不對稱短路計算與分析

1、題目：電力系統(tǒng)不對稱短路計算與分析初始條件:系統(tǒng)接線如以下圖，線路f處發(fā)生金屆性B、C相接地短路。已知各元件參數(shù)為:發(fā)電機G:Sn=60MVA,V=10.5KV,X=0.2,X2=0.25,E=11KM變壓器T-1:Sn=60MVA,Vs=10.5,Kti=10.5/115kV;變壓器T-2:Sn=60MVA,Vs=10.5,Kt2=115/10.5kV;線路L:長L=90km,Xi=0.4Q/km,X01；負荷LD:SLd=40MVAX1=1.2,X2=0.35。T1L/簞X*K10+w要求完成的主要任務：選取基準功率Sb=60MVA,基準電壓為平均額定電壓，要求:1制定正、負、零序網(wǎng)，計算

2、網(wǎng)絡各兀件序參數(shù)標幺值。2計算各序組合電抗及電源組合電勢并繪制復合序網(wǎng)。3計算短路點的入地電流有名值和A相電壓有名值。4計算短路時發(fā)電機側(cè)線路流過的各相電流有名值。時間安排：指導教師簽名：年月日系主任或責任教師簽名：年月目錄摘要I.1設(shè)計內(nèi)容1初始條件1.設(shè)計要求1.設(shè)計分析1.2電力系統(tǒng)短路及其計算的基本概念3短路原因及后果.3.短路的類型3.短路計算的目的4.3電力系統(tǒng)元件的序阻抗和等值電路5對稱分量法的應用.5.序阻抗5.序阻抗的基本概念5.同步發(fā)電機的序阻抗6.輸電線路的序阻抗6.變壓器的序阻抗Z.綜合負荷的序阻抗7.各序網(wǎng)路的等值電路8.4兩相短路接地故障的分析與計算9正序等效定則9

3、.兩相短路接地9.5計算和分析11制定正、負、零序網(wǎng)絡，計算網(wǎng)絡各兀件序參數(shù)標幺值11計算各序組合電抗及電源組合電勢并繪制復合序網(wǎng)12計算短路點的入地電流有名值和A相電壓有名值14計算短路時發(fā)電機側(cè)線路流過的各相電流有名值錯誤!未定義書簽。6總結(jié)與心得錯誤!未定義書簽。7參考文獻錯誤!未定義書簽。摘要電力系統(tǒng)規(guī)模日益龐大，結(jié)構(gòu)日趨復雜。在日常運行過程中時常會發(fā)生故障.并且以不對稱短路故障居多。因此不對稱短路故障分析與計算對于電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行具有非常重要的意義。本次課程設(shè)計，針對不對稱短路故障中的兩相短路接地故障，運用對稱分量法和正序等效定則，作出各序等值網(wǎng)絡和復合序網(wǎng)絡，計算和分析發(fā)生故障

4、后的短路電流、電力系統(tǒng)其他部分的電流、電壓的分布情況。關(guān)鍵詞：兩相短路接地短路電流序網(wǎng)絡對稱分量法正序等效定則電力系統(tǒng)不對稱短路計算與分析1設(shè)計內(nèi)容初始條件系統(tǒng)接線如圖1-1,線路f處發(fā)生金屆性B、C相接地短路。已知各元件參數(shù)為：發(fā)電機G:Sn=60MVA,Vn,Xd=0.2,X,E=11KV變壓器T-1:Sn=60MVA,Vs，KTi/115kV;變壓器T-2:Sn=60MVA,Vs，Kt2;線路L:長L=90km,X1/km,X01;負荷LD:Sld=40MVA,Xi,X2。圖1-1系統(tǒng)接線圖設(shè)計要求選取基準功率Sb=60MVA,基準電壓為平均額定電壓，要求：1制定正、負、零序網(wǎng)，計算網(wǎng)絡

5、各兀件序參數(shù)標幺值。2計算各序組合電抗及電源組合電勢并繪制復合序網(wǎng)。3計算短路點的入地電流有名值和A相電壓有名值。4計算短路時發(fā)電機側(cè)線路流過的各相電流有名值。設(shè)計分析1首先選定基準功率?=60?=禍?將電力系統(tǒng)中的各個元件的參數(shù)都轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一基準值下的標幺值參數(shù)。應當注意，發(fā)電機、輸電線路和綜合負載的正序、負序的阻抗值不同，而變壓器的正序、負序和零序的阻抗值都相同。2然后依次做出正序、負序和零序的序網(wǎng)絡。發(fā)電機只產(chǎn)生正序電流，因此只在正序網(wǎng)絡中存在電源點？?而在負序和零序中都不存在；正序和負序網(wǎng)絡中，應該包含所有元件的相應序阻抗，除了中性點接地阻抗、空載線路以及空載變壓器1。零序網(wǎng)絡中，變壓器

