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1、精选优质文档-倾情为你奉上 题 目: 电力系统不对称短路计算与分析初始条件：系统接线如下图，线路f处发生金属性B、C相接地短路。已知各元件参数为：发电机G：SN=60MVA, VN=10.5KV，Xd=0.2, X2=0.25，E=11KV；变压器T-1： SN=60MVA, Vs（%）=10.5， KT1=10.5 / 115kV；变压器T-2： SN=60MVA, Vs（%）=10.5， KT2=115 / 10.5kV；线路L：长L=90km, X1=0.4/km, X0=3.5X1；负荷LD：SLD=40MVA，X1=1.2, X2=0.35。要求完成的主要任务: 选取基准功率SB=6
2、0MVA， 基准电压为平均额定电压，要求：（1）制定正、负、零序网，计算网络各元件序参数标幺值。（2）计算各序组合电抗及电源组合电势并绘制复合序网。（3）计算短路点的入地电流有名值和A相电压有名值。（4）计算短路时发电机侧线路流过的各相电流有名值。时间安排：熟悉设计任务 5.27收集相关资料 5.28选定设计原理 5.29计算分析及结果分析 5.30 -6.6撰写设计报告 6.7指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 目录摘要I1设计内容11.1初始条件11.2设计要求11.3设计分析12电力系统短路及其计算的基本概念32.1短路原因及后果32.2短路的类型32.3短路计
3、算的目的43电力系统元件的序阻抗和等值电路53.1对称分量法的应用53.2序阻抗53.2.1序阻抗的基本概念53.2.2同步发电机的序阻抗63.2.3输电线路的序阻抗63.2.4变压器的序阻抗73.2.5综合负荷的序阻抗73.3各序网路的等值电路84两相短路接地故障的分析与计算94.1正序等效定则94.2两相短路接地95计算和分析115.1制定正、负、零序网络，计算网络各元件序参数标幺值115.2计算各序组合电抗及电源组合电势并绘制复合序网125.3计算短路点的入地电流有名值和A相电压有名值145.4计算短路时发电机侧线路流过的各相电流有名值146总结与心得167参考文献17专心-专注-专业摘
4、要电力系统规模日益庞大，结构日趋复杂。在日常运行过程中时常会发生故障.并且以不对称短路故障居多。因此不对称短路故障分析与计算对于电力系统安全稳定运行具有非常重要的意义。本次课程设计，针对不对称短路故障中的两相短路接地故障，运用对称分量法和正序等效定则，作出各序等值网络和复合序网络，计算和分析发生故障后的短路电流、电力系统其他部分的电流、电压的分布情况。关键词：两相短路接地 短路电流 序网络 对称分量法 正序等效定则电力系统不对称短路计算与分析1设计内容1.1初始条件系统接线如图1-1，线路f处发生金属性B、C相接地短路。已知各元件参数为：发电机G：SN=60MVA, VN=10.5KV，Xd=
5、0.2, X2=0.25，E=11KV；变压器T-1： SN=60MVA, Vs（%）=10.5，KT1=10.5/115kV；变压器T-2：SN=60MVA, Vs（%）=10.5， KT2=115 / 10.5kV；线路L：长L=90km，X1=0.4/km，X0=3.5X1；负荷LD：SLD=40MVA，X1=1.2，X2=0.35。图1-1 系统接线图1.2设计要求选取基准功率SB=60MVA， 基准电压为平均额定电压，要求：（1）制定正、负、零序网，计算网络各元件序参数标幺值。（2）计算各序组合电抗及电源组合电势并绘制复合序网。（3）计算短路点的入地电流有名值和A相电压有名值。（4）
6、计算短路时发电机侧线路流过的各相电流有名值。1.3设计分析（1）首先选定基准功率SB=60MV.A，VB=Vav，将电力系统中的各个元件的参数都转化为统一基准值下的标幺值参数。应当注意，发电机、输电线路和综合负载的正序、负序的阻抗值不同，而变压器的正序、负序和零序的阻抗值都相同。（2）然后依次做出正序、负序和零序的序网络。发电机只产生正序电流，因此只在正序网络中存在电源点Eeq，而在负序和零序中都不存在；正序和负序网络中，应该包含所有元件的相应序阻抗，除了中性点接地阻抗、空载线路以及空载变压器1。零序网络中，变压器只有中性点接地的星形接法绕组才能与外电路接通；在三角形接法的绕组中，绕组的零序电
