電力系統(tǒng)三相短路電流的計(jì)算

...wd......wd......wd...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(dòng)化____________班級(jí)：1203班________________________姓名：張將________________________學(xué)號(hào)：1310240006__________________目錄TOC\o"1-3"\h\u28935摘要117757課題221113第一章.短路的概述2172771.1發(fā)生短路的原因2172451.2發(fā)生短路的類型2141171.3短路計(jì)算的目的3320051.4短路的后果35485第二章.給定電力系統(tǒng)進(jìn)展三相短路電流的計(jì)算4258682.1收集電力系統(tǒng)的原始參數(shù)4263352.2制定等值網(wǎng)絡(luò)及參數(shù)計(jì)算476202.2.1標(biāo)幺值的概念4227002.2.2計(jì)算各元件的電抗標(biāo)幺值528442.2.3系統(tǒng)的等值網(wǎng)絡(luò)圖51153第三章.故障點(diǎn)短路電流計(jì)算630625第四章.電力系統(tǒng)不對(duì)稱短路電流計(jì)算930784.1對(duì)稱分量法988324.2各序網(wǎng)絡(luò)的定制10197844.2.1同步發(fā)電機(jī)的各序電抗1017244.2.2變壓器的各序電抗10244894.3不對(duì)稱短路的分析12278934.3.1不對(duì)稱短路三種情況的分析12176694.3.2正序等效定則149324心得體會(huì)1522818參考文獻(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(guò)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(jiàn)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)打下必要的根基。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(shì)時(shí)，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(duì)系統(tǒng)元件模型和標(biāo)幺參數(shù)計(jì)算作簡(jiǎn)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(jí)系統(tǒng)簡(jiǎn)化為直流系統(tǒng)來(lái)求解。在電力系統(tǒng)中，短路是最常見(jiàn)而且對(duì)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)接線圖如以下列圖，其中G為發(fā)電機(jī)，M為電動(dòng)機(jī)，負(fù)載(6)為由各種電動(dòng)機(jī)組合而成的綜合負(fù)荷，設(shè)在電動(dòng)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(jiàn)的有：〔1〕元件的絕緣自然老化開展成短路;〔2〕因雷擊或過(guò)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)生短路的類型電力系統(tǒng)中，發(fā)生短路故障的類型具體可分為以下：三相接地故障，用表示；單相接地故障，用表示；兩相短接故障，用表示；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(duì)稱短路｝兩相短路｛不對(duì)稱短路｝單相接地短路｛不對(duì)稱短路｝兩相接地短路｛不對(duì)稱短路｝在這些故障中，三相短路故障雖然很少發(fā)生，但情況比擬嚴(yán)重，且三相短路時(shí)電力系統(tǒng)仍是三相對(duì)稱的，稱為對(duì)稱故障，分析比擬容易，因此對(duì)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：選擇有足夠電動(dòng)力穩(wěn)定和熱穩(wěn)定性的電氣設(shè)備；合理的配置繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置，并正確整定其參數(shù)；選擇最正確的主接線方案；進(jìn)展電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)態(tài)的計(jì)算；確定電力線路對(duì)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(shí)可能產(chǎn)生以下后果：〔1〕通過(guò)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?！?〕短路電流通過(guò)非故障設(shè)備時(shí)，由于發(fā)熱和電動(dòng)力作用，引起它們使用壽命縮短甚至嚴(yán)重?fù)p壞?！?〕電力系統(tǒng)中局部地區(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?！?〕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(wú)法繼續(xù)正常運(yùn)行。所以，有必要對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)展短路計(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)展繼電保護(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(duì)通信線路的影響等。第二章.給定電力系統(tǒng)進(jìn)展三相短路電流的計(jì)算2.1收集電力系統(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(dòng)勢(shì)E〞=1.08。電動(dòng)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Ｔ3：變壓器額定容量20MVA,電壓110/11KVL1線路，60km,X1=0.4Ω/km、L2線路，20km