6、只有中性點接地的星形接法繞組才能與外電路接通；在三角形接法的繞組中，繞組的零序電勢雖然不能作用到外電路去，但能在三相繞組中形成零序環(huán)流，因此，在等值電路中三角形繞組端點接零序等值中性點等值中性點與地同電位時則相當丁接地。3等值序網(wǎng)絡作出后，可以根據(jù)Y-D變換、阻抗的申并聯(lián)、戴維南定律等方法，將復雜的序網(wǎng)絡變換成簡單的二端口網(wǎng)絡，便可得到各序阻抗和等值電勢？?再將簡化后的三序網(wǎng)絡按照兩相短路接地的并聯(lián)順序連接成復合序網(wǎng)絡。4根據(jù)正序等效定則，算出附加電抗？?1,1）和比例系數(shù)？W，1）。利用公式便可以計算得到A相正序電流？?（1再計算可以計算得到短路點的入地電流和A相的電壓值和發(fā)電機側(cè)的各相電流

7、值。2電力系統(tǒng)短路及其計算的基本概念短路原因及后果短路是電力系統(tǒng)的嚴重故障。所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或相與地發(fā)生通路的情況。電力系統(tǒng)短路的原因有很多，主要有：電氣設(shè)備載流部分絕緣損壞；操作人員違反安全操作規(guī)程而發(fā)生誤操作；鳥獸跨越在裸露的相線之間或相線與接地物體之間，或咬壞設(shè)備、導線絕緣。隨著短路類型、發(fā)生地點和持續(xù)時間的不同，短路的后果可能只破壞局部地區(qū)的正常供電，也可能威脅整個系統(tǒng)的安全運行。短路的危害主要有以下幾方面：1短路時會產(chǎn)生很大電動力和很高溫度，使短路電路中元件受到損壞和破壞，甚至引發(fā)火災事故。2短路時，電路的電壓驟降，將嚴重影響電氣設(shè)備的正常運行。3短路時保護裝置動

8、作，將故障電路切除，從而造成停電，而且短路點越靠近電源，停電范圍越大，造成的損失也越大。4嚴重的短路要影響電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，可使并列運行的發(fā)電機組失去同步，造成系統(tǒng)解列。5不對稱短路將產(chǎn)生較強的不平衡交變電磁場，對附近的通信線路、電子設(shè)備等產(chǎn)生電磁干擾，影響其正常運行，甚至發(fā)生誤動作。短路的類型在三相系統(tǒng)中，有可能發(fā)生的短路可以分為兩大類型：對稱短路和不對稱短路。其中，三相短路屆丁對稱短路；單相接地短路、兩相短路和兩相短路接地屆丁不對稱短路2。各個短路類型的示意圖如圖2-1所示。圖2-1(a)三相短路圖2-1(b)單相接地短路圖2-1(c)兩相短路圖2-1(d)兩相短路接地短路計算的目的短

9、路是電力系統(tǒng)最常見、并且對電力系統(tǒng)運行產(chǎn)生嚴重影響的故障。在發(fā)電廠和變電所電氣設(shè)計中，短路電流計算是其中的一個重要環(huán)節(jié)。其計算的目的的主要有以下幾個方面：(1) 在選擇電氣主接線時，為了比較各種接線方案，或確定某一接線是否需要采用限制短路電流的措施，均需進行必要的短路電流計算。(2) 在選擇電氣設(shè)備時，為了保證設(shè)備在正常運行和故障狀況下都能安全、可靠的工作同時乂力求節(jié)約資金，這就需要按短路情況進行全面校驗。(3) 在設(shè)計屋外高壓配電裝置時，需按短路條件校驗軟導線相問和相對地安全距離。(4) 在選擇繼電保護方式和進行整定計算，需以各種短路時的短路電流為依據(jù)。接地裝置的設(shè)計，也需用短路電流3電力系

