电力系统单相短路计算与仿真()(精品)23324.pdf

辽 宁 工 业 大 学 电力系统计算课程设计（论文）题目：电力系统单相短路计算与仿真（4）院（系）：电 气 工 程 学 院 专业班级：电气 104 学 号：100303135 学生姓名：付瑶 指导教师：教师职称：起止时间：13-07-01 至 13-07-12 本科生课程设计（论文）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（各序参数相同）：G1、G2：SN=30MVA，VN=10.5kV，X=0.25；T1:SN=31.5MVA，Vs%=9.5，k=10.5/121kV,Ps=180kW,Po=50kW,Io%=0.88；YN/d-11 T2:SN=31.5MVA，Vs%=10.5，k=10.5/121kV,Ps=210kW,Po=40kW,Io%=0.78；YN/d-11 L1:线路长 65km，电阻 0.25/km，电抗 0.4/km，对地容纳 2.810-6S/km；L2:线路长 60km，电阻 0.22/km，电抗 0.38/km，对地容纳 2.810-6S/km；L3:线路长 75km，电阻 0.2/km，电抗 0.40/km，对地容纳 2.610-6S/km；负荷：S3=55MVA，功率因数均为 0.9.任务要求（节点 3 发生 A 相金属性短路时）：1 计算各元件的参数；2 画出完整的系统等值电路图；3 忽略对地支路，计算短路点的 A、B 和 C 三相电压和电流；4 忽略对地支路，计算其它各个节点的 A、B 和 C 三相电压和支路电流；5 在系统正常运行方式下，对各种不同时刻 A 相接地短路进行 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。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 注：成绩：平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算 GGG1 T1 1 L1 2 T2 G2 1:k k:1 L3 L2 3 S3 本科生课程设计（论文）摘 要 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。产生短路的原因有很多，如元件毁坏，气象条件恶化，违规操作等等。短路的类型有三相短路，两相短路，以及单相接地短路。短路的后果非常严重，包括短路点附近的支路中出现比正常值大许多倍的电流，产生电动力效应，使支架遭到破坏。短路也可产生热效应使元件损坏。短路时系统电压大幅度下降，可能造成电动机停转。还会破坏系统的稳定性，造成大片地区停电，还会干扰信号 关键词：短路；系统；故障；后果；本科生课程设计（论文）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 电力系统不对称短路计算原理.3 2.1 对称分量法基本原理.3 2.2 三相序阻抗及等值网络.5 2.3 单相不对称短路的计算步骤.7 第 3 章 电力系统单相短路计算.9 3.1 系统等值电路及元件参数计算.9 3.2 系统等值电路及其化简.12 3.3 单相短路计算.12 第 4 章 短路计算的仿真.错误！未定义书签。4.1 仿真模型的建立.18 4.2 仿真结果及分析.18 第 5 章 总结.19 参考文献.20 本科生课程设计（论文）1 第1 章 绪论 1.1 电力系统短路计算概述 在实际的工作中，根据一定的任务进行短路计算时，必须首先确定计算条件。所谓的计算条件，一般包括，短路发生时系统的运行方式，短路的类型和发生地点，以及短路发生后采取的措施等。从短路计算的角度来看，系统运行指的是系统中投入运行的发电，变电，输电，用电的设备的多少以及它们之间相互连接的情况，计算不对称短路时，还应包括中性点的运行状态。对于不同的计算目的，所采用的计算条件是不同的。所谓短路,是指一切不正常的相与相之间或相与地之间发生通路的情况。在电力系统和电气设备的设计和运行中,短路计算是解决一系列技术问题所不可缺少的基本计算,这些问题主要是:1）选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备,例如断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆等，必须以短路计算作为依据。2）在设计和选择发电厂和电力系统电气主接线时，为了比较各种不同方案的接线图，确定是否需要采取限制短路电流的措施等，都要进行必要的短路电流计算。3)进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响等，也包含有一部分短路计算的内容。4）为了合理地配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数，必须对电力网中发生的各种短路进行计算和分析。在这些计算中不但要知道故障支路中的电流值，还必须知道电流在网络中的分布情况。有时还要知道系统中某些节点的电压值。