電力系統(tǒng)三相短路電流的計(jì)算

1、銀川能源學(xué)院 課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱：電力系統(tǒng)分析 設(shè)計(jì)題目：電力系統(tǒng)三相短路電流的計(jì)算學(xué) 院：電力學(xué)院 專 業(yè)：電氣工程及其自動化_班 級：1203班_姓 名：張將_學(xué) 號：1310240006_目錄摘要1課題2第一章.短路的概述21.1發(fā)生短路的原因21.2發(fā)生短路的類型21.3短路計(jì)算的目的31.4短路的后果3第二章.給定電力系統(tǒng)進(jìn)行三相短路電流的計(jì)算42.1收集已知電力系統(tǒng)的原始參數(shù)42.2制定等值網(wǎng)絡(luò)及參數(shù)計(jì)算42.2.1標(biāo)幺值的概念42.2.2計(jì)算各元件的電抗標(biāo)幺值52.2.3系統(tǒng)的等值網(wǎng)絡(luò)圖5第三章.故障點(diǎn)短路電流計(jì)算6第四章.電力系統(tǒng)不對稱短路電流計(jì)算94.1對稱分量法94.2

2、各序網(wǎng)絡(luò)的定制104.2.1同步發(fā)電機(jī)的各序電抗104.2.2變壓器的各序電抗104.3不對稱短路的分析124.3.1不對稱短路三種情況的分析124.3.2正序等效定則14心得體會15參考文獻(xiàn)16摘要電力系統(tǒng)分析是電氣工程、電力工程的專業(yè)核心課程，通過學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)分析，學(xué)生可以了解電力系統(tǒng)的構(gòu)成，電力系統(tǒng)的計(jì)算分析及方法、電力系統(tǒng)常見的故障及其處理方法、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的判斷，為從事電力系統(tǒng)打下必要的基礎(chǔ)。電力系統(tǒng)短路電流的計(jì)算是重中之重，電力系統(tǒng)三相短路電流計(jì)算主要是短路電流周期（基頻）分理的計(jì)算，在給定電源電勢時，實(shí)際上就是穩(wěn)態(tài)交流電路的求解。采用近似計(jì)算法，對系統(tǒng)元件模型和標(biāo)幺參數(shù)計(jì)算作簡

3、化處理，將電路轉(zhuǎn)化為不含變壓器的等值電路，這樣，就把不同電壓等級系統(tǒng)簡化為直流系統(tǒng)來求解。在電力系統(tǒng)中，短路是最常見而且對電力系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生最嚴(yán)重故障的后果之一。課題電力系統(tǒng)接線圖如圖所示，其中G為發(fā)電機(jī)，M為電動機(jī)，負(fù)載(6)為由各種電動機(jī)組合而成的綜合負(fù)荷，設(shè)在電動機(jī)附近發(fā)生三相短路故障，計(jì)算短路點(diǎn)k的短路電流。第一章.短路的概述1.1發(fā)生短路的原因電力系統(tǒng)中，發(fā)生短路故障的原因有很多，常見的有：（1）元件的絕緣自然老化發(fā)展成短路;（2）因雷擊或過電壓引起電弧放電，鳳、雪等自然災(zāi)害引起電桿倒塌；（3）違反了電力系統(tǒng)的正規(guī)操作違規(guī)操作；其他，如鳥獸等跨接裸露導(dǎo)線等造成的短路。1.2發(fā)生短路的類

4、型電力系統(tǒng)中，發(fā)生短路故障的類型具體可分為以下：（1） 三相接地故障，用表示；（2） 單相接地故障，用表示；（3） 兩相短接故障，用表示；（4） 兩相接地短路故障，用表示；電力系統(tǒng)中，短路故障歸類可以分為：三相短路 對稱短路兩相短路 不對稱短路單相接地短路不對稱短路兩相接地短路不對稱短路 在這些故障中，三相短路故障雖然很少發(fā)生，但情況比較嚴(yán)重，且三相短路時電力系統(tǒng)仍是三相對稱的，稱為對稱故障，分析比較容易，因此對三相短路的研究有十分重要的意義。1.3短路計(jì)算的目的在電力系統(tǒng)中，短路計(jì)算具有十分重要的意義：（1） 選擇有足夠電動力穩(wěn)定和熱穩(wěn)定性的電氣設(shè)備；（2） 合理的配置繼電保護(hù)及自動裝置，并