10、統(tǒng)元件的序阻抗和等值電路對稱分量法的應用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，一組不對稱的三相量可以分解為正序、負序和零序三相對稱的三相量3。在三相電路中，對丁任意一組不對稱的三相相量，可以分解為三組對稱的相量，一般選擇A相作為基準相時，三相量與對稱分量之間的關(guān)系為：?(1)1?戮(2)=§1?洌式中的？?(1)、？?(2)、？?(0)分別叫做A相的正序、負序和零序電流。并且B、C相各序的電流值有如下的關(guān)系：?(1)=?(1);?(1)=?(?)?(2)=?(2)；?(2)=?(2)?(0)=?(0)=?(0)根據(jù)以上的式子，可以作出三相量的三組對稱分量，如圖3-1所

11、示。Ia(1)IbIbIcIaIC(2)Ia(0)Ib(0)IC(0)圖3-1三相量的對稱分量序阻抗所謂元件的序阻抗，是指元件三相參數(shù)對稱時，元件兩端某一序的電壓降與通過該元件同一序電流的比值，即?(?)=?(1)?1)?(?)=?(2)?2)?(?)=?(0)?0)其中?)、?(?)、?(0)分別稱為該元件正序、負序和零序阻抗。電力系統(tǒng)中，各序阻抗可能相同，如變壓器等；也可能不盡相同，如輸電線路和負載等，具體應該視具體情況而*7£o同步發(fā)電機的序阻抗同步發(fā)電機在對稱運行時，只有正序電勢和正序電流，這時的電機參數(shù)都是正序參數(shù)，如？務、？務、？、？2、？?都是同步發(fā)電機的正序電抗。然而

12、因為當系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路時，包括發(fā)電機在內(nèi)的網(wǎng)絡中出現(xiàn)的電磁現(xiàn)象是相當復雜的，因此，同步發(fā)電機的負序和零序參數(shù)的分析變得非常復雜4。在短路的實用計算中，同步發(fā)電機的負序電抗可以認為與短路的種類無關(guān)，有阻尼繞組的同步發(fā)電機的負序阻抗??？拚日？的算數(shù)平均值，即i_一？(？)=2(？+？物對丁無阻尼繞組同步發(fā)電機，常取？拚日？如勺幾何平均值，即？(2)=53料而零序電抗的變化范圍大約為？G)=(0.150.6)？。當沒有確切數(shù)值時，可以取表3-1中的典型值。表3-1同步發(fā)電機負序和零序電抗的典型值水輪機同步調(diào)相機大電機類型汽輪機型同步發(fā)電機無阻尼有阻尼？(2)？(0)輸電線路的正、負序阻抗及等值電路

13、完全相同。因為某一條輸電線路的固有參數(shù)是不變的，因此一般情況下可以根據(jù)輸電線的長度、單位長度線路的電阻和電抗的大小可以得到正、負序阻抗。而輸電線路的零序阻抗因架設(shè)的方式改變而改變，當輸電線路通過零序電流時，由丁三相零序電流大小相等、相位相同，因此必須借助大地及架空地線來構(gòu)成零序電流的通路，這樣導致架空線路零序阻抗與電流在地中的分布有關(guān)，準確計算零序阻抗非常的困難。在計算精度要求不是特別嚴格的短路電流實用計算中，近似地可以用用以下計算輸電線路每回路的等值等效零序電抗。無架空地線的單回線路：？宙)=3.5？)有鋼質(zhì)架空地線的單回線路：？而=3?(?)有良導體架空地線的單回線路：?)=2?)無架空地

14、線的雙回線路：?)=5.5?)有鋼質(zhì)架空地線的雙回線路：?0)=4.7?)變壓器中參數(shù)不僅同變壓器的結(jié)構(gòu)有關(guān)，有的參數(shù)也同所通電流的序別有關(guān)。變壓器的正序、負序和零序等值電路具有相同的形狀，并且他們的等值電阻也是相等的。變壓器的零序等值電路如圖3-2所示。-Y¥.jxIjjxnjXm(0)圖3-2變壓器零序等值電路變壓器的零序等值電路與外電路是否相連，取決丁變壓器繞組的接法，分以下三種情況：1變壓器只有中性點接地的星形接法繞組才能與外電路接通；并且對丁中性點有接地阻抗的，應該將3倍的接地阻抗申聯(lián)接在線路中；2變壓器是星形接法的，應該將變壓器與外電路斷開，因為這種情況下它不能將零序電勢

