27电力系统两相接地短路计算与仿真(4)(1)

I辽宁工业大学《电力系统计算》课程设计（论文）题目：电力系统两相接地短路计算与仿真（4）院（系）：电气工程学院专业班级：电气091学号：090303027学生姓名：霍怀鉴指导教师：教师职称：起止时间：12-07-02至12-07-13本科生课程设计（论文）II课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：电气工程及其自动化课程设计（论文）任务原始资料：系统如图各元件参数如下（各序参数相同）：G1、G2：SN=35MVA，VN=10.5kV，X=0.45；T1:SN=31.5MVA，Vs%=10，k=10.5/121kV,△Ps=180kW,△Po=30kW,Io%=0.8；YN/d-11T2:SN=31.5MVA，Vs%=10，k=10.5/121kV,△Ps=170kW,△Po=33kW,Io%=0.8；YN/d-11L1:线路长60km，电阻0.20Ω/km，电抗0.41Ω/km，对地容纳3.00×10-6S/km；L2:线路长100km，电阻0.18Ω/km，电抗0.40Ω/km，对地容纳2.88×10-6S/km；；L3:线路长80km，电阻0.199Ω/km，电抗0.4Ω/km，对地容纳2.88×10-6S/km；；负荷：S3=44MVA，功率因数均为0.85.任务要求（节点3发生AC两相金属性接地短路时）：1计算各元件的参数；2画出完整的系统等值电路图；3忽略对地支路，计算短路点的A、B和C三相电压和电流；4忽略对地支路，计算其它各个节点的A、B和C三相电压和支路电流；5在系统正常运行方式下，对各种不同时刻AC两相接地短路进行Matlab仿真；6将短路运行计算结果与各时刻短路的仿真结果进行分析比较，得出结论。GGG1T11L122T2G21:kk:1L13L233S3本科生课程设计（论文）III指导教师评语及成绩平时考核：设计质量：答辩：总成绩：指导教师签字：年月日注：成绩：平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算本科生课程设计（论文）IV摘要在电力系统的设计和运行中，故障多数是由短路引起的，因此除了对电力系统的短路故障有一较深刻的认识外，还必须熟练掌握电力系统的短路计算。这里着重介绍简单不对称故障两相短路接地的常用计算方法。对称分量法是分析不对称故障常用方法，根据对称分量法，一组不对称的三相量可以分解为正序、负序和零序三相对称的三相量。在应用对称分量法分析计算不对称故障时必须首先做出电力系统的各序网络，通过网络化简求出各序网络对短路点的输入电抗以及正序网络的等值电势，再根据不对称短路的不同类型，列出边界方程，以求得短路点电压和电流的各序分量。关键词：短路计算；两相短路接地；对称分量法；本科生课程设计（论文）V目录第1章绪论..........................................................11.1电力系统短路计算概述.........................................11.2本文设计内容.................................................1第2章电力系统不对称短路计算原理....................................12.1对称分量法基本原理...........................................12.2三相序阻抗及等值网络.........................................22.3两相接地不对称短路的计算步骤.................................4第3章电力系统两相短路计算..........................................53.1系统等值电路及元件参数计算...................................53.2系统等值电路及其化简.........................................63.3两相接地短路计算.............................................9第4章短路计算的仿真...............................................124.1仿真模型的建立..............................................124.2仿真结果及分析..............................................13第5章总结.........................................................16参考文献............................................................17本科生课程设计（论文）1第1章绪论1.1电力系统短路计算概述短路电流的计算一般用两种方法。第一种是先建立电力系统节点方程，然后利用节点阻抗矩阵计算短路电流。利用节点方程做故障计算，需要形成系统的节点导纳（或阻抗）矩阵。首先根据给定的电力系统运行方式指定系统的等值电路，并进行各元件标幺值参数的计算，然后利用变压器和线路的参数形成不含发电机和负载的节点导纳矩阵Yn.第二种是利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流。在电力系统和电气设备的设计和运行中，短路计算是解决一系列技术问题所不可缺少的基本计算，这些问题主要是：(1)选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备，例如断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆等，必须以短路计算作为依据。