5、正確整定其參數(shù)；（3） 選擇最佳的主接線方案；（4） 進(jìn)行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)態(tài)的計(jì)算；（5） 確定電力線路對鄰近通信線路的干擾等；1.4短路的后果發(fā)生短路故障時可能產(chǎn)生以下后果：（1）通過短路點(diǎn)的很大短路電流和所燃起的電弧使短路點(diǎn)的元件發(fā)生故障甚至損壞。（2）短路電流通過非故障設(shè)備時，由于發(fā)熱和電動力作用，引起它們使用壽命縮短甚至嚴(yán)重?fù)p壞。（3）電力系統(tǒng)中部分地區(qū)的電壓嚴(yán)重降低，使大量電力用戶的正常工作遭到破壞。（4）破壞電力系統(tǒng)中各發(fā)電廠之間并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩甚至使得系統(tǒng)崩潰，無法繼續(xù)正常運(yùn)行。 所以，有必要對電力系統(tǒng)進(jìn)行短路計(jì)算分析。根據(jù)計(jì)算的結(jié)果，合理選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備，進(jìn)行繼電

6、保護(hù)裝置的選型與整定計(jì)算，分析電力系統(tǒng)的故障及穩(wěn)定性能，選擇限制短路電流的措施和確定電力線路對通信線路的影響等。第二章.給定電力系統(tǒng)進(jìn)行三相短路電流的計(jì)算2.1收集已知電力系統(tǒng)的原始參數(shù)發(fā)電機(jī)G1：額定有功功率60MVA次暫態(tài)電抗標(biāo)幺值X”=0.12 ，次暫態(tài)電動勢E”=1.08。電動機(jī)為6MVA。變壓器T1:：變壓器額定容量31.5MVA,電壓10.5/121KV變壓器T2：變壓器額定容量 7.7MVA,電壓110/6.3KV變壓器3：變壓器額定容量20MVA,電壓110/11KVL1線路，60km ,X1=0.4/km、L2線路，20km 、 L3線路,7km

7、2.2制定等值網(wǎng)絡(luò)及參數(shù)計(jì)算2.2.1標(biāo)幺值的概念在電力系統(tǒng)分析中，還經(jīng)常采用一種相對單位制，稱為標(biāo)幺值。在標(biāo)幺值中。各不同單位的物理量都要指定一個基準(zhǔn)值，這個基準(zhǔn)值用下標(biāo)B表示。則某個物理量的標(biāo)幺值定義為其有名值和基準(zhǔn)值之比，用下標(biāo)*表示，有時加上說明用標(biāo)幺值表示后，可以略去下標(biāo)*?？梢姌?biāo)么值是一個無單位的比值，而且，對同一個實(shí)際值，當(dāng)所算的基值不同時其標(biāo)幺值也不同。標(biāo)么值的符號為各量符號加下角碼“*”標(biāo)幺值是一個沒有量綱的數(shù)值，對于同一個有名值，基準(zhǔn)值選的不同，其標(biāo)幺值也就不同，因此，說明一個量的標(biāo)幺值時，一定要同時說明它的基準(zhǔn)值，否則，標(biāo)幺值沒意義。電力系統(tǒng)使用標(biāo)幺值進(jìn)行計(jì)算和標(biāo)注，主要

8、是因?yàn)樗哂羞@樣一些優(yōu)點(diǎn)：（1） 易于比較電力系統(tǒng)各元件的參數(shù)和特點(diǎn)，便于迅速準(zhǔn)確的判定結(jié)果的正確性。（2） 能夠簡化計(jì)算公式，交流電路中，用標(biāo)幺值計(jì)算時通過選擇不同的基準(zhǔn)值，線電壓與相電壓的標(biāo)幺值相等，三相功率與單相功率的標(biāo)幺值相等，三相電路與單相電路的計(jì)算公式相同。（3） 三相電力系統(tǒng)中，各元件參數(shù)和變量之間的基準(zhǔn)值還有確定關(guān)系：2.2.2計(jì)算各元件的電抗標(biāo)幺值發(fā)電機(jī)1電抗：變壓器2電抗：線路3電抗：線路4電抗：變壓器5電抗：綜合負(fù)載6的模型為電壓源，(要?dú)w算到統(tǒng)一的基準(zhǔn)值下)有線路7電抗:變壓器8電抗：大容量電動機(jī)9的模型為電壓源，（要?dú)w算到統(tǒng)一的基準(zhǔn)值下）有： 圖中分子為元件電抗的編號

9、，分母為電抗的標(biāo)幺值，電動勢也以標(biāo)幺值表示，并忽略其間的相位差，相應(yīng)的計(jì)算以實(shí)數(shù)計(jì)算。2.2.3系統(tǒng)的等值網(wǎng)絡(luò)圖 第三章.故障點(diǎn)短路電流計(jì)算先合并串連電抗，得到圖， 串聯(lián)電抗合并其中，因?yàn)殡娐泛卸鄠€電源，先在A點(diǎn)斷開電路，用戴維南定理，將斷開處的二端口網(wǎng)絡(luò)等效成一個電壓源，其電動勢等于A點(diǎn)處的開路電壓其內(nèi)阻為除源后的A端的等效電阻再接入電路，得圖 戴維南定理簡化后的電路求出起始次暫態(tài)電流的標(biāo)幺值為：起始次暫態(tài)電流為沖擊電流：短路電流的最大有效值： 短路功率（短路容量）： 第四章.電力系統(tǒng)不對稱短路電流計(jì)算4.1對稱分量法任何一個三相不對稱的系統(tǒng)都可分解成三相對稱的三個分量系統(tǒng)，即正序、負(fù)序和