7、势虽然不能作用到外电路去，但能在三相绕组中形成零序环流，因此，在等值电路中三角形绕组端点接零序等值中性点（等值中性点与地同电位时则相当于接地）。（3）等值序网络作出后，可以根据Y-D变换、阻抗的串并联、戴维南定律等方法，将复杂的序网络变换成简单的二端口网络，便可得到各序阻抗和等值电势Eeq。再将简化后的三序网络按照两相短路接地的并联顺序连接成复合序网络。（4）根据正序等效定则，算出附加电抗X(1,1)和比例系数m(1,1)。利用公式便可以计算得到A相正序电流Ifa(1)，再计算可以计算得到短路点的入地电流和A相的电压值和发电机侧的各相电流值。2电力系统短路及其计算的基本概念2.1短路原因及后果
8、短路是电力系统的严重故障。所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地发生通路的情况。电力系统短路的原因有很多，主要有：电气设备载流部分绝缘损坏；操作人员违反安全操作规程而发生误操作；鸟兽跨越在裸露的相线之间或相线与接地物体之间，或咬坏设备、导线绝缘。随着短路类型、发生地点和持续时间的不同，短路的后果可能只破坏局部地区的正常供电，也可能威胁整个系统的安全运行。短路的危害主要有以下几方面：（1）短路时会产生很大电动力和很高温度，使短路电路中元件受到损坏和破坏，甚至引发火灾事故。（2）短路时，电路的电压骤降，将严重影响电气设备的正常运行。（3）短路时保护装置动作，将故障电路切除，从而造成停电，而且
9、短路点越靠近电源，停电范围越大，造成的损失也越大。（4）严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列。（5）不对称短路将产生较强的不平衡交变电磁场，对附近的通信线路、电子设备等产生电磁干扰，影响其正常运行，甚至发生误动作。 2.2短路的类型在三相系统中，有可能发生的短路可以分为两大类型：对称短路和不对称短路。其中，三相短路属于对称短路；单相接地短路、两相短路和两相短路接地属于不对称短路2。各个短路类型的示意图如图2-1所示。图2-1(a) 三相短路图2-1(b) 单相接地短路图2-1(c) 两相短路图2-1(d) 两相短路接地2.3短路计算的目的短路是电力
10、系统最常见、并且对电力系统运行产生严重影响的故障。在发电厂和变电所电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的的主要有以下几个方面： (1)在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采用限制短路电流的措施，均需进行必要的短路电流计算。 (2)在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障状况下都能安全、可靠的工作。同时又力求节约资金，这就需要按短路情况进行全面校验。(3)在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线相间和相对地安全距离。(4)在选择继电保护方式和进行整定计算，需以各种短路时的短路电流为依据。(5)接地装置的设计，也需用短路电流3电力系统元
11、件的序阻抗和等值电路3.1对称分量法的应用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3。在三相电路中，对于任意一组不对称的三相相量，可以分解为三组对称的相量，一般选择A相作为基准相时，三相量与对称分量之间的关系为：Ia(1)Ia(2)Ia(0)=131aa21a2a111IaIbIc式中的Ia(1)、Ia(2)、Ia(0)分别叫做A相的正序、负序和零序电流。并且B、C相各序的电流值有如下的关系：Ib(1)=a2Ia(1) ; Ic(1)=aIa(1)Ib(2)=aIa(2) ; Ic(2)=a2Ia(2)Ib(0)=Ia(