这里包括计算冲击电流以校验设备的电动力稳定度；计算若干时刻的短路电流周期分量以校验设备的热稳定度。(2)为了合理地配置各种继电保护和自动裴置并正确整定其参数，必须对电力网中发生的各种短路进行计算和分析。在这些计算中不但要知道故障支路中的电流值，还必须知道电流在网络中的分布情况。有时还要知道系统中某些节点的电压值。(3)在设计和选择发电厂和电力系统电气主接线时，为了比较各种不同方案的接线图，确定是否需要采取限制短路电流的措施等，都要进行必要的短路电流计算。(4)进行电力系统暂态稳定计算，研究短路时用户工作的影响等，也包含有一部分短路计算的内容。此外，确定输电或路对通讯的干扰，对己发生故障进行分析，都必须进行短路计算。1.2本文设计内容1计算各元件的参数；2画出完整的系统等值电路图；3忽略对地支路，计算短路点的A、B和C三相电压和电流；4忽略对地支路，计算其它各个节点的A、B和C三相电压和支路电流；本科生课程设计（论文）25在系统正常运行方式下，对各种不同时刻AC两相接地短路进行Matlab仿真；6将短路运行计算结果与各时刻短路的仿真结果进行分析比较，得出结论。本科生课程设计（论文）122(1)(2)(0)1113111aaabcaIIaaIaaIII(1)2(2)2(0)11111aabacaIIIaaIaaII2(1)(1)(1)(1),acabIaIIaI(0)(0)(0)bcaIII2(2)(2)(2)(2),acabIaIIaI第2章电力系统不对称短路计算原理2.1对称分量法基本原理对称分量法是分析不对称故障的常用方法，根据不对称分量法，一组不对称的三相量可以分解为正序、负序和零序三相对称的三相量。在三相电路中，对于任意一组不对称的三相量（电流或电压），可以分解为三相三组对称的相量，当选择a相作为基准时，三相相量与其对称分量之间的关系(如电流)为：(2-1)式中运算子且有分别为a相电流的正序、负序和零序分量并且有：(2-2)当已知三相补对称的相量时，可由上式求得各序对称分量，已知各序对称分量时，也可以求出三相不对称的相量，即(2-3)展开（2-3）并计及（2-2）有2310,1aaa(1)(2)(0)aaaIII、、1202240,jjaeae本科生课程设计（论文）2(1)(2)(0)aaaaIIII(1)(2)(0)ccccIIII(2-4)电压的三相相量与其对称分量之间的关系也与电流一样。2.2三相序阻抗及等值网络应用对称分量法分析计算不对称故障时，首先必须作出电力系统的各序网络。为此，应根据电力系统的接线图、中性点接地情况等原始资料，在故障点分别施加各序电势，从故障点开始，逐步查明各序电流流通的情况。凡是某一序电流能流通的元件，都必须包括在该序网络中，并用相应的序参数和等值电路表示。根据上述原则，我们结合图2.1。来说明各序网络的制订。图2.1正序、负序网络的制订（a）电力系统接线图（b）、（c）正序网络（d）、（e）负序网络一、正序网络正序网络就是通常计算对称短路时所用的等值网络。除了中性点接地阻抗、空载线路（不计导纳）以及空载变压器（不计励磁电流）外，电力系统各元件均应包括在(1)(2)(0)bbbbIIII本科生课程设计（论文）3正序网络中，并且用相应的正序参数和等值电路表示。例如，图2.1（b）所示的正序网络就不包括空载的线路L-3和变压器T-3。所有同步发电机和调相机，以及个别的必须用等值电源支路表示的综合符合，都是正序网络中的电源。此外，还须在短路点引入代替故障条件的不对称电势源中的正序分量。正序网络中的短路点用f1表示，零电位点用o1表示。从f1o1即故障端口看正序网络，它是一个有源网络，可以用戴维南定理简化为图2.1（c）的形式。二、负序网络负序电流能流通的元件与正序电流的相同，但所有电源的负序电势为零。因此，把正序网络中各元件的参数都用负序参数代替，并令电源电势等于零，而在短路点引入代替故障条件的不对称电势源中的负序分量，便得到负序网络，如图2.1（d）所示。负序网络中的短路点用f2表示，零电位点用o2表示。从f2o2端口看进去，负序网络是一个无源网络。经简化后的负序网络示于图2.1（e）。三、零序网络在短路点施加代表故障边界条件的零序电势时，由于三相零序电流大小及相位相同，他们必须经过大地（或架空地线、电缆包皮等）才能构成通路，而且电流的流通与变压器中性点接地情况及变压器的接法有密切的关系。为了更清楚地看到零序电流流通的情况，在图2.2（a）中，画出了电力系统三线接线图，图中剪头表示零序电流流通的方向。相应的零序网络也画在同一图上。比较正（负）序和零序网络可以看到，虽然图2.2零序网络的制订（a）零序电流的通路（b）、（c）零序网络本科生课程设计（论文）4线路L-4和变压器T-4以及负荷LD均包括在正（负）序网络中，但因变压器T-4中性点未接地，不能流通零序电流，所以它们不包括在零序网络中。相反，线路L-3和变压器T-3因为空载不能流通正（负）序电流儿不包括在正（负）序网络中，但因变压器T-3中性点接地，故L-3和T-3能流通零序电流，所以它们应包括在零序网络中。从故障端口00Of看零序网络，也是一个无源网络。简化后得零序网络示于图2.2（c）。2.3两相接地不对称短路的计算步骤短路计算的一般步骤如下：第一步，根据条件，按照各序网络的订制规则，画出短路各序网络图。需要注意的是变压器中性点有接地阻抗时候的零序等值电路。第二步，计算各序等值电路中各种电气设备参数的标幺值。第三步，对各序网络进行化简，求得正序等值电势和各序的输入电抗。第四步，根据不同不对称短路类型，计算短路点的A、B和C三相电压和电流。本科生课程设计（论文）5第3章电力系统两相短路计算3.1系统等值电路及元件参数计算该系统的等值电路如图3.1所示图3.1系统等值电路输电线路的电阻、等值电抗和电纳分别为：jxG1jxT1jxL13jxL23jxL12jxT2jxG2jxS3Y13Y13