不對稱短路故障分析與計算-課程設計報告

1、信息工程學院課程設計報告書題目: 不對稱短路故障分析與計算 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 0312408班 學 號： 031240868 學生姓名： - 深 藍 指導教師： 2015年06月05日 信息工程學院課程設計任務書學 號031240868學生姓名- 深 藍專業(yè)（班級）電氣0312408班設計題目不對稱短路故障分析與計算設計技術參數1 發(fā)電機參數 G1:為水電廠，額定容量110MVA，, G2、G3:為水電廠，額定容量25MVA, M:電動機（用電負載），2000KW,起動系數為6.52 變壓器T參數 T1： 額定容量16MVA，一次電壓110KV，短路損耗86KW，空載損耗

2、23.5KW，阻抗電壓百分值UK%=10.5，空載電流百分值I0%=0.9。變壓器連接組標號：Ynd11。 T2、T3：額定容量31.5MVA，一次電壓110KV，短路損耗148KW，空載損耗38.5KW，阻抗電壓百分值UK%=10.5，空載電流百分值I0%=0.8。變壓器連接組標號：Ynd11。 T4：額定容量10MVA，一次電壓110V，短路損耗59KW，空載損耗16.5，阻抗電壓百分比UK%=10.5，空載電流百分比I0%=1.0。變壓器連接組標號：Ynd11。3 線路參數 LGJ-120：截面120，長度100km，每條線路單位長度的正序電抗，零序電抗，每條線路單位長度的對地電容 。

3、LGJ-150:截面150，長度100km，每條線路單位長度的正序電抗 ，零序電抗，每條線路單位長度的對地電容4 負載參數 容量8+6jMVA，在基準容量=100MVA下，負載負序電抗標幺值為X0（2）=0.35，零序電抗標幺值X(0)=1.2。設計要求1. 計算短路點的電流。2. 計算短路點的沖擊電流。3. 分析短路可能產生的原因及危害。參考資料1 北京有色冶金設計研究總院電力室譯.工廠配電.北京:電力工業(yè)出版社,19822 蘇文成.工廠供電.北京:機械工業(yè)出版社,19903 方富淇.電力系統(tǒng)分析.北京:水利電力出版社,19894 韓禎祥.電力系統(tǒng)分析.杭州:浙江大學出版社,19935 能源

4、部東北電力設計院.電力工程高壓送電線路設計手冊.水利電力出版社165一168,1991年2月6 何仰贊,溫增銀,汪馥英.電力系統(tǒng)分析 M.武漢:華中理工大學出版社,2002.37 姜彤，郭志忠，陳學允.多態(tài)相分量法及其在電力系統(tǒng)感想不對稱分析中的應用J.中國電機工程學報，2002，22（5）：7074.8 王輝.配電網三相短路計算J.有色冶金設計與研究，2005.12.9 陳慈萱.電氣工程基礎M.北京：中國電力出版社，2003.10 陳亞民.電力系統(tǒng)計算程序及其實現(xiàn)M1北京:水利電力出版社,19951龔沛曾,等Visual Basic程序設計教程M1北京:高等教育出版社,2002111 西安交

5、通大學等.電力系統(tǒng)計算M. 北京：水利電力出版社，1993.12 2015年 06 月18 日 學生姓名：- 深 藍 學號：031240868 專業(yè)（班級）： 電氣0312408班 課程設計題目： 不對稱短路故障分析與計算 成績： 指導教師： 年 月 日信息工程學院課程設計成績評定表摘 要 在電力系統(tǒng)運行過程中，時常會發(fā)生故障，其中大多數是短路故障（簡稱短路），短路計算是電力系統(tǒng)最常用的計算之一。不論選擇、校驗電氣設備的性能,還是繼電保護裝置的整定計算,都需要進行短路計算。因此分析與計算不對稱短路具有非常重要意義。無論是采用面向對象的VB語言實現(xiàn)短路計算,還是用MATLAB中的Simulink

