07电力系统单相短路计算与仿真(4).docx

辽宁工业大学电力系统计算课程设计（论文）题目：电力系统单相短路计算与仿真（4）院（系）：电气工程学院专业班级：电气104学号：100303135学生姓名：付瑶指导老师：老师职称：起止时间：130701至130712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GlTl11.l2T2G2-0>-z->ol:k×/k:l1.3×1.2原始资料：系统如图/各元件参数如下（各序参数相问）：3IGl、G2：Sx=30MVA,Vs=10.5kV,X=O.25；*Tl:Sn=31.5MVA,Vs%=9.5,k=10.5121kV,Ps=kW,Po=50kW,Io%=0.88；YN/d-11T2:Sn=31.5MVA,Vs%=10.5,k=10.5121kV,Ps=210kW,Po=40kW,Io%=0.78；YN/d-111.I:线路长65km,电阻0.25Qkm,电抗0.4Qkm,对地容纳2.8X10km;1.2:线路长60km,电阻0.22Qkm,电抗0.38Qkm,对地容纳2.8X10飞km;；1.3:线路长75km,电阻0.2Qkm,电抗0.40Qkm,对地容纳2.6Xl（Sk11i;；负荷：S3=55MVA,功率因数均为0.9.任务要求（节点3发生A相金属性短路时）：1计算各元件的参数；2画出完整的系统等值电路图；3忽视对地支路，计算短路点的A、B和C三相电压和电流；4忽视对地支路，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A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。指导老师评语及成果平常考核：设计质量：答辩：总成果：指导老师签字：年月日注：成果：平常20%论文质量60%答辩20%以百分制计算电力系统正常运行的破坏多半是由短路故障引起的。发生短路时，系统从一种状态剧变到另一种状态。产生短路的缘由有很多，如元件毁坏，气象条件恶化,违规操作等等。短路的类型有三相短路，两相短路，以及单相接地短路。短路的后果特别严峻，包括短路点旁边的支路中出现比正常值大很多倍的电流，产生电动力效应，使支架遭到破坏。短路也可产生热效应使元件损坏。短路时系统电压大幅度下降，可能造成电动机停转。还会破坏系统的稳定性，造成大片地区停电,还会干扰信号关键词：短路；系统；故障；后果;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31. 1对称重量法基本原理32. 2三相序阻抗及等值网络53. 3单相不对称短路的计算步骤7第3章电力系统单相短路计算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124. 3单相短路计算12第4章短路计算的仿真错误!未定义书签。5. 1仿真模型的建立186. 2仿真结果及分析18第5章总结19参考文献20第1章绪论1.1 电力系统短路计算概述在实际的工作中，依据肯定的任务进行短路计算时，必需首先确定计算条件。所谓的计算条件，一般包括，短路发生时系统的运行方式，短路的类型和发生地点，以及短路发生后实行的措施等。从短路计算的角度来看，系统运行指的是系统中投入运行的发电，变电，输电，用电的设备的多少以及它们之间相互连接的状况，计算不对称短路时，还应包括中性点的运行状态。对于不同的计算目的，所采纳的计算条件是不同的。所谓短路,是指一切不正常的相与相之间或相与地之间发生通路的状况。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行缺少的基本计算,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，必需以短路计算作为依据。2）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，确定是否须要实行限制短路电流的措施等，都要进行必要的短路电流计算。3）进行电力系统暂态稳定计算，探讨短路对用户工作的影响等，也包含有一部分短路计算的内容。4）为了合理地配置各种继电爱护和自动装置并正确整定其参数，必需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，还必需知道电流在网络中的分布状况。有时还要知道系统中某些节点的电压值。此外，确定输电线路对通讯的干扰，对已发生故障进行分析，都必需进行短路计算。12本文设计内容本文设计讲解并描述了短路对称法的基本原理，以及对称重量法在不对称短路中的应用。画出等值电路以及三相序阻抗。本文完成的任务是：（1）求出各元件的参数；(2)画出完整的系统等值电路图；(3)忽视对地支路，计算短路点的A、B和C三相电压和电流；(4)忽视对地支路，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A相接地短路进行UatIab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。第2章电力系统不对称短路计算原理2.1对称重量法基本原理对称重量法（methodofsymmetricalcomponents）电工中分析对称系统不对称运行状态的一种基本方法。广泛应用于三相沟通系统参数对称、运行工况不对称的电气量计算。电力系统正常运行时可认为是对称的，即各元件三相阻抗相同，各自三相电压、电流大小相等，具有正常相序。对称重量法是分析不对称故障的常用方法，依据对称重量法，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。所以计算不对称短路时一般不运用干脆求解困难的三相不对称电路的方法，而采纳更简洁的对称重量法进行分析。在三相电路中，对于随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，三相相量与其对称重量之间的关系（如电流）为：式中运算子”=/2°且有1+。