此外，确定输电线路对通讯的干扰，对已发生故障进行分析，都必须进行短路计算。1.2 本文设计内容 本文设计讲述了短路对称法的基本原理，以及对称分量法在不对称短路中的应用。画出等值电路以及三相序阻抗。本文完成的任务是：（1）求出各元件的参数；本科生课程设计（论文）2 （2）画出完整的系统等值电路图；（3）忽略对地支路，计算短路点的 A、B 和 C 三相电压和电流；（4）忽略对地支路，计算其它各个节点的 A、B 和 C 三相电压和支路电流；（5）在系统正常运行方式下，对各种不同时刻 A 相接地短路进行 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。：本科生课程设计（论文）3 第2 章 电力系统不对称短路计算原理 2.1 对称分量法基本原理 对称分量法（method of symmetrical components）电工中分析对称系统不对称运行状态的一种基本方法。广泛应用于三相交流系统参数对称、运行工况不对称的电气量计算。电力系统正常运行时可认为是对称的，即各元件三相阻抗相同，各自三相电压、电流大小相等，具有正常相序。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、负序和零序三相对称的三相量。所以计算不对称短路时一般不使用直接求解复杂的三相不对称电路的方法，而采用更简单的对称分量法进行分析。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：式中运算子120jae且有210aa,31a；(1)aI(2)aI(3)aI分别为 a 相电流的正序、负序和零序分量并且有：(1)22(2)(3)1113111aaabcaaaaaIIIIII2(1)(1)(1)(1)2(2)(2)(2)(2)(0)(0)(0),bacabacabcaaaaaIIIIIIIIIII 本科生课程设计（论文）4 根据上式可以作出三相量的三组对称分量如图2.1 图 2.1 对称分量 我们看到，正序分量的相序与正常对称运行下的相序相同，而负序分量的相序则与正序相反，零序分量则三相同相位。将一组不对称的三相量分解为三组对称分量，这种分解，如同第三章的派克变换一样，也是一种坐标变换。把（）写成 IIabcS120 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 1120abcS II 式中 12211111Saaaa (2-4)展开(2-3)并计及式(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。Ib)1(Ic)1(Ia)1(Ia)2(Ib)2(Ic)2(Ic)0(Ib)0(Ia)0(1)(2)(0)2(1)(2)(0)(1)(2)(0)2(1)(2)(0)(1)(2)(0)aaaabaaabbbcaaacccaaaaIIIIIIIIIIIIIIIIII 本科生课程设计（论文）5 2.2 三相序阻抗及等值网络 短路故障的计算与分析,主要是短路电流的大小及其变化规律不仅与短路故障的类型有关,而且与电源特性,网络元件的电磁参数有关。不对称短路时故障处的短路电流和电压网络的故障处，对称分量分解后可用序电压方程表示为几种主要的序网如下图所示：图 2.2 正序网络 图 2.3 负序网络 本科生课程设计（论文）6 图 2.4 零序网络 三相序阻抗化简，其等值网络图如下：图 2.5 正序等值网络 Ia(1)Va(1)本科生课程设计（论文）7 图 2.6 负序等值电路 图 2.7 零序等值电路 2.3 单相不对称短路的计算步骤 1 确定计算条件，画计算电路图 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。根据计算目的确定系统运行方式，画相应的计算电路图。选电气设备：选择正常运行方式画计算图；短路点取使被选择设备通过的短路电流最大的点。继电保护整定：比较不同运行方式，取最严重的。2 画等值电路，计算参数；分别画各段路点对应的等值电路。标号与计算图中的应一致。3 网络化简，分别求出短路点至各等值电源点之间的总电抗。Ia(2)Va(2)Ia(0)Va(0)本科生课程设计（论文）8 等值电源归算（1）同类型且至短路点的电气距离大致相等的电源可归并；（2）至短路点距离较远的同类型或不同类型的电源可归并；（3）直接连于短路点上的同类型发电机可归并；本科生课程设计（论文）9 第3 章 电力系统单相短路计算 3.1 系统等值电路及元件参数计算 变压器 T1 的参数计算：本科生课程设计（论文）10 变压器 T2 的参数计算：线路L1 的参数计算：线路 L2 的参数计算：线路 L3 的参数计算：SVSIBNNT3232011067.25.101005.3188.010100%95.0115/5.10121/5.101TK1.3105.31121210103223222NNSTSVPR37.05.311005.105.10100%222NNSTSVVXSVPGNT4323202106.3105.104010SVPGNT43232011054.4105.10501033.05.311005.105.9100%221NNSTSVVX02.0105.315.10180103223221NNSTSVPRSVSIBNNT3232021022.25.101005.3178.010100%95.0115/5.10121/5.102TK25.166525.01LR26654.01LX2.136022.01RL8.226038.01XL15752.03RL307540.03XL 本科生课程设计（论文）11 对各元件电抗标幺值的计算：取 基 准 容 量100BSMVA，第一 段 基 准 电 压(1)1 0.5BVK V，第二段基准电压(2)115BVKV，第三段基准电压(3)10.5BVKV。