电力系统两相接地短路计算与仿真(1)

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（1）院（系）：电气工程学院专业班级：电学生姓名：指导教师：教师职称：起止时间：13-07-01至13-07-12本科生课程设计（论文）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=30MVA，VN=10.5kV，X=0.26；T1:SN=31.5MVA，Vs%=10.5，k=10.5/121kV,△Ps=180kW,△Po=30kW,Io%=0.8；YN/d-11T2:SN=31.5MVA，Vs%=10，k=10.5/121kV,△Ps=200kW,△Po=33kW,Io%=0.9；YN/d-11L1:线路长80km，电阻0.15Ω/km，电抗0.41Ω/km，对地容纳2.88×10-6S/km；L2:线路长70km，电阻0.18Ω/km，电抗0.38Ω/km，对地容纳2.98×10-6S/km；；L3:线路长80km，电阻0.2Ω/km，电抗0.4Ω/km，对地容纳2.78×10-6S/km；；负荷：S3=45MVA，功率因数均为0.9.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）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）摘要近年来，随着我国工业化的推进，国民经济也快速的发展着，与此同时电力系统的规模变得越来越庞大，电力系统在人民的日常生活和工作中担任的角色也越来越重要，因此，电力系统的稳定运行直接影响着人们的日常生活。对于电力系统的设计，短路计算是其中及其重要的组成部分。本次课设讲解了有关电力系统短路故障的基本概念及短路电流的基本算法，其中着重讲解了有关对称分量法在不对称短路计算中的应用等问题。又通过具体的简单环网短路实例，对两相接地短路进行分析和计算。并用MATLB软件对两相接地短路故障进行了仿真，得出仿真波形变化，再由波形变化得出电力系统两相接地短路计算的结果。关键词：短路计算；对称分量法；MATLAB仿真；两相短路接地本科生课程设计（论文）目录第1章绪论..........................................................11.1电力系统短路计算概述.........................................11.1.1短路故障及其危害.......................................11.1.2短路计算及其处理方法...................................11.2本文设计内容.................................................2第2章电力系统不对称短路计算原理....................................32.1对称分量法基本原理...........................................32.2三相序阻抗及等值网络.........................................42.3两相接地不对称短路的计算步骤.................................6第3章电力系统两相短路计算..........................................93.1系统等值电路及元件参数计算...................................93.2系统等值电路及其化简........................................103.3两相接地短路计算............................................11第4章短路计算的仿真...............................................144.1仿真模型的建立..............................................144.2仿真结果及分析..............................................154.2.1仿真结果..............................................154.2.2仿真结果比较分析......................................15第5章设计总结.....................................................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1.1.1短路故障及其危害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。所谓短路，是指供电系统中不等电位的导体在电气上被短接，如相与相之间的短接，或在中性点接地系统中一相或几相与大地相接以及三相四线制系统中相与零线的短接等。当发生短路时，电源电压被短接，短路回路阻抗很小，于是在回路中流通很大的短路电流如果短路电流很大，持续时间长，那么对故障设备的破坏程度就会及其惊人。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。1.1.2短路计算及其处理方法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。对于短路计算的处理，一般有以下几个方法：(1)简单三相电路中发生突然对称短路的暂态过程中，假设电源电压的复制和频率均保持不变，在这种电源称为无限大功率电源，其特点是:频率恒定（有功本科生课程设计（论文）2变化量远小于电源的有功功率）；电压恒定（无功变化量远小于电源的无功功率）；电源内阻抗为0，电压恒定。实际上真正的无限大电源不存在，常用的判断依据是当功率变化量小于3%电源功率，或者电源内阻抗小于短路回路总阻抗的10%时候，可认为电源为无限大电源。(2)在计算高压电器中的短路电流时,只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗,而忽略其电阻；对于架空线和电缆,只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻,一般也只计电抗而忽略电阻。(3)短路电流计算公式或计算图表,都以三相短路为计算条件。因为单相短路或二相短路时的短路电流都小于三相短路电流.能够分断三相短路电流的电器,一定能够分断单相短路电流或二相短路电流。(4)磁路的饱和、磁滞忽略不计。系统中各元件的参数便都是恒定的，可以运用叠加原理。(5)不对称短路故障可以用对称分量法转化成对称零、正、负三组对称短路故障进行分析，仿照三相对称短路故障。(6)各元件的电阻略去不计。如果短路是发生在电缆线路或截面较小的架空线上时，特别在钢导线上时，电阻便不能忽略。此外，在计算暂态电流的衰减时间常数时，微小的电阻也必须计及。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；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。本科生课程设计（论文）3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)2(2)(0)1113111aaabcaIaIaIaIaII（2-1）式中运算子120jae，2240jae，且有210aa，31a；(1)aI、(2)aI、(0)aI分别为a相电流的正序、负序和零序分量并且有：2(1)(1)baIaI，(1)(1)caIaI(2)(2)baIaI，2(2)(2)caIaI(2-2)(0)(0)(0)abcIII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(1)2(2)2(0)11111aabacaIIIaaIaaII(2-3)展开（公式2-3）并计及（公式2-2）得(1)(2)(0)aaaaIIII(1)(2)(0)bbbbIIII本科生课程设计（论文）4(1)(2)(0)ccccIIII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，来说明各序网络的制订。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（a）所示的正序网络就不包括空载的线路3L和变压器3T。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（b）的形式。jXG(1)jXτ(1)jXl1jXl2jXⅠjXⅡjXl4jXτ4jXLD(1)jXⅢjXG2(1)E1Va(1)E2+----++--图2.1（a）正序网络本科生课程设计（论