6、或Simpowersystems都要熟悉基本的計算原理，本課題將通過標幺值進行電力系統(tǒng)的計算分析。關鍵字：電力系統(tǒng) 短路計算  標幺值 Abstract: Short-circuit calculation is one of the most commonly used calculation in power system. No matter choose, check the performance of the electrical device, or the setting calculation of relay protection, those all needs

7、 to be carry on short-circuit calculation. Whether using the VB language of object-oriented to achieve short-circuit calculation, or using MATLAB Simulink and SimPowerSystems all needs to be familiar with the basic principle of calculation and the subject by p.u. value calculation of power system an

8、alysis.Key words: power system short-circuit calculation Per-unit value目 錄摘 要.IAbstract.II1 設計背景12 參數分析22.1 發(fā)電機參數22.2 變壓器T參數22.3 線路參數32.4 負載參數33 計算流程33.1 標幺值計算33.1.1發(fā)電機電抗33.1.3線路電抗43.1.4負載電抗43.1.5電動機電抗（近似值）43.2帶入數值計算53.2.1發(fā)電機電抗標幺值53.2.2變壓器電抗值標幺值53.2.3線路電抗標幺值53.2.4負載電抗標幺值63.2.5電動機電抗標幺值64等值網絡圖74.1正序網絡

9、等值圖74.2負序網絡等值圖74.3零序等值網絡圖85等值簡化86 結果分析106.1短路可能產生的原因106.2短路可能造成的危害106.3 短路預防10致 謝11參考文獻121 設計背景所謂短路，是指電力系統(tǒng)正常運行情況以外的相與相之間或相與地（或中性線）之間的連接電力系統(tǒng)發(fā)生短路時，由于系統(tǒng)的總電阻抗大為減小，因此伴隨短路所產生的基本現(xiàn)象是：電流劇烈增加，短路電流為正常工作電流的幾十倍甚至幾百倍，在大容量電力系統(tǒng)中發(fā)生短路時，短路電流可高達幾萬安甚至幾十萬安。在電流急劇增加的同時，系統(tǒng)中的電壓將大幅度下降。短路的原因：發(fā)生短路故障的原因主要是電氣設備載流部分的絕緣損壞。引起絕緣損壞的原因

10、各種形式的過壓（例如遭到雷擊）、絕緣材料的自然老化、直接的機械損傷等。絕緣的破壞在大多數情況下是由于沒有及時發(fā)現(xiàn)和消除設備中的缺陷，以及設計安裝和運行維護不良所致。運行人員帶負荷拉刀閘或者檢修后未拆除地線加上電壓等誤操作，也會引起短路故障。短路對電力系統(tǒng)的正常運行和電氣設備有很大的危害，引起的后果是破壞性的，具體表現(xiàn)在：（1）短路點的電弧有可能燒壞電氣設備，同時很大的短路電流通過設備會使發(fā)熱增加，當短路持續(xù)時間較長時，可能使設備過熱而損壞；（2）很大的短路電流通過導體時，要引起導體間很大的機械應力，有可能使設備變形或遭到不同程度的破壞。（3）短路時，系統(tǒng)電壓大幅度下降，對用戶工作影響很大（4）

11、發(fā)生接地短路時，會產生不平衡電流及磁通，將在領近的平行線路內感應出很大的電動勢。（5）短路發(fā)生后，有可能使并列運行發(fā)電機組失去同步，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定，使電力系統(tǒng)瓦解，引起大片地區(qū)的停電。電力系統(tǒng)短路可分為三相短路、單相接地短路、兩相短路和兩相接地短路等。三相短路的三相回路依舊是對稱的，故稱為對稱短路。 其他的幾種短路的三相回路均不對稱，故稱為不對稱短路。電力系統(tǒng)運行經驗表明，單相短路占大多數，上述短路均是指在同一地點短路，實際上也可能在不同地點同時發(fā)生短路，例如兩相在不同地點接地短路。由于在電力系統(tǒng)中短路電流計算比較復雜，所以這次我們選擇簡單的單相接地短路進行計算分析，不僅可以為今后的