12、0)=Ia(0)根据以上的式子，可以作出三相量的三组对称分量，如图3-1所示。图3-1 三相量的对称分量3.2序阻抗3.2.1序阻抗的基本概念所谓元件的序阻抗，是指元件三相参数对称时，元件两端某一序的电压降与通过该元件同一序电流的比值，即z(1)=Va(1)Ia1 z(2)=Va(2)Ia2 z(0)=Va(0)Ia0 其中z(1)、z(2)、z(0)分别称为该元件正序、负序和零序阻抗。电力系统中，各序阻抗可能相同，如变压器等；也可能不尽相同，如输电线路和负载等，具体应该视具体情况而定。3.2.2同步发电机的序阻抗同步发电机在对称运行时，只有正序电势和正序电流，这时的电机参数都是正序参数，如x
13、d、xq、xd、xd、xq都是同步发电机的正序电抗。然而因为当系统发生不对称短路时，包括发电机在内的网络中出现的电磁现象是相当复杂的，因此，同步发电机的负序和零序参数的分析变得非常复杂4。在短路的实用计算中，同步发电机的负序电抗可以认为与短路的种类无关，有阻尼绕组的同步发电机的负序阻抗取xd和xq的算数平均值，即x(2)=12(xd+xq)对于无阻尼绕组同步发电机，常取xd和xq的几何平均值，即x(2)=xdxq而零序电抗的变化范围大约为x(0)=(0.150.6)xd。当没有确切数值时，可以取表3-1中的典型值。表3-1 同步发电机负序和零序电抗的典型值电机类型水轮机汽轮机同步调相机大型同步
14、发电机无阻尼有阻尼x(2)0.450.250.160.24x(0)0.070.070.060.083.2.3输电线路的序阻抗输电线路的正、负序阻抗及等值电路完全相同。因为某一条输电线路的固有参数是不变的，因此一般情况下可以根据输电线的长度、单位长度线路的电阻和电抗的大小可以得到正、负序阻抗。而输电线路的零序阻抗因架设的方式改变而改变，当输电线路通过零序电流时，由于三相零序电流大小相等、相位相同，因此必须借助大地及架空地线来构成零序电流的通路，这样导致架空线路零序阻抗与电流在地中的分布有关，准确计算零序阻抗非常的困难。在计算精度要求不是特别严格的短路电流实用计算中，近似地可以用用下列计算输电线路
15、每回路的等值等效零序电抗。无架空地线的单回线路：x(0)=3.5x(1)有钢质架空地线的单回线路：x(0)=3x(1)有良导体架空地线的单回线路：x(0)=2x(1)无架空地线的双回线路：x(0)=5.5x(1)有钢质架空地线的双回线路：x(0)=4.7x(1)3.2.4变压器的序阻抗变压器中参数不仅同变压器的结构有关，有的参数也同所通电流的序别有关。变压器的正序、负序和零序等值电路具有相同的形状，并且他们的等值电阻也是相等的。变压器的零序等值电路如图3-2所示。图3-2 变压器零序等值电路变压器的零序等值电路与外电路是否相连，取决于变压器绕组的接法，分以下三种情况：（1）变压器只有中性点接地
16、的星形接法绕组才能与外电路接通；并且对于中性点有接地阻抗的，应该将3倍的接地阻抗串联接在线路中；（2）变压器是星形接法的，应该将变压器与外电路断开，因为这种情况下它不能将零序电势施加到外电路上去并提供零序电流的通路，等值电路中该绕组断点与外电路断开。（3）变压器的三角形接法绕组中，绕组的零序电势虽然不能作用到外电路中去，但是能在三相绕组中形成零序环流。因此在等值电路中该侧绕组端点接零序等值中性点，若等值中性点与地同电位时则相当于接地。3.2.5综合负荷的序阻抗电力系统负荷主要是工业负荷，大多数工业负荷是异步电动机。在实际计算中，对于不同的网络，对综合负荷有不同的计算方法5。在对精度要求不高情况
17、下，实用计算中，负荷的正序阻抗通常取典型值xLD(1)1.2而忽略绕组电阻和激磁电抗可得综合负荷的负序阻抗近似等于次暂态电抗xLD(2)0.35因为异步电动机及多数负荷常常接成三角形，或者接成不接地的星形，零序电流不能流通，因此，负荷一般不建立零序等值电路。3.3各序网路的等值电路当系统发生不对称短路时，对故障点用对称分量法，将不对称分量分解为正、负和零序的电路。通过网络简化，可以得到各序的电压方程式Eeq-Zff1=Vfa(1) 0-Zff2=Vfa(2) 0-Zff0=Vfa(0)根据序网方程，各序的一相等值网络如图3-3。图3-3 正序（a）、负序（b）和零序（c）等值网络4两相短路接地
18、故障的分析与计算4.1正序等效定则在简单不对称短路的情况下，短路点电流的正序分量，与在短路点每一相中加入附加阻抗X(n)而发生三相短路时的电流相等，这成为正序等效定则6。对于三种简单不对称短路时短路电流正序分量，可以统一写成Ifa(1)(n)=Vf(0)Xff(1)+X(n)短路点故障处的短路电流与它的正序分量绝对值成正比If(n)=m(n)Ifa(1)(n)计算短路电流要先求出各序电抗值Xff(1)、Xff(2)和Xff(0)，再根据具体的短路类型计算附加电抗X(n)和比例系数m(n)。各种简单短路时的X(n)和m(n)如表4-1所示。表4-1 简单短路时的X(n)和m(n)短路类型f(n)
