电分代俊杰

银川能源学院课程设计课程名称：电力系统分析设计题目：三相短路故障分析与计算设计学院：电力学院专业：电气工程及其自动化班级：电气(本)1303班姓名：代俊杰学号：1310240087成绩：指导教师：李莉、李静日期：2015年12月21日—2015年1月2日1目录摘要………………………………………………………………………2一短路分析……………………………………………………………3二给定电力系统进行三相短路故障分析与计算………………………52.1电力系统简单结构图………………………………………………………52.2收集已知电力系统的原始参数……………………………………52.3参数数据……………………………………………………………………62.4标幺值得概念……………………………………………………………72.5计算各元件的电抗标幺值…………………………………………………82.5.1.发电机电抗标幺值…………………………………………………82.5.2.负载电抗标幺值……………………………………………………82.5.3变压器电抗标幺值…………………………………………………82.5.4.线路电抗标幺值……………………………………………………92.5.5.电动机电抗标幺值…………………………………………………10三化简等值电路………………………………………………………11四求出短路点的次暂态电流…………………………………………13五求出短路点冲击电流和短路功率…………………………………13六总结与体会………………………………………………………15致谢…………………………………………………………………………16参考文献……………………………………………………………………17课程设计考核表……………………………………………………………182摘要电力系统发生三相短路故障造成的危害性是最大的。作为电力系统三大计算之一，分析与计算三相短路故障的参数更为重要。设计是通过两种不同的方法进行分析与计算三相短路故障的各参数，进一步提高短路故障分析与计算的精度和速度，为电力系统的规划设计、安全运行、设备选择、继电保护等提供重要依据。3一短路分析1.1短路的含义及类别在电力系统的设计和运行中不仅要考虑正常工作状态而且还必须考虑到发生故障时所造成的不正常工作状态。实际运行表明破坏供电系统正常运行的故障多数为各种短路故障。电力系统的短路就是在回路中因为电阻降低而引起电流异常增大的一种现象电力系统在运行中相与相之间或相与地或中性线之间发生非正常连接即短路时而流过非常大的电流。1.最常见的短路类型：单相短路、对称短路三相短路、非对称短路其余三种短路类型。2.断线故障非全相运行、纵向故障一相断线、二相断线。3.不对称故障非对称短路、断线故障4.简单、复杂故障简单故障指系统中仅有一处短路或断线故障复杂故障指系统中不同地点同时发生不对称故障。短路分为很多种情况，有单相接地短路，两相短路，两相短路接地，三相短路等。相线俗称火线，三相就是三个火线，他们电相线俗称火线。三相就是三个火线，他们电压相等，频率相当，但是相序（时间）不同。1)单相接地短路是指三相交流供电系统中一根相线与大地成等电位状态了也就是该相线的电位与大地的电位相等都是“零”。2)两相短路任意两相导线直接金属性连接或经过小阻抗连接在一起。3)两相短路接地是指三相交流供电系统中两根相线与大地成等电位状态了4)三相短路三相短路分三种1.单相接地短路2.两相之间短路3.三相全部短路。此外研究短路现象还要和电力系统的接线方式有关如变压器中性点直接接地中性点非直接接地等等。针对不同短路不同的接线方式短路发生时有不同的现象。如果是中性点非直接接地的电力系统那么单相短路接地故障时仍然可以运行一段时间因为此时线电压是不变的但是故障相的对低电压变为零非故障相的对低电压变为原来的根号3倍这时候如果绝缘做的不好容易使故障扩大。如果是中性点直接接地那么就不行在继续运行了系统会产生比较大的零序流线电压也发生了变化。