电力系统对称短路计算与仿真3)

1、辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 电力系统计算电力系统计算课程设计（论文）课程设计（论文） 题目：题目： 电力系统对称短路计算与仿真（电力系统对称短路计算与仿真（3） 院（系）：院（系）： 电电 气气 工工 程程 学学 院院 专业班级：专业班级： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： 教师职称：教师职称： 起止时间：起止时间：13-07-01 至至 13-07-12 课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院 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，各元件参数如下： G1：无限大系统，VN=119kV； G

2、3（额定运行）：SN=30MVA，VN=10.5kV，X=0.25； T: SN=31.5MVA，Vs%=10.5， k=10.5/121kV,Ps=220kW, Po=40kW,Io%=0.8； L12:线路长 65km，电阻 0.22/km，电抗 0.41/km，对地容纳 2.8010- 6S/km； L14:线路长 85km，电阻 0.18/km，电抗 0.38/km，对地容纳 2.8810- 6S/km； L24: 线路长 75km，电阻 0.21/km，电抗 0.42/km，对地容纳 2.9810- 6S/km； L45: 线路长 20km，电阻 0.22/km，电抗 0.40/km

3、，对地容纳 2.7810- 6S/km； 负荷：S2=25MVA，：S4=20MVA，功率因数均为 0.9. 任务要求 1 计算各元件的参数； 2 画出完整的系统等值电路图； 3 计算短路点和其它各个节点的电压和支路电流； 4 忽略对地支路，计算短路点和其它各个节点的电压和支路电流； 5 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； 6 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。 G1 1 L12 2 S2 L14 L24 5 3 G3 4 S4 L45 T 指导教师评语及成绩 平时考核： 设计质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日

4、 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 摘 要 电力系统在正常运行时,除中性点以外,相与相,相与地之间是绝缘的,所谓短路 是指相与相或相与地之间发生短接。短路是电力系统的严重故障。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。三相 短路也称为对称短路，本文即对对称短路进行计算与彷真。通过计算各元件的参 数，画出完整的系统等值电路图，计算短路点和其它各个节点的电压和支路电流。 忽略对地支路，计算短路点和其它各个节点的电压和支路电流，对各种不同时刻 三相短路进行 Matlab 仿真，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

5、，得出了短路电流的值。 关键词：三相系统；对称短路；Matlab 仿真 目 录 第 1 章 绪论 .1 1.1 电力系统短路计算概述 .1 1.2 本文设计内容 .1 第 2 章 电力系统对称短路计算原理 .2 2.1 对称短路计算的基本假设 .2 2.2 系统元件及等值网络 .2 2.3 对称短路的计算方法及步骤 .3 第 3 章 电力系统三相短路计算 .5 3.1 系统等值电路及元件参数计算 .5 3.2 系统等值电路及其化简 .6 3.3 对称短路计算 .8 第 4 章 短路计算的仿真 .10 4.1 仿真模型的建立 .10 4.2 仿真结果及分析 .10 第 5 章 总结 .13 参考

6、文献 .14 第 1 章 绪论 1.1 电力系统短路计算概述 三相短路也称为对称短路，系统各项与正常运行时一样仍处于对称状态。短 路计算的目的就是选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备，合理的配置各 种继电保护和自动装置并正确整定其参数。 短路的危险后果一般有以下几个方面： 1短路故障使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，导体间讲产生很大的机械应力，可能使导体和他们的支架 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。 3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，他的电磁转矩同端电

7、压的平方成正比，电压下降时，电动机的 电磁转矩显著减小，转速随之下降。当电压大幅度下降时，电动机甚至可能停转， 造成产品报废，设备损坏等严重后果。 4当短路发生地点离电源不远二持续时间又较长时，并列运行的发电厂可 能失去同步，破坏系统稳定，造成大片地区停电。这是短路故障的最严重后果。 5发生不对称短路时，不平衡电流能产生足够的磁通在邻近的电路内感应 出很大的电动势，这对于架设在高压电力线路附近的通讯线路或铁道讯号系统等 会产生严重的影响。 1.2 本文设计内容 本课程设计研究的是三相对称短路，主要包括以下内容： 1 计算各元件的参数； 2 画出完整的系统等值电路图； 3 计算短路点和其它各个节

8、点的电压和支路电流； 4 忽略对地支路，计算短路点和其它各个节点的电压和支路电流； 5 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； 6 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。 第 2 章 电力系统对称短路计算原理 2.1 对称短路计算的基本假设 电力系统三相短路主要是短路电流周期分量的计算，工程中着重实用，电力 系统三相短路电流计算可采用实用的计算方法，采用一定的简化和假设。 1不计发电机、变压器、输电线路的电阻。 2不计线路电容，略去变压器的励磁电流（三相三柱式变压器的零序等值 电路除外） 。 3负荷当作恒定电抗，或某种附加电源，近似估计