15、施加到外電路上去并提供零序電流的通路,等值電路中該繞組斷點與外電路斷開。3變壓器的三角形接法繞組中，繞組的零序電勢雖然不能作用到外電路中去，但是能在三相繞組中形成零序環(huán)流。因此在等值電路中該側(cè)繞組端點接零序等值中性點，假設(shè)等值中性點與地同電位時則相當丁接地。電力系統(tǒng)負荷主要是工業(yè)負荷，大多數(shù)工業(yè)負荷是異步電動機。在實際計算中，對丁不同的網(wǎng)絡，對綜合負荷有不同的計算方法5。在對精度要求不高情況下，實用計算中,負荷的正序阻抗通常取典型值?(i)R1.2而忽略繞組電阻和激磁電抗可得綜合負荷的負序阻抗近似等丁次暫態(tài)電抗?R0.35因為異步電動機及多數(shù)負荷常常接成三角形，或者接成不接地的星形，零序電流不

16、能流通，因此，負荷一般不建立零序等值電路。各序網(wǎng)路的等值電路當系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路時，對故障點用對稱分量法，將不對稱分量分解為正、負和零序的電路。通過網(wǎng)絡簡化，可以得到各序的電壓方程式?!)=?1)0-?勿)=?(2)0-?為)=?新?(0)根據(jù)序網(wǎng)方程，各序的一相等值網(wǎng)絡如圖3-3。圖3-3正序a、負序b和零序c等值網(wǎng)絡4兩相短路接地故障的分析與計算正序等效定則在簡單不對稱短路的情況下，短路點電流的正序分量，與在短路點每一相中加入附加阻抗？?)而發(fā)生三相短路時的電流相等，這成為正序等效定則6。對丁三種簡單不對稱短路時短路電流正序分量，可以統(tǒng)一寫成問)出?)_?(1廣Zi?)?(i)+?短路點故

17、障處的短路電流與它的正序分量絕對值成正比D(?)_Q?)？?一？?？(1)計算短路電流要先求出各序電抗值？?(1)?(日？?(0)再根據(jù)具體的短路類型計算附加電抗？?)和比例系數(shù)？7?)。各種簡單短路時的？?)和？?)如表4-1所示表4-1簡單短路時的？?)和?(?)短路類型?)?)三相短路？學)01單相接地短路？)?務?(2)+?(0)3兩相短路？劍?務?(2)提兩相短路接地2?1)?(2?(0)?務?(2)+?(0)K,?務?2)?務?)-2(?2)+?)兩相短路接地兩相短路接地時故障處的情況如圖4-1。IfbIfcfa=0故障處的三個邊界條件為?尸0,?=?=0用序量表示的邊界條件為?(

18、1)+?(2)+?(0)=0?(1)=?(2)=?(0)根據(jù)以上邊界條件組成的兩相短路接地的復合序網(wǎng)絡，可得:(1)?+?(2/?(0)?務?(0)耕?=-?(2)+?(0筍?如?o斜?/-?(2)+?如?(0)?"ccccCC?(2?(0)CC?0)=?(2)=?(0)=?(1)?(2)+?(0)根據(jù)上式及正序等效定則，故障相電流的絕對值為烈)=*-?E"2."(?2)+?新?)5計算和分析5.1制定正、負、零序網(wǎng)絡，計算網(wǎng)絡各元件序參數(shù)標幺值選定基準值？務=60MV.A,?=?根據(jù)初始條件，計算各元件的參數(shù)標幺值。發(fā)電機G:?(1)=?.燈=0.2X亦=

19、76;.2?60?=?.?=0.25X60=0.25(2)2?60?11?=1.05?10.5變壓器T1:?%?10.560?1.X=0.105100?10060變壓器T1:?%?10.560?2.?X0.105?2100?10060線路L:C?C?(2)cX0.4X900.1093"(1)3,(2)311522_3?(。)=3.5X0.1090.381°?齊(2)oX0.4X90X=0.0543331151-?(0)3.5X0.0540.193負荷L-D:?？.蕓1.2X1.8()?40?.?0.35X600.525一.(2)2?40根據(jù)以上求得的元件參數(shù)標幺值，制定正序圖5-1、負序圖5-2和零序圖5-3XG（1）Xt1-弋>_0.20.105.¥<r.0.109fvr一0.054fY0.105wN¥1.8I+.Eeq('1.05-2/3Xl1/3XlXT2XlD(1)圖5-1正序網(wǎng)絡圖5-2負序網(wǎng)絡Vf（0）5.2計算各序組合電抗及電源組合電勢并繪制復合序網(wǎng)1根據(jù)正序網(wǎng)絡，可以求得