37.01151005.311211005.10100%222)2(2)2(2*2BBNNTSTVSSVVX20.01151004.06522)2(1*1BBLLVSXX17.011510038.06022)2(2*2BBLLVSXX83.05.10100305.1025.0222)1(2*1BBNNGVSSVXX83.05.10100305.1025.0222)3(2*2BBNNGVSSVXX30.05.101005.315.101005.9100%222)1(2)1(1*1BBNNTSTVSSVVXjjVSjSVXBBSS5422)2(32*31005.61023.1115100)44.09.0(551)sin(cos0.12115100650.252221*1BBLLVSRR0.101151000.22602222*2BBLLVSRR0.101211000.2752223*3BBLLVSRR018.05.10100105.315.101801023221322*1BBNNSTVSSVPR02.0115100105.3112121010232222322*2BBNNSTVSSVPR23.01151004.07522)2(3*3BBLLVSXX 本科生课程设计（论文）12 对地容纳的计算：3.2 系统等值电路及其化简 为使电路简化，需要将线路的三角形连接转化为星形连接，其转化公式为：在进行电路化简时，还需要对电源、阻抗进行合并，其公式如下：代数得，对于正序图，012.0100115652108.222262)2(111BBSVLbB011.0100115602108.222262)2(222BBSVLbB013.0100115752106.222262)2(333BBSVLbBabcaaabbccabcabbabbccacabcaabbccaZ ZZZZZZ ZZZZZZ ZZZZZ08.023.017.02.023.02.0jjjjjZZZZZZcabcabcaaba06.023.017.02.017.02.0jjjjjZZZZZZcabcabbcabb07.017.023.02.017.023.0jjjjjZZZZZZacbcabbccac122112eqE EE EEEE 本科生课程设计（论文）13 同理，对于负序图，对于零序图，3.3 单相短路计算 单相接地短路时，故障处的三个边界条件为0,0,0fbfcfaVII，经过整理后便得到用序量表示的边界条件为 短路点电流和电压的各序分量为：(1)(2)(0)(1)(1)(2)(0)(1)(1)(0)(2)(1)(2)(0)(1)(0)()fafafafffafffffafaffffafafffafajjjjIIIVVXIXXIVXIVXI 1221121 1.11 1 1.0811.08 1.11eqE EE EEEE 69.007.026.121.126.121.1)1(Zeq69.007.026.121.126.121.1)2(Zeq16.007.043.011.043.011.0)0(Zeq(1)(2)(0)(1)(2)(0)0fafafafafafaVVVIII 本科生课程设计（论文）14 图 3.1 单相接地短路 电压和电流的各序分量，也可以直接应用复合序网来求得。根据故障处各序分量之间的关系，将各序网络在故障端口联接起来构成的网络称为复合序网。用复合序网进行计算，可以得到同样结果。短路点的故障相电流为 (1)(1)(2)(0)(1)3ffafafafafaIIIIII 或 带入式(3-4)各个数据，得 由式(3-3)和式(3-1)得 由式(3-2)得 abcIc=0Ib=0IaVa=0(1)(2)(0)(1)1131.54fafafafjIIII54.13)16.069.069.0(13)(3)0()2()1()0()1(jjjXXXVIffffffff(0)(1)(1)(2)(0)3()ffffffffjVIXXX 本科生课程设计（论文）15 非故障相电压：3.4 各节点电压的计算 