9、或忽略不计。 4变压器变比取 1， VN=Vav。 5三相系统是对称的。 6所有发电机的电势同相位, 元件用电抗表示，没有复数运算，把短路电流 的计算简化为直流电路的求解。 7金属性短路，短路处的过渡电阻等于零。过渡电阻指短路处的接触电阻， 如电弧电阻或外物电阻，接地电阻。 2.2 系统元件及等值网络 L12元件实际值计算如下： 14.30.2265= L12 R 26.650.4165= L12 X SSB 46 L12 1082 . 1 108 . 265= L14元件实际值计算如下： 15.30.1885= L14 R 32.30.3885= L14 X SSB 46 L14 10448

10、 . 2 102.8885= L24元件实际值计算如下： 15.750.2175= L24 R 31.50.4275= L24 X SSB 46 L24 10235 . 2 102.9875= L45元件实际值计算如下： 4.40.2220= L45 R 80.4020= L45 X SSB 46 L45 10556 . 0 102.7820= 根据计算公式变压器T的实际值如下： 14 . 3 10 31500 119220 10 P = 3 2 2 3 2 2 S T N N S V R 2 . 4710 31500100 119 5 . 10 10 100 % = 3 2 3 2 T N

11、NS S VV X 系统的等值网络如图2.1所示： ZL 12 14.3+j26.65 ZL 24 15.75+j31.5 ZL 14 15.3+j32.3 ZL 45 4.4+j8 ZT 3.14+j47.2 ZG3 j0.83 1 2 4 5 3 G1 G3 S4 S2 0.25 0.2 图 2.1 系统的等值网络 2.3 对称短路的计算方法及步骤 对于不太复杂的电力系统，在制订等值电路并完成元件参数计算后，可以直 接对原网络进行等值变换求得转移阻抗可以保留电势源节点和短路点，通过原网 络的等值变换逐步消去一切中间节点，形成以电势源节点和短路点为顶点的全网 形电路，这个最终电路中联接电势源

12、节点和短路点的支路阻抗即为该电源对短路 点的转移阻抗短路电流计算的标准主要有 IEC 标准和 ANSI 标准，中国采用的是 IEC 标准。国标规定了短路电流的计算方法、计算条件。国标推荐的三相短路电 流计算方法是等值电压源法，其计算条件为：不考虑非旋转负载的运行数据和发 电机励磁方式，忽略线路电容和非旋转负载的并联导纳，具有分接开关的变压器， 其开关位置均视为在主分接位置，不计弧电阻，35 kV 及以上系统的最大短路电 流计算时，等值电压源取标称电压的 1.1 倍，但不超过设备的最高运行电压。对 于电网规划、运行部门，三相最大短路电流计算是主要的计算内容。计算中，各 电网、电网内的不同部门可能

13、采用不同的计算条件。差别主要集中在变压器变比、 节点电压的选取上。变压器变比有取 1.0，有取实际运行变比的，节点电压可能 取 1.0，也可能取 1.05。这两者的不同组合均有所采用。经典的短路电流计算方 法为：取变比为 1.0，不考虑线路充电电容和并联补偿，不考虑负荷电流和负荷 的影响，节点电压取 1.0，发电机空载。 第 3 章 电力系统三相短路计算 3.1 系统等值电路及元件参数计算 按题给条件，各级基准电压均为各级平均额定电压，设基准功率 ,。根据已经得到的实际值，利用标么值的定义：AMVSB100 Bav VV 位）基准值（与有名值同单 ）实际有名值（任意单位 标么值 22 119

14、141.61 100 B B B V S 基准值Z 可得相应器件标么值参数为： 25 . 0 2 S 2 . 0 4 S 19 . 0 10 . 0 12 jZL 03 . 0 12 L B 23 . 0 11 . 0 14 jZL 03 . 0 14 L B 22 . 0 11 . 0 24 jZL 03 . 0 24 L B 06 . 0 03 . 0 45 jZL 01 . 0 45 L B 33 . 0 02 . 0 jZT 03 . 0 002 . 0 12 j k Z Z T 03 . 0 002 . 0 1 10 j k Z Z T 003 . 0 0002 . 0 1 20 j

15、 kk Z Z T 83 . 0 30 100 25 . 0 3 G X 1 3 G E 03 . 1 115 119 1 G E 3.2 系统等值电路及其化简 根据题意可得完整的系统等值电路如图3.1所示： ZL12 0.10+j0.19 ZL24 0.11+j0.22 ZL14 0.11+j0.23 ZL45 0.03+j0.06 ZT 0.02+j0.33 Z10 -0.002-j0.03 Z20 -0.0002-j0.003 j0.5*BL24 j0.015 j0.5*BL24 j0.015 j0.5*BL12 j0.015 j0.5*BL12 j0.015 j0.5*BL14 j0.