19、X(n)m(n)三相短路f(3)01单相接地短路f(1)Xff(2)+Xff(0)3两相短路f(2)Xff(2)3两相短路接地f(1,1)Xff(2)Xff(0)Xff(2)+Xff(0)31-Xff2Xff0Xff2+Xff024.2两相短路接地两相短路接地时故障处的情况如图4-1。图4-1 两相短路接地故障处的三个边界条件为Ifa=0，Vfb=Vfc=0用序量表示的边界条件为Ifa(1)+Ifa(2)+Ifa(0)=0Vfa(1)=Vfa(2)=Vfa(0)根据以上边界条件组成的两相短路接地的复合序网络，可得：Ifa(1)=Vf(0)Xff(1)+Xff(2)/Xff(0)Ifa(2)=-
20、Xff(0)Xff(2)+Xff(0)Ifa(1)Ifa(0)=-Xff(2)Xff(2)+Xff(0)Ifa(1) Vfa(1)=Vfa(2)=Vfa(0)=Xff(2)Xff(0)Xff(2)+Xff(0)Ifa(1)根据上式及正序等效定则，故障相电流的绝对值为If(1,1)=31-Xff2Xff0Xff2+Xff02.Ifa(1)5计算和分析5.1制定正、负、零序网络，计算网络各元件序参数标幺值选定基准值SB=60MV.A，VB=Vav；根据初始条件，计算各元件的参数标幺值。发电机G：xG(1)=Xd.SBSN=0.26060=0.2xG(2)=X2.SBSN=0.256060=0.25
21、Eeq=EVN=1110.5=1.05变压器T1：xT1=Vs%100.SBSN=10.51006060=0.105变压器T1：xT2=Vs%100.SBSN=10.51006060=0.105线路L：23XL(1)=23XL(2)=230.490=0.10923XL(0)=3.50.109=0.38113XL(1)=13XL(2)=130.490=0.05413XL(0)=3.50.054=0.19负荷L-D：XLD(1)=X1.SBSN=1.26040=1.8XLD(2)=X2.SBSN=0.356040=0.525根据以上求得的元件参数标幺值，制定正序（图5-1）、负序（图5-2）和零序
22、（图5-3）。图5-1 正序网络图5-2 负序网络图5-3 零序网络5.2计算各序组合电抗及电源组合电势并绘制复合序网（1）根据正序网络，可以求得正序组合电抗Xff(1)和电源组合电势Vf(0)由X1=xG(1)+xT1+23XL(1)=0.414X2=xLD(1)+xT2+13XL(1)=1.959得Xff(1)=X1.X2X1+X2=0.342电源组合电势Vf(0)=Eeq.X2X1+X2=0.867（2）根据负序网络，可以求得负序组合电抗Xff(2)由X3=xG(2)+xT1+23XL(2)=0.464X4=xLD(2)+xT2+13XL(2)=0.684得Xff(2)=X3.X4X3+
23、X4=0.276（3）根据零序网络，可以求得零序组合电抗Xff(0)Xff(0)=xT1+23XL(0)=0.486综上述，两相短路接地的复合序网络如图5-4所示。图5-4 两相短路接地的负荷序网络5.3计算短路点的入地电流有名值和A相电压有名值短路点处的基准值电流值IB1IB1=SB3.VB=603115=0.3012 KA根据正序等效定则X(1,1)=Xff(2)Xff(0)Xff(2)+Xff(0)=0.176m(1,1)=31-Xff2Xff0Xff2+Xff02=1.52进而得Ifa(1)=jVf(0)j(Xff(1)+X(1,1)=1.674Ifa(2)=-Xff0Xff2+Xff0Ifa1=-1.068Ifa(0)=-Xff2Xff2+Xff0Ifa1=-0.606因此，入地电流的有名值Ife为Ife=m(1,1)Ifa(1)IB1=0.766 KAA相的正序电压Vfa(1)为Vfa(1)=Xff(2)Xff(0)Xff(2)+Xff(0).Ifa(1)=0.295又因为Vfa(2)=Vfa(0)=Vfa(1)所以，A相电压的有名值为Vfa=3Vfa11153=58.76 KV