电力系统两相接地短路计算与仿真(1)

©辽宁工业大学《电力系统分析》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）：工程技术学院专业班级：电气工程及其自动化学号：学生姓名：指导教师：教师职称：助教起止时间：2015-06-15至2015-06-26I课程设计（论文）任务及评语院（系）：工程技术学院教研室：电气教研室课程设计（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，电抗0.2，k=1.1，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0.03，电抗0.08，对地容纳0.04；L23:电阻0.023，电抗0.068，对地容纳0.03；L34:电阻0.02，电抗0.06，对地容纳0.032；G1和G2：电阻0，电抗0.15，电压1.1；负荷功率：S1=0.5+j0.2；任务要求：当节点2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GGG1T12L244T2G21:kk:1L23L343S1本科生课程设计（论文）II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。在电力系统的设计和运行中，必须考虑到可能发生的故障和不正常的运行情况，防止其破坏对用户的供电和电气设备的正常工作。从电力系统的实际运行情况看，这些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作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；对称分量法；MATLAB仿真；两相短路接地。本科生课程设计（论文）III目录第1章绪论..........................................................11.1短路故障计算的原因...........................................11.2短路发生的原因...............................................11.3短路的危害...................................................1第2章数学模型......................................................22.1架空输电线的等值电路和参数...................................22.2变压器等值电路和参数.........................................32.3不对称分量的分解.............................................42.4两相接地短路的数学分析.......................................5第3章两相短路接地计算.............................................73.1两相短路接地各序网络的制定...................................73.2其他节点电压电流的计算......................................13第4章计算机网络仿真...............................................144.1仿真模型的建立..............................................144.2仿真结果及分析..............................................15第5章课程设计总结.................................................17参考文献............................................................18本科生课程设计（论文）1第1章绪论1.1短路故障计算的原因电力系统在运行过程中常常会受到各种扰动，其中，对电力系统影响较大的是系统中发生的各种故障。常见的故障有短路、断线和各种复杂故障（即在不同地点同时发生短路或断线），而最为常见和对电力系统影响最大的是短路故障。因此，故障分析重点是对短路故障的分析。所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地之间（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。1.2短路发生的原因电力系统短路故障发生的原因很多，既有客观的，也有主观的，而且由于设备的结构和安装地点的不同，引发短路故障的原因也不同。但是，根本原因是电气设备载流部分相与相之间或相与地之间的绝缘遭到破坏。主要有：元件损坏，气象条件恶化，违规操作和其他,例如挖沟损坏电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。1.3短路的危害（1）短路故障时短路点附近的支路中出现比正常值大许多倍的电流，由于短路电流的电动力效应，导体间将产生很大的机械应力，可能使导体和它们的支架遭到破坏。（2）短路电流使设备发热增加，短路持续时间较长时，设备可能过热以致损坏。短路时系统电压大幅度下降，对用户影响很大。系统中最主要的电力负荷是异步电动机，电压下降时，电动机的电磁转矩显著减少，转速随之下降。当电压大幅下降时，电动机甚至可能停转，造成产品报废，设备损坏等严重后果。（3）当短路地点离电源不远而持续时间又较长时，并列运行的发电厂可能失去同步效果，破坏系统稳定，造成大片区停电。这是短路故障最严重的后果。（4）发生不对称短路时，不平衡电流能产生足够的磁通在邻近的电路内感应出很大的电动势，这对于架设在高压电力线路附近的通讯线路或铁道讯号系统等会产生重大影响。本科生课程设计（论文）2第2章数学模型在电力系统的电气计算中，常用等值电路来描述系统元件的特性。电力系统的运行状态基本上是三相对称的或者可化为三相对称。因此，等值电路中的参数是涉及了其余两相影响的的一相等值参数。2.1架空输电线的等值电路和参数设有长度为L的输电线路，其参数沿线均匀分布单位长度的阻抗和导纳分别为00000jxrjwlrz,00000jbgjwcgy。在距末端x处取一段dx，可作出等值电路如图2.1所示。图2.1长线等值电路在正弦电压下处于稳态时，x=L时，可得到线路首端电压和电流与线路末端电压和电流的关系如下：shylIshylVVIshylZIchylVVC2121221,cccjXRjwcgjwlrZjjwlrjwcg00000000,))((称为线路的传播常数，cZ称为线路的波阻抗。对于高压架空线路，略去电阻和电导时，便有0000,clRZcljwjcc本科生课程设计（论文）3将上述方程通网络的通用方程：221221,IDVCIIBVAV相比较，若取:ccZlshClshZBlchDA,,输电线路就是对称的无源二端口网络，并可用对称的等值电路来表示，实际计算中大多采用型等值电路，如图2.2所示。图2.2令ljbgljxr)(Y)(Z0000和分别代表全线的总阻抗和总导纳，则：YKYZKZyz','式中lshZYlchKZYZYshKyz)1(2,由此可见，将全线的总阻抗Z和总导纳分别乘以修正系数yZKK和，便可得型等值电路的精确参数。2.2变压器等值电路和参数变压器的参数一般指其等值电路，见图2.3中的电阻TR、电抗TX、电导TG和电纳TB。图2.3双绕组变压器变压器的变比也是一个参数，变比NNTVVK21/。变压器的前四个参数可以从出厂铭牌上代表电气特性的四个数据计算得到。这四个数据时短路损耗sP，短路电压%sV，本科生课程设计（论文）4空载损耗0P，空载电流%0I。前两个数据由短路试验得到，后两个数据由空载试验得：32210*NNTSPsVR3210**100%NNSTSVVXSVPGNT32010*SVSIBNNT32010**100%变压器阻抗TZ=TTjXR是折算到原方的值，K=NNVV21/是变压器的变比。变压器型等值电路中三个阻抗（导纳）都与变比K有关，型的两个并联支路的阻抗（导纳）的符号总是相反的。三个支路阻抗之和等于零。变压器型等值电路如图2.4所示。图2.4变压器型等值电路2.3不对称分量的分解对称分量法是分析不对称故障的常用方法，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：cbaaaaIIIaaaaIII111113122)0()2()1(式中运算子120jea，240jea且有012aa，13a：)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：)1()1(acIaI，)1(2)1(abIaI)2(2)2(acIaI，)2()2(abIaI)0()0()0(cbaIIIKZT/1I2I1V2VKZT1)1(KKZT本科生课程设计（论文）5正序分量的相序与正常对称运行下的相序相同，而负序分量的相序则与正序相反，零序分量则三相同相位。当已知三相不对称的相量时，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)3()2()1(2211111aaacbaIIIaaaaIII展开有)0()2()1(aaaaIIII)0()2()1(bbbbIIII电压的三相相量与其对称分量之间的关系也与电流一样。2.4两相接地短路的数学分析在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路。三相短路也称为对称端粒，系统各相与正常运行时一样仍出入对称状态。其他类型的短路都是不对称短路。两相（b相和c相）短路接地，两相短路接地时故障处的情况示于图2-1。故障处的三个边界条件为：0faI，0fbV，0fcV图2.5两相短路接地这些条件同单相短路的边界条件极为相似，只要把单相短路边界条件式中的电流换成电压，电压换成电流就是了。根据边界条件绘出复合序网如图2.6所示.本科生课程设计（论文）6图2.6两相短路接地的复合序网图根据边界条件组成的两相短路接地的复合序网示于图2-2。由图可得：)//()0()2()1()1(ffffffeqfaZZZEI)1()0()2()0()2(fafffffffaIZZZI)1()0()2()2()0(fafffffffaIZZZI)1()0()2()0()