16、015 j0.5*BL14 j0.015 j0.5*BL45 j0.005j0.5*BL45 j0.005 ZG3 j0.83 1 2 4 5 3 G1 G3 S4=0.2 S2=0.25 图3.2 系统完整等效电路图 ZL12 0.10+j0.19 ZL24 0.11+j0.22 ZL14 0.11+j0.23 ZL45 0.03+j0.06 ZT 0.02+j0.33 j0.5*BL24 j0.015 j0.5*BL24 j0.015 j0.5*BL12 j0.015 j0.5*BL12 j0.015 j0.5*BL14 j0.015 j0.5*BL14 j0.015 ZG3 j0.83

17、1 2 4 5 3 G1 G3 S4=0.2 S2=0.25 图3.2 （a）等效电路 由于等效电路中在做变压器等效时发现与以及的对地电容对整个 10 Z 20 Z 45L Z 系统影响不大，故在计算时忽略不计，由此可得电路的第一步化简电路如图 3.2（a）等效电路所示。 根据图3.2（a）等效电路得 03 . 0 5 . 05 . 0 1214)1( jBjBjZ LLb 02. 05 . 05 . 0 1224)2( jBjBjZ LLb 02 . 0 5 . 05 . 0 4524)3( jBjBjZ LLb 22 . 1 05 . 0 345)4( jZZZZ GTLb 电容经过合并后

18、可得图3.2（b）等效电路图 ZL12 0.10+j0.19 ZL24 0.11+j0.22 ZL14 0.11+j0.23 ZL45 0.03+j0.06 Zb(3) j0.02 Zb(2) j0.02 Zb(1) j0.03 1 2 4 G1=1.03 G3=1 S4=0.2 S2=0.25 图3.2（b）等效电路图 Zc(1) 0.018-j0.035 Zc(2) 0.019-j0.040 Zc(3) 0.018-j0.033 Zb(4) 0.05+j1.22 Zb(3) j0.02 Zb(1) j0.03 Zb(2) j0.02 G1=1.03 G3=1S4=0.2 S2=0.25 图

19、3.2(c) 等效电路 经过星角变换后可得图3.2（c）等效电路图。相应电阻阻值为： 1214 (1) 121424 0.0180.035 LL C LLL ZZ Zj ZZZ 1424 (2) 121424 0.0190.040 LL C LLL ZZ Zj ZZZ 1224 (3) 121424 0.0180.033 LL C LLL ZZ Zj ZZZ 利用带电源的支路可将EG3与Zb（3） ，Zb(4)及接地等效成Zd（1） (3)(4) (1) (3)(4) 0.0130.02 bb d bb ZZ Zj ZZ 3(3)(4) (1) (3)(4) 0.0110.003 Gbb d

20、bb EZEZ Ej ZZ 地 反复利用上述公式化简可将电路化简为图3.3最简等效电路。 其中0.220.04 eq Ej 0.0890.15 eq Zj Zeq 0.089+j0.15 Eeq=0.22+j0.04S2=0.25 图3.3最简电路 3.3 对称短路计算 由最简电路的参数可得短路电流： 0.810.83 eq f eq E Ij Z 另有已知条件，根据戴维宁等效原理得 1 1.03V 0 2 V1 3 V 。00015 . 0 45 . 0 4 jV 12 12 12 1.03 2.45.1 0.100.19 L VV Ij Zj 14 14 14 1.03(0.450.001

21、5) 0.530.11 0.110.23 L VVj Ij Zj 24 24 24 0.450.00150 0.7441.47 0.110.22 L VVj Ij Zj 45 45 45 1 (0.450.0015) 1.010.53 0.030.06 L VVj Ij Zj 忽略对地电容可得等效电路如图3.4所示 ZL 12 0.10+j0.19 ZL 24 0.11+j0.22 ZL 14 0.11+j0.23 ZL 45 0.03+j0.06 ZT 0.02+j0.33 Z10 -0.002-j0.03 Z20 -0.0002-j0.003 ZG3 j0.83 1 2 4 5 3 G1=

22、1.03 G3=1 S4 S2 0.25 0.2 图3.4 忽略电容等效电路 其中 1.03 (0.822.204) 1 (0.740.21) 1.0330.02 0.740.21 0.822.204 eq jj Ej jj (0.822.204) (0.740.22) 0.160.703 0.740.220.822.204 eq jj Zj jj 1 0.861.02 eq f eq E Ij Z 第 4 章 短路计算的仿真 4.1 仿真模型的建立 通过对系统的分析并结合 MATLAB，系统的仿真模型如图 4.1 所示： 图 4.1 仿真模型图 4.2 仿真结果及分析 由上述仿真模型图将各元

23、件参数输入模型图中进行仿真，在稳态时，故障点 各相电流由于三相故障发生器处于断开状态，因而三相电压实际上是加载在输电 线路 L12 上的电压。在 0.015s 时，三相短路故障发生器闭合发生三相短路，故障 点各相电流发生变化，由于闭合时有初始输入量和初始状态量。因而故障点各相 电流波形上升或者下降。故障点三相电压由于发生三相接地短路，此时三相电压 实际上是加载在输电线 L12 上的电压，发生暂态波动。电力系统三相短路仿真结 果如图 4.2 和图 4.3 所示。 图 4.2 发生三相短路电流波形 图 4.3 短路时电压波形 在稳态时，故障点电流正序分量由于三相电流短路故障发生器处于断开状态， 因而幅值相角为 0。在 0.02s 时，三相电流短路故障发生器闭合，此时电路发生三 相短路，