41.2短路产生的原因及危害产生短路的主要原因是供电系统中的绝缘被破坏。在绝大多数情况下绝缘的破坏是由于未及时发现和消除设备中的缺陷以及设计、安装和维护不当所造成的。例如过电压、直接雷击、绝缘材料的老化、绝缘配合不当和机械损坏等运行人员错误操作如带负荷断开隔离开关或检修后未撤接地线就合断路器等设备长期过负荷使绝缘加速老化或破坏小电流系统中一相接地未能及时消除故障在含有损坏绝缘的气体或固体物质地区。未考虑电气间隙与爬电距离(应符合GB)等。此外在电力系统中的某些事故也可能直接导致短路如电杆倒塌、导线断线等或动物、飞禽跨越导体时也会造成短路。短路电流越大持续时间越长对故障设备的破坏程度越大。短路电流所产生的电动力能形成很大的破坏力如果导体和它们的支架不够坚固可能遭到难以修复的破坏这样大的短路电流即使通过的时间很短也会使设备和导体引起不能允许的发热从而损坏绝缘甚至使金属部分退火、变形或烧坏。短路时由于很大的短路电流流经过网路阻抗必将使网路产生很大的电压损失。如为金属性短路短路点电压为零短路点以上各处的电压也要相应降低很多一旦电压低于额定电压40以上时就会使供电受到严重影响或被迫中断若在发电厂附近发生短路还可能使全电力系统运行解列引起严重后果。接地短路时接地相出现的短路电流为不平衡电流该电流所产生的磁通将对邻近平行的通讯线路感应出附加电势干扰通讯严重时将危及通讯设备和人身的安全。为了限制发生短路时所造成的危害和故障范围的扩大需要在供电系统中加装保护以便在故障发生时自动而快速地切断故障部分以保障系统安全正常运行。这就需要我们准确的计算短路电流的大小。1.3短路故障短路故障是电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地或中性线之间的连接。发生短路故障时电力系统从正常的稳定状态过渡到短路的稳定状态一般需35秒。在这一暂态过程中短路电流的变化很复杂。它有多种分量其计算需采用电子计算机。在短路后约半个周波0.01秒时将出现短路电流的最大瞬时值称为冲击电流。它会产生很大的电动力其大小可用来校验电工设备在发生短路时机械应力的动稳定性。短路电流的分析、计算是电力系统分析的重要内容之一。它为电力系统的规划设计和运行中选择电工设备、整定继电保护、分析事故提供了有效手段。5二给定电力系统进行三相短路故障分析与计算2.1电力系统简单结构图MT1T2T2G2G2G16kV2000kWcos0.86N起动系数为6.5用电负载（电动机）(3)KLGJ-185100km100kmLGJ-15025MWcos0.8Ncos0.85N''0.13dX火电厂110MW100kmLGJ-120110kV负载图1电力系统简单结构图''0.264dX86jMVAT32.2收集已知电力系统的原始参数如图1所示的系统中K（3）点发生三相短路故障，分析与计算产生最大可能的故障电流和功率。（1）发电机参数如下：发电机G1：额定的有功功率110MW，额定电压NU=10.5kV；次暂态电抗标幺值''dX=0.264，功率因数Ncos=0.85。发电机G2：火电厂共两台机组，每台机组参数为额定的有功功率25MW；额定电压UN=10.5kV；次暂态电抗标幺值''dX=0.130；额定功率因数Ncos=0.80。（2）变压器铭牌参数由参考文献《新编工厂电气设备手册》中查得。变压器T1：型号SF7-10/110-59-16.5-10.5-1.0，变压器额定容量10MV·A，一次电压110kV，短路损耗59kW，空载损耗16.5kW，阻抗电压百分值UK%=10.5，空载6电流百分值I0%=1.0。变压器T2：型号SFL7-31.5/110-148-38.5-10.5-0.8，变压器额定容量31.5MV·A，一次电压110kV，短路损耗148kW，空载损耗38.5kW，阻抗电压百分值UK%=10.5，空载电流百分值I0%=0.8。