10、零序分量系統(tǒng)。對于每一個相序分量來說，都能獨(dú)立地滿足電路的歐姆定律和基爾霍夫定律，從而把不對稱短路計(jì)算問題轉(zhuǎn)化成各個相序下的對稱電路的計(jì)算問題。 對稱分量法是分析不對稱故障的常用方法，根據(jù)對稱分量法，任意一組不對稱的三個相量（電壓或電流）總可以分解成為正序、負(fù)序和零序三組（每組三個）相量。正序分量是指三個相量模相同，但相位角按A-B-C順序互差，正序分量一般加下標(biāo)1表示。電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時只有正序分量。負(fù)序分量是指三個相量模相同。但相位角按C-B-A順序互差，負(fù)序分量一般加下標(biāo)2表示，零序分量是指三個相量模相同，且相位角也相等，零序分量一般加下標(biāo)0表示。 （1）圖中相量幅值相等，相位彼此互差

11、，且a超前b，b超前c，稱為正序分量；（2） 圖中相量幅值相等，相位關(guān)系與正序相反，稱為負(fù)序分量；（3） 圖中相量幅值和相位均相同，稱為零序分量。 4.2各序網(wǎng)絡(luò)的定制4.2.1同步發(fā)電機(jī)的各序電抗同步發(fā)電機(jī)在對稱運(yùn)行時，只有正序電勢和正序電流。此時的電機(jī)參數(shù)就是正序參數(shù)。當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組中通過負(fù)序基頻電流時，它產(chǎn)生的負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場與正序基頻電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向正好相反。因此，負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場同轉(zhuǎn)子之間有兩倍同步旋轉(zhuǎn)的相對運(yùn)動。正序電抗取決于定子負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場所遇到的磁阻，由于轉(zhuǎn)子縱橫間不對稱，隨著負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場同轉(zhuǎn)子間的相對位置的不同，負(fù)序磁場所遇到的磁阻也不同，負(fù)序電抗也就不同。發(fā)生不對

12、稱短路時，由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子縱橫軸間的不對稱，定、轉(zhuǎn)子繞組無論是在穩(wěn)態(tài)還是在暫態(tài)過程中，都將出現(xiàn)一系列的高次諧波電流，這就使對發(fā)電機(jī)序參數(shù)的分析變復(fù)雜了。為了使發(fā)電機(jī)負(fù)序電抗具有確定的含義，取發(fā)電機(jī)負(fù)序端電壓的基頻分量與負(fù)序電流基頻分量的比值，作為計(jì)算電力系統(tǒng)基頻短路時發(fā)電機(jī)的負(fù)序阻抗。當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組通過基頻零序電流時，由于各相電樞磁勢大小相等，相位相同，且在空間相差120度電角度。它們在系統(tǒng)中的合成磁動勢為零，所以，發(fā)電機(jī)的零序電抗僅由定子線圈的等位漏磁通確定。但是零序電流所產(chǎn)生的漏磁通與正序（或負(fù)序）電流所產(chǎn)生的漏磁通不同的，其差別與繞組形式有關(guān)。4.2.2變壓器的各序電抗變壓器的等值電路表

13、征了一相原、副方繞組間的電磁關(guān)系。下圖反映了不計(jì)繞組電阻和鐵芯損耗時變壓器的零序等值電路。 如圖變壓器的零序等值電路 （a）雙繞組變壓器（b）三繞組變壓器變壓器等值電路中的參數(shù)不僅同變壓器的結(jié)構(gòu)有關(guān)，有的參數(shù)也同所通過電流的序別有關(guān)。變壓器各繞組的電阻，與通過的序別無關(guān)。因此，變壓器的正序，負(fù)序，零序的等值電阻相等。變壓器的漏抗，反映了原副方繞組間磁耦合的情況，磁通的路徑與所通電流的序別無關(guān)。因此變壓器的正序，負(fù)序，零序等值漏抗也相等。變壓器的勵磁阻抗，取決于主磁通路徑的磁導(dǎo)，當(dāng)變壓器通以負(fù)序電流時，主磁通的路徑與正序電流時完全相同，所以變壓器正序，負(fù)序和零序等值電路及參數(shù)是完全相同的。對于由