12、學習、工作和生產提供一定的理論幫助，并且還可以鞏固對電力線路短路的理解，為今后遇到相應的故障時能快速有效的解決。同時通過對不對稱短路電流計算我們可以：（1）選擇和校驗電氣設備；（2）進行繼保裝置和自動裝置的選型與整定計算；（3）分析電力系統(tǒng)的故障及穩(wěn)定性能；（4）選擇限制短路電流的措施；（5）確定電力線路對通信線路的影響。2 參數分析2.1 發(fā)電機參數G1:為水電廠，額定容量110MVA，,G2、G3:為水電廠，額定容量25MVA,M:電動機（用電負載），2000KW,起動系數為6.52.2 變壓器T參數T1： 額定容量16MVA，一次電壓110KV，短路損耗86KW，空載損耗23.5KW，阻

13、抗電壓百分值UK%=10.5，空載電流百分值I0%=0.9。變壓器連接組標號：Ynd11。T2、T3：額定容量31.5MVA，一次電壓110KV，短路損耗148KW，空載損耗38.5KW，阻抗電壓百分值UK%=10.5，空載電流百分值I0%=0.8。變壓器連接組標號：Ynd11。T4：額定容量10MVA，一次電壓110V，短路損耗59KW，空載損耗16.5，阻抗電壓百分比UK%=10.5，空載電流百分比I0%=1.0。變壓器連接組標號：Ynd11。2.3 線路參數LGJ-120：截面120，長度100km，每條線路單位長度的正序電抗，零序電抗，每條線路單位長度的對地電容 。LGJ-150:截面

14、150，長度100km，每條線路單位長度的正序電抗 ，零序電抗，每條線路單位長度的對地電容2.4 負載參數容量8+6jMVA，在基準容量=100MVA下，負載負序電抗標幺值為X0（2）=0.35，零序電抗標幺值X(0)=1.2。3 計算流程3.1 標幺值計算3.1.1發(fā)電機電抗 （1）式中 ：發(fā)電機電抗百分數，由發(fā)電機銘牌參數的； ：已設定的基準容量（基值功率），單位； ：發(fā)電機的額定有功功率，單位MW; ：發(fā)電機額定有功功率因數。 3.1.2 變壓器電抗 （2）變壓器中主要指電抗，因其電抗，即可忽略，由變壓器電抗有名值推出變壓器電抗標幺值為 （3）式中 %：變壓器阻抗電壓百分數； ：基準容量

15、，單位MVA 、：變壓器銘牌參數給定額定容量，MVA、額定電壓單位KV； ：基準電壓取平均電壓，單位KV。3.1.3線路電抗 (4)式中 ：線路單位長度電抗； ：線路長度,單位km； ：基準容量，單位MVA； ：輸電線路額定平均電壓，基準電壓，單位KV。注意：因為，所以。3.1.4負載電抗 （5）式中 U：元件所在網絡的電壓標幺值； ：負載容量標幺值； ：負載無功功率標幺值。3.1.5電動機電抗（近似值） cos （6）式中 ：設定的基準容量，單位MVA； ：電動機額定的有功功率，單位MW； ：電動機額定有功功率因數。3.2帶入數值計算3.2.1發(fā)電機電抗標幺值由公式（1）得；正序電抗標幺值等

16、于負序電抗標幺值等于零序電抗標幺值即：3.2.2變壓器電抗值標幺值由公式（2）得 6；正序電抗標幺值等于負序電抗標幺值等于零序電抗標幺值即：3.2.3線路電抗標幺值 由公式（4）得； ；正序電抗標幺值等于負序電抗標幺值等于零序電抗標幺值的三分之一即：；3.2.4負載電抗標幺值由公式（5）得；負載負序電抗標幺值為，零序電抗標幺值。3.2.5電動機電抗標幺值由公式（6）得；（1）由于異步電動機定子繞組是星形或三角接法，零序電流不能通過異步電動機，零序電抗無限大。（2）異步電動機轉子結構對稱，負序電流通過時，雖然定子旋轉磁場與轉子轉速相反，轉差為2s，由于磁路與正序一樣，故負序電抗等于次暫態(tài)電抗。正

