力学习的兴趣。通过这次设计，我懂得了学习和团队合作的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持，耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。参考资料何仰赞、温增银.电力系统分析.武汉：华中科技大学出版社，2002陈立新、杨光宇.电力系统分析.北京：中