14、三個單相變壓器組成的三相變壓器組，每相的零序主磁通與正序主磁通一樣，有獨(dú)立磁路。對于三相四柱式，零序主磁通也能形成回路，磁阻很小， 所以兩種變壓器中，短路計(jì)算時可以當(dāng)做，忽略勵磁電流，把勵磁支路斷開。變壓器的零序等值電路與外電路的聯(lián)接，取決于零序電流的流通路徑，因而與變壓器三相繞組聯(lián)接形式及中性點(diǎn)是否接地有關(guān)，即：（1）當(dāng)外電路向變壓器某側(cè)三相繞組施加零序電壓時，如果能在改側(cè)產(chǎn)生零序電流，則等值電路中改側(cè)繞組與外電路接通；如果不能產(chǎn)生零序電流，則從電路等值的觀點(diǎn)，可以認(rèn)為變壓器該側(cè)繞組與外電路斷開。根據(jù)這一原則，只有中性點(diǎn)接地的星形接法才能與外電路接通。（2）當(dāng)變壓器繞組只有零序電勢時，如果它

15、能將零序電勢施加到外電路上去并能提供零序電流的通路，則等值電路中改側(cè)繞組端點(diǎn)與外電路接通，否則與外電路斷開。所以也只有YN接法繞組才能與外電路接通。（3）在三角形接法的繞組中，繞組的零序電勢雖不能作用到外電路去，但能在繞組中形成環(huán)流，在等值電路中改側(cè)繞組端點(diǎn)接零序等值中性點(diǎn)。由于三角形接法的繞組漏抗與勵磁支路并聯(lián)，不管何種鐵芯結(jié)構(gòu)的變壓器，一般勵磁電抗總比漏抗大得多，一般近似取。小結(jié)（1） 對稱分量法是分析電力系統(tǒng)不對稱故障的實(shí)用方法（2） 靜止元件的正序電抗和負(fù)序電抗相等。（3） 對于旋轉(zhuǎn)設(shè)備，各序電流會引起不同的電磁過程，三序阻抗不相等。（4） 變壓器零序電抗的大小，則決定于變壓器三相繞組

16、的結(jié)線方式和變壓器的鐵芯結(jié)構(gòu)。（5） 由于相間互感的助增作用，架空輸電線的零序電抗大于正序電抗，架空地 線的存在使得輸電線的零序電抗有所減小。電纜線路零序電抗的數(shù)值，則與電纜的包護(hù)層有關(guān)。（6） 制訂序網(wǎng)時，某序網(wǎng)應(yīng)該包含該序電流通過的所有元件，負(fù)序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與正序網(wǎng)絡(luò)相同，但是為無源網(wǎng)絡(luò)。制訂零序網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)從故障點(diǎn)開始，依次考察零序電流的流通情況。在一相零序網(wǎng)絡(luò)中，中性點(diǎn)接地阻抗須以其三倍值表示，并且也為無源網(wǎng)絡(luò)。4.3不對稱短路的分析4.3.1不對稱短路三種情況的分析（1）單相接地短路故障處邊界條件為： ， ，用對稱分量法表示為： ，整理后得到序分量表示的邊界條件為：解得： （2）兩相短路 故

17、障處的邊界條件為： ，用對稱分量法表示為：整理得： ， ， 可得： ，（3）兩相短路接地故障處的邊界條件為： ， ，用序分量表示的邊界條件為可得：4.3.2正序等效定則正序等效定則：在簡單不對稱短路故障的情況中，短路點(diǎn)基準(zhǔn)相的電流的正序分量，與在短路點(diǎn)的每一相中加入附加阻抗而發(fā)生三相短路時的電流相等。則短路點(diǎn)的基準(zhǔn)相正序電流表達(dá)式為：心得體會通過這次的課程設(shè)計(jì)，讓我重新溫習(xí)了以前課本上學(xué)過的相關(guān)知識，讓我對課本上的知識有了更深層次的理解與認(rèn)識，同時也對電力系統(tǒng)三相短路電流的計(jì)算更加熟練，加深了我對電力系統(tǒng)的了解和認(rèn)識，特別是對電力系統(tǒng)的短路電流的計(jì)算，加深鞏固了短路電流計(jì)算的能力。同時，在這次的課程設(shè)計(jì)中，也更加熟練了電腦上的一些基本操作如：auto CAD、word等一些常用軟件。當(dāng)然，在這次的課程設(shè)計(jì)中，我確實(shí)曾遇到了很難的疑難，最終，先是跟同學(xué)討論，在未能得到解決的前提下去與老師溝通、交流，最后將問題一一解決。在這次的課程設(shè)計(jì)中，讓我感覺到理論知識在工程實(shí)踐中的重要性，理論是對實(shí)踐的指導(dǎo)