17、序電抗標幺值等于負序電抗標幺值，零序電抗標幺值為窮大即： ；對下標的說明：各元件下標括號外的數字表示為第幾個原件，括號內的數字1,2,0分別表示正序，負序，零序。例如：。4等值網絡圖4.1正序網絡等值圖4.2負序網絡等值圖4.3零序等值網絡圖5等值簡化短路點正序標幺值為：短路點負序標幺值為：短路點零序標幺值為：不對稱短路的短路電流正序分量標幺值：短路電流的標幺值：短路電流的幅值：短路沖擊電流幅值：短路點非故障相對地電壓：b相 ：c相 ：6 結果分析6.1短路可能產生的原因電力系統(tǒng)產生短路的主要原因是供電系統(tǒng)中的絕緣被破壞。在絕大多數情況下,電力系統(tǒng)的絕緣的破壞是由于未及時發(fā)現(xiàn)和消除設備中的缺陷

18、和維護不當所成的。例如過電壓、直接雷擊、絕緣材料的老化、絕緣配合不當和機械損壞等,運行人員錯誤操作,如帶負荷斷開隔離開關或檢修后未撤接地線就合斷路器等;設備長期過負荷,使絕緣加速老化或破壞;小電流系統(tǒng)中一相接地,未能及時消除故障;在含有損壞絕緣的氣體或固體物質地區(qū)。此外在電力系統(tǒng)中的某些事故也可能直接導致短路,如電桿倒塌、導線斷線等也會造成短路。6.2短路可能造成的危害短路電流所產生的電動力能形成很大的破壞力,如果導體和它們的支架不夠堅固,可能遭到難以修復的破壞,短路時由于很大的短路電流流經過網路阻抗,必將使網路產生很大的電壓損失。另外,短路類型如果是金屬性短路,短路點電壓為零,短路點以上各處

19、的電壓也要相應降低很多,一旦電壓低于額定電壓太多的時候就會使供電受到嚴重影響或被迫中斷,若在發(fā)電廠附近發(fā)生短路,還可能使全電力系統(tǒng)運行解列,引起嚴重后果。接地短路時,接地相出現(xiàn)的短路電流為不平衡電流,該電流所產生的磁通將對鄰近平行的通訊線路感應出附加電勢,干擾通訊,嚴重時,將危及通訊設備和人身的安全。為了限制發(fā)生短路時所造成的危害和故障范圍的擴大,需要在供電系統(tǒng)中加裝保護,以便在故障發(fā)生時,自動而快速地切斷故障部分,以保障系統(tǒng)安全正常運行,這就需要我們準確的計算短路電流的大小。6.3 短路預防系統(tǒng)中的短路事故是人們竭力避免而又不能絕對避免的事故,對于已投入運行的變壓器,首先應配備可靠的供保護系

20、統(tǒng)使用的直流電源,并保證保護動作的正確性。結合目前運行中變壓器杭外部短路強度較差的情況,對于系統(tǒng)短路跳閘后的自動重合或強行投運,應看到其不利的因素,否則有時會加劇變壓器的損壞程度,甚至失去重新修復的可能。目前己有些運行部門根據短路故障是否能瞬時自動消除的概率,對近區(qū)架空線或電纜線路取消使用重合問,或者適當延長合間間隔時間以減少因重合閘不成而帶來的危害,并且應盡量對短路跳閘的變壓器進行試驗檢查。致 謝在本次電力系統(tǒng)課程設計中，在老師悉心的指導與幫助以及各位組員的共同努力下，終于在規(guī)定時間內成功完成，在此，謹向老師表示衷心的感謝！向各個組員表示真誠的謝意！ 在本次設計中，我們組的任務是對單相接地短路進行電流計算和結果分析。通過各