变压器T3：型号SFL7-16/110-86-23.5-10.5-0.9，变压器额定容量16MV·A，一次电压110kV，短路损耗86kW，空载损耗23.5kW，阻抗电压百分值UK%=10.5，空载电流百分值I0%=0.9。（3）线路参数由参考文献《新编工厂电气设备手册》中查得。线路1：钢芯铝绞线LGJ-120，截面积120㎜2，长度为100㎞，每条线路单位长度的正序电抗X0（1）=0.408Ω／㎞；每条线路单位长度的对地电容b0(1)=2.79×10﹣6S／㎞。对下标的说明X0(1)=X单位长度（正序）；X0（2）=X单位长度（负序）。线路2：钢芯铝绞线LGJ-150，截面积150㎜2，长度为100㎞，每条线路单位长度的正序电抗X0（1）=0.401Ω／㎞；每条线路单位长度的对地电容b0(1)=2.85×10﹣6S／㎞。线路3：钢芯铝绞线LGJ-185，截面积185㎜2，长度为100㎞，每条线路单位长度的正序电抗X0（1）=0.394Ω／㎞；每条线路单位长度的对地电容b0(1)=2.90×10﹣6S／㎞。（4）负载L：容量为8＋j6（MV·A），负载的电抗标幺值为*LX**22*LLQSU；电动机为2MW，起动系数为6.5，额定功率因数为0.86。2.3参数数据设基准容量SB=100MV·A；基准电压UB=UavkV。（1）SB的选取是为了计算元件参数标幺值计算方便，取SB-100MV·A，可任意设值但必须唯一值进行分析与计算。（2）UB的选取是根据所设计的题目可知系统电压有110kV、6kV、10kV，而平均额定电压分别为115、6.3、10.5kV。平均电压Uav与线路额定电压相差5%的原则，故取UB=Uav。（3）''I为次暂态短路电流有效值，短路电流周期分量的时间t等于初值（零）时7的有效值。满足产生最大短路电流的三个条件下的最大次暂态短路电流作为计算依据。（4）Mi为冲击电流，即为短路电流的最大瞬时值（满足产生最大短路电流的三个条件及时间Kt=0.01s）。一般取冲击电流Mi=2×MK×''I=2.55''I。（5）MK为短路电流冲击系数，主要取决于电路衰减时间常数和短路故障的时刻。其范围为1≤MK≤2，高压网络一般冲击系数MK=1.8。2.4标幺值得概念标幺值，英文为perunit，简写为pu，一些科学软件中通常写作p.u.。中文有时也写作“标么值”，其中的“么”的读音是yāo，不是me也不是mó。标幺值是相对于某一基准值而言的，同一有名值，当基准值选取不同时，其标幺值也不同。它们的关系如下：标幺值=有名值/基准值。比如在短路电流计算中，选定一个基准容量(Sjz)和基准电压(Ujz)，将短路计算中各个参数都转化为和该参数的基准量的比值(相对于基准量的比值)，称为标幺值。标幺值=实际值/基准值。各物理量基准值的选择必须和其实际值具有相同的量纲，常用下标注B表示基准值，下标注*表示标幺值。假设功率的实际值为S，基准值为SB，则其标幺值为S*=S/SB.实际值为38.5kV的电压，当选取35kV为基准值时，其标幺值为1.1，当选取110kV为基准值时，其标幺值为0.35。1）三相电路的计算公式与单相电路的计算公式完全相同，线电压的标幺值与相电压的标幺值相等，三相功率的标幺值和单相功率的标幺值相等；2）只需确定各电压等级的基准值，而后直接在各自的基准值下计算标幺值，不需要进行参数和计算结果的折算；3)对于低压系统，功率的标幺值远小于1；84）用标幺值后，电力系统的元件参数比较接近，易于进行计算和对结果的分析比较；5）可以省去公式中的比例系数，使计算简化。2.5计算各元件的电抗标幺值2.5.1发电机电抗标幺值NBGGPS100%XXNcos公式①式中%XG——发电机电抗百分数，由发电机铭牌参数的%X100XGd；BS——已设定的基准容量（基值功率），AMV；NP——发电机的额定有功功率，MWNcos——发电机额定有功功率因数。发电机电抗标幺值由公式①得10.264100X==0.204110/0.85;20.13100X==