、

L3線路,7km2.2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(duì)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(gè)基準(zhǔn)值，這個(gè)基準(zhǔn)值用下標(biāo)B表示。則某個(gè)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(shí)加上說(shuō)明用標(biāo)幺值表示后，可以略去下標(biāo)*?？梢?jiàn)標(biāo)么值是一個(gè)無(wú)單位的比值，而且，對(duì)同一個(gè)實(shí)際值，當(dāng)所算的基值不同時(shí)其標(biāo)幺值也不同。標(biāo)么值的符號(hào)為各量符號(hào)加下角碼“*〞標(biāo)幺值是一個(gè)沒(méi)有量綱的數(shù)值，對(duì)于同一個(gè)有名值，基準(zhǔn)值選的不同，其標(biāo)幺值也就不同，因此，說(shuō)明一個(gè)量的標(biāo)幺值時(shí)，一定要同時(shí)說(shuō)明它的基準(zhǔn)值，否則，標(biāo)幺值沒(méi)意義。電力系統(tǒng)使用標(biāo)幺值進(jìn)展計(jì)算和標(biāo)注，主要是因?yàn)樗哂羞@樣一些優(yōu)點(diǎn)：易于比擬電力系統(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。能夠簡(jiǎn)化計(jì)算公式，交流電路中，用標(biāo)幺值計(jì)算時(shí)通過(guò)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)算公式一樣。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(dòng)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(hào)，分母為電抗的標(biāo)幺值，電動(dòng)勢(shì)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€(gè)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(gè)電壓源，其電動(dòng)勢(shì)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(jiǎn)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(duì)稱短路電流計(jì)算4.1對(duì)稱分量法任何一個(gè)三相不對(duì)稱的系統(tǒng)都可分解成三相對(duì)稱的三個(gè)分量系統(tǒng)，即正序、負(fù)序和零序分量系統(tǒng)。對(duì)于每一個(gè)相序分量來(lái)說(shuō)，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(duì)稱短路計(jì)算問(wèn)題轉(zhuǎn)化成各個(gè)相序下的對(duì)稱電路的計(jì)算問(wèn)題。對(duì)稱分量法是分析不對(duì)稱故障的常用方法，根據(jù)對(duì)稱分量法，任意一組不對(duì)稱的三個(gè)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(gè)〕相量。正序分量是指三個(gè)相量模一樣，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(shí)只有正序分量。負(fù)序分量是指三個(gè)相量模一樣。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(gè)相量模一樣，且相位角也相等，零序分量一般加下標(biāo)0表示?！?〕圖中相量幅值相等，相位彼此互差，且a超前b，b超前c，稱為正序分量；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；圖中相量幅值和相位均一樣，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(duì)稱運(yùn)行時(shí)，只有正序電勢(shì)和正序電流。此時(shí)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(guò)負(fù)序基頻電流時(shí)，它產(chǎn)生的負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與正序基頻電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向正好相反。因此，負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同轉(zhuǎn)子之間有兩倍同步旋轉(zhuǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。正序電抗取決于定子負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)所遇到的磁阻，由于轉(zhuǎn)子縱橫間不對(duì)稱，隨著負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同轉(zhuǎn)子間的相對(duì)位置的不同，負(fù)序磁場(chǎng)所遇到的磁阻也不同，負(fù)序電抗也就不同。發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)，由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子縱橫軸間的不對(duì)稱，定、轉(zhuǎn)子繞組無(wú)論是在穩(wěn)態(tài)還是在暫態(tài)過(guò)程中，都將出現(xiàn)一系列的高次諧波電流，這就使對(duì)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(shí)發(fā)電機(jī)的負(fù)序阻抗。當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組通過(guò)基頻零序電流時(shí)，由于各相電樞磁勢(shì)大小相等，相位一樣，且在空間相差120度電角度。它們?cè)谙到y(tǒng)中的合成磁動(dòng)勢(shì)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，其差異與繞組形式有關(guān)。4.2.2變壓器的各序電抗變壓器的等值電路表征了一相原、副方繞組間的電磁關(guān)系。以下列圖反映了不計(jì)繞組電阻和鐵芯損耗時(shí)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)不僅同變壓器的構(gòu)造有關(guān)，有的參數(shù)也同所通過(guò)電流的序別有關(guān)。變壓器各繞組的電阻，與通過(guò)的序別無(wú)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(wú)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(lì)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(shí)，主磁通的路徑與正序電流時(shí)完全一樣，所以變壓器正序，負(fù)序和零序等值電路及參數(shù)是完全一樣的。對(duì)于由三個(gè)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(duì)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(shí)可以當(dāng)做，忽略勵(lì)磁電流，把勵(lì)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(shí)，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?！?〕當(dāng)變壓器繞組只有零序電勢(shì)時(shí)，如果它能將零序電勢(shì)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?！?〕在三角形接法的繞組中，繞組的零序電勢(shì)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(lì)磁支路并聯(lián)，不管何種鐵芯構(gòu)造的變壓器，一般勵(lì)磁電抗總比漏抗大得多，一般近似取。小結(jié)對(duì)稱分量法是分析電力系統(tǒng)不對(duì)稱故障的實(shí)用方法靜止元件的正序電抗和負(fù)序電抗相等。對(duì)于旋轉(zhuǎn)設(shè)備，各序電流會(huì)引起不同的電磁過(guò)程，三序阻抗不相等。變壓器零序電抗的大小，則決定于變壓器三相繞組的結(jié)線方式和變壓器的鐵芯構(gòu)造。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)。制訂序網(wǎng)時(shí)，某序網(wǎng)應(yīng)該包含該序電流通過(guò)的所有元件，負(fù)序網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造與正序網(wǎng)絡(luò)一樣，但是為無(wú)源網(wǎng)絡(luò)。制訂零序網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)從故障點(diǎn)開場(chǎng)，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(wú)源網(wǎng)絡(luò)。4.3不對(duì)稱短路的分析4.3.1不對(duì)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(duì)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〕兩相短路故障處的邊界條件為：，用對(duì)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(jiǎn)單不對(duì)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)的每一相中參加附加阻抗而發(fā)生三相短路時(shí)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(huì)通過(guò)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(guò)的相關(guān)知識(shí)，讓我對(duì)課本上的知識(shí)有了更深層次的理解與認(rèn)識(shí)，同時(shí)也對(duì)電力系統(tǒng)三相短路電流的計(jì)算更加熟練，加深了我對(duì)電力系統(tǒng)的了解和認(rèn)識(shí)，特別是對(duì)電力系統(tǒng)的短路電流的計(jì)算，加深穩(wěn)固了短路電流計(jì)算的能力。同時(shí)，在這次的課程設(shè)計(jì)中，也更加熟練了電腦上的一些根本操作如：autoCAD、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教師溝通、交流，最后將問(wèn)題一一解決。在這次的課程設(shè)計(jì)中，讓我感覺(jué)到理論知識(shí)在工程