IXaXaVVVaVfafffffafafafbaja)1()0(2)2(2)0()2()1(2)1()(1.0)45.0()120sin120(cos)55.0()240sin240(cosjj1.0)45.0()87.05.0()55.0()87.05.0(jj10.054.1116.0)1()0()0(jjjIXVfafffa45.054.1169.0)1()2()2(jjjIXVfafffa55.054.1116.069.0)1()0()2()1(jjjIXXVfafffffa09.041.0jIXXaVVaVVfafffffafafafcaaja)0()0()2(2)2()2(2)1()1()(1.0)45.0()240sin240(cos)55.0()120sin120(cosjj09.041.0j 本科生课程设计（论文）16 KVVVVV9.1202.0)08.0121()(22222223 于是得其他各个节点的电流分别为：4.216.03.0 j02.05.1030)(2211221211jjXRVQPSTTNGGT02.316.0j0.37)(0.025.1030)(2222222222jjXRVQPSTTNGGT4.2-84.294.2-16.0-30111jjSSSTG87.181.023.0 j1.010.54.229.84)(22233221213jjXRVQPSLLNL27.1953.698.9.15.4087.181.04.2-84.293313jjjjSSSSLj8.064.74j0.17)(0.15.108.1953.69)(2222222 32 32LLNSSLjXRVQPS3.241.10402.384.2906.874.427.1953.692232jjjjSSSSL7.204.12j0.2)(0.125.103.241.104)(2221122 22 21jjXRVQPSLLNSSL6.423.1467.204.1224.31.1044.2-84.291211jjjjSSSSL33.2727.7406.874.427.1953.6923 2jjjSSSL32.0-84.2903.3-16.0-30222jjSSSTG21KV.01210.242.60.123.14611 11 11VXQRPVLL20KV.012112.042.6-2.03.14611 11 11VRQXPVLL10KV.012117.027.331.074.2722 22 22VXQRPVLL08KV.01211.027.3317.074.2722 22 22VRQXPVLLKVVVVV8.1202.0)21.0121()(22212112KVVVVV9.12008.0)1.0121()(22222223 本科生课程设计（论文）17 20.0.70121342.63.1463111jjVSI 12.0.508.12033.24104.13222jjVSI j0.0933.09.120327.1953.693333jVSI 本科生课程设计（论文）18 第 4 章 短路计算的仿真 4.1仿真模型的建立 xxxxxxxxxx。4.2仿真结果及分析 本科生课程设计（论文）19 第4 章 总结 对所设计内容、方法、取得的效果、问题的解决方案等方面作技术方面的总结。如设计的内容以及采用的技术方案或计算结果 注意：如果用到表格，则表内容用五号宋体或更小字号，选定某种样式后，全文应统一。本科生课程设计（论文）20 参考文献 1 何仰赞等.电力系统分析（上）.华中科技大学出版社.2002.1 2 刘万顺，电力系统故障分析。北京：中国电力出版社，1998 3 张俊才，电力系统故障的分析计算-对称分量法与相分量法，江西工业大学 4 邱关源，电路。北京：高等教育出版社，1999 5 罗建军，杨琦，MATLAB教程 北京;电子工业出版社 6 李光琦，电力系统暂态分析（第二版），北京：中国电力出版社，1995 7 刘从爱，电力工程基础，济南；山东科学技术出版社，1997 8 孙丽华，电力工程基础，北京：机械工业出版社，2006 9 潘晓辉，MATLAB 5.1 北京：中国水利水电出版社 2000 注意：中文用小四宋体，英文用小四 Times New Roman。参考文献不少于五篇 本科生课程设计（论文）21 课程设计（论文）报告的内容及其文本格式 1、课程设计（论文）报告要求用 A4 纸排版，单面打印，并装订成册，内容包括：封面（包括题目、院系、专业班级、学生学号、学生姓名、指导教师姓名、起止时间等）设计(论文)任务及评语 中文摘要 （黑体小二，居中，不少于 200字）目录 正文（设计计算说明书、研究报告、研究论文等）参考文献 2、课程设计（论文）正文参考字数：2000字周数。3、封面格式 4、设计（论文）任务及评语格式 5、目录格式 标题“目录”（小二号、黑体、居中）章标题（小四号字、黑体、居左）节标题（小四号字、宋体）页码（小四号字、宋体、居右）6、正文格式 页边距：上 2.5cm，下 2.5cm，左 3cm，右 2.5cm，页眉 1.5cm，页脚 1.75cm，左侧装订；字体：一级标题，小二号字、黑体、居中；二级，黑体小三、居左；三级标题，黑体四号；正文文字，小四号字、宋体；行距：20 磅行距；页码：底部居中，五号、黑体；7、参考文献格式 标题：“参考文献”，小二，黑体，居中。示例：（五号宋体）期刊类：序号 作者 1,作者 2,作者 n.文章名.期刊名（版本）.出版年,卷次（期次）:页次.图书类：序号 作者 1,作者 2,作者 n.书名.版本.出版地:出版社，出版年:页次.