两相接地短路计算分析

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081班学号：080303023学生姓名：董奥指导教师：教师职称：起止时间：11-06-26至11-07-02本科生课程设计（论文）IGG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标幺值如下（各元件及电源的各序阻抗均相同）：T1：电阻0.01，电抗0.1，k=1.05，标准变比侧YN接线，非标准变比侧Δ接线；T2：电阻0，电抗0.15，k=1.05，标准变比侧YN接线，非标准变比侧Δ接线；L24:电阻0.026，电抗0.08，对地容纳0.033；L23:电阻0.015，电抗0.08，对地容纳0.028；L34:电阻0.02，电抗0.06，对地容纳0.03；G1和G2：电阻0，电抗0.15，电压1.05；负荷功率：S1=0.45+j0.15；任务要求：当节点4发生B、C两相金属性接地短路时，1计算短路点的A、B和C三相电压和电流；2计算其它各个节点的A、B和C三相电压和电流；3计算各条支路的电压和电流；4在系统正常运行方式下，对各种不同时刻BC两相接地短路进行Matlab仿真；5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。指导教师评语及成绩平时考核：设计质量：论文格式：总成绩：指导教师签字：年月日G1T12L244T2G2GG1:kk:1L23L343S1本科生课程设计（论文）II摘要目前，随着科学技术的发展和电能需求的日益增长，电力系统规模越来越庞大，电力系统在人民的生活和工作中担任重要的角色，电力系统的稳定运行直接影响人们的日常生活，因此，关于电力系统的短路计算与仿真也越来越重要。本论文首先介绍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，主要讲解了对称分量法在不对称短路计算中的应用。其次，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。最后，通过MATLAB软件对两相接地短路故障进行仿真，观察仿真后的波形变化，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。关键词：电力系统分析；两相接地短路；MATLAB仿真本科生课程设计（论文）III目录第1章绪论..........................................................11.1短路概述.....................................................11.1.1短路的类型及原因................................................................................11.1.2短路的危害............................................................................................11.1.3短路计算的目的....................................................................................11.1.4短路计算的假设和近似处理................................................................21.2电力系统各序网络的制订.......................................31.3两相接地短路计算的数学模型...................................4第2章短路计算......................................................62.1绘制短路各序网络.............................................62.2对各序网络进行化简...........................................72.3计算短路点的A、B和C三相电压和电流..........................82.4计算其它各个节点的A、B和C三相电压和电流....................92.5计算各条支路的电压和电流.....................................9第3章MATLAB仿真..................................................113.1MATLAB仿真..................................................113.2仿真结果....................................................123.3仿真结果比较分析............................................13第4章课程设计总结.................................................14参考文献............................................................15本科生课程设计（论文）1第1章绪论1.1短路概述1.1.1短路的类型及原因电力系统在正常运行情况以外，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接叫做短路。三相系统中发生的短路有4种基本类型:三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路。三相短路是称对称短路，其余三类均属不对称短路。在中性点接地的电力网络中，以一相对地的短路故障最多，约占全部故障的90％。在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。产生短路的原因很多，主要有如下几个方面：(1)元件损坏，例如绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成短路等；(2)气象条件恶化，例如雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等；(3)违规操作，例如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等；(4)其它，例如挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。1.1.2短路的危害短路电流值远大于额定电流。短路点的电弧可能烧毁电气设备，导体会受到很大的电动力冲击，导致导体变形甚至损坏。短路还会引起电网中电压降低，使部分用户的供电受到破坏。系统短路相当于改变电网结构，引起系统中功率变化，严重时引起并列的发电机失步，大面积停电。不对称短路引起的不平衡电流产生不平衡磁通，对通信造成干扰。1.1.3短路计算的目的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本科生课程设计（论文）2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。1.1.4短路计算的假设和近似处理(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。(7)短路为金属性短路。本科生课程设计（论文）31.2电力系统各序网络的制订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1.1。来说明各序网络的制订。图1.1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1.1（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1.1（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1.1（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端口本科生课程设计（论文）4abcＩfbＩfcVfc=0Vfb=0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1.1（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1.2（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1.2零序网络的制订（a）零序电流的通路（b）、（c）零序网络线路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1.