+。2=0,3=l;分别为a相A()X11(2)0(3)电流的正序、负序和零序重量并且有： IMl)=aZ(lP/c(l)=Za(I) /(2)=/(2),/c(2)=-/“(2) Ib(0)1.C(O)1a(0)依据上式可以作出三相量的三组对称重量如图2.1图2.1对称重量我们看到，正序重量的相序与正常对称运行下的相序相同，而负序重量的相序则与正序相反，零序重量则三相同相位。将一组不对称的三相量分解为三组对称重量，这种分解，犹如第三章的派克变换一样，也是一种坐标变换。把()写成1120=SlabC当已知三相补对称的相量时，可由上式求得各序对称重量，已知各序对称重量时，也可以求出三相不对称的相量，即式中ST(2-4)绽开(2-3)并计及式(2-2)有b一"Z0(l)+aIw(2)+I(0)I(1)+Ife(2)+Ib(0)/c一"+"4(2)+I«(0)Ic(l)+Ic(2)"IC(O)电压的三相相量与其对称重量之间的关系也与电流一样。2.2三相序阻抗及等值网络短路故障的计算与分析,主要是短路电流的大小及其改变规律不仅与短路故障的类型有关,而且与电源特性,网络元件的电磁参数有关。不对称短路时故障处的短路电流和电压网络的故障处，对称重量分解后可用序电压方程表示为几种主要的序网如下图所示：1-0.012-0.0121/0.833/0.305/0.27VW4/0.377WV2/0.83r0.013T卜I-0.011T卜7/0.23'I0.0136/0.170.011-IFI'发党1.2*10-4+6.05*10-5图2.2正序网络-I-0.0121-0.0121/0.833/0.305/0.24/0.372/0.83O013HF-0.013T卜2*10-4+605*10-50.011IF-6/0.170.011T卜-I0.0120.0123/0.305/0.24/0.37I1I0.013T卜0.0137/0.236/0.170.011T卜0.011T卜l-I'图2.4零序网络三相序阻抗化简，其等值网络图如下:Ia(I)VaIa(2)图2.6负序等值电路Va(O)图2.7零序等值电路2. 3单相不对称短路的计算步骤1 .确定计算条件，画计算电路图1）计算条件：系统运行方式，短路地点、短路类型和短路后实行的措施。2）运行方式：系统中投入的发电、输电、变电、用电设备的多少以及它们之间的连接状况。依据计算目的确定系统运行方式，画相应的计算电路图。选电气设备：选择正常运行方式画计算图；短路点取使被选择设备通过的短路电流最大的点。继电爱护整定：比较不同运行方式，取最严峻的。2 .画等值电路，计算参数；分别画各段路点对应的等值电路。标号与计算图中的应一样。3 .网络化简，分别求出短路点至各等值电源点之间的总电抗。等值电源归算（1）同类型且至短路点的电气距离大致相等的电源可归并;（2）至短路点距离较远的同类型或不同类型的电源可归并;（3）干脆连于短路点上的同类型发电机可归并；第3章电力系统单相短路计算3.1 系统等值电路及元件参数计算变压器Tl的参数计算：变压器T2的参数计算:RTlMxv×103180×10.5（31.5）22-×10-3=0.02100SN100×31.5Gt.=×103=t×103=4.54×104S,Vn210.52普*xl°Y然落=267x10'SKTl=°5121=095Tl10.5/115Rr2=S：线路一鳖X上R1.l=O.25×8=l251°5×1°52=0,3701.1的参数计算:100×31.5线路1.2的参数计算:Xi彩容连趣XIO-S/71=0.22x60=13.2线路/%S078×315X“=0.38X6。=22.8的矣72=-×-×10"3=-=2.22×105l,1.3的参“10X100×10.52数计算:凡产fe三-X3=0.40×75=30对各元件电抗标幺值的计算:=1×-=O.25×65×-=O.I2"V21152=R2x萍=60x0.22x=0.10"2Vj11I52cinn=Rl3x=75xO.2x7=0.10,3，3%21212GxVSJ×1O3Sli×-=18()×1O.52(31.5)2×103×1()0IOS=0.018取基准容量_×Vn2._3Sli210×12121.100CCCcinnA/fl/4给Ri，=5×103×-¾-=×103×7=0.02Sb=100MVA，第72Sjv231.521152K11=10.5CV,其次段基准电压匕=115KV,第三段基准电压匕=10.5KV。Oy1)UyfDyJJV2SXGH=XXJ学=025xGlcy2JNy(1)10.521003010.520.83.少年=空回X粤=。3。1100SN喉)10031.510.52X/2*XwVs¾V2(N2)SB-X×-10°SN%X1.×S：=65×0.4XliV2,8些X更X学=0.3710031.51152Xi2×A6°x°38x黑=0.17VB1Xi3xA75x0.4翳0.23XSv=-(CoS0+7sin9)-=(0.9÷0.44y)yp-=1.23×104+6.05×105JSS3“115对地容纳的计算:V21.lX以=28×1q6×65×需二。(H2=×1.2x=ax60x222Sa2%二组iQx75x至二。.0132FSr2100”=3.2 系统等值电路及其化简为使电路简化，须要将线路的三角形连接转化为星形连接，其转化公式为:在进行电路化简时，还须要对电源、阻抗进行合并，其公式如下:代数得，=ZgaZ经=°2勺0.23=Oo81.Z,JZJZs川2+川17+j(23zz7=W三=67.Z“Za一川23x0.17Go?1.ZW2+川.23+川.17-对于Za=Zb=Zab+ZbC+Zca<tbEqzExEz+EzExEE2Z1=Zab+Zbc+ZcaZCzZ旅Zab+Zln+Zca正序图,同理，对于负序图,VmI)WX#(1)Ifg=NXff(2)+Xff()Ifa()0.11x0.43,3.ZW丽篙菽器"?;(!)Vyh(O)=二/X(O)/fa(l)对于零序图，F=EE2+RE.iii+ii08二匕“E+E、.08+.3. 3单相短路计算单相接地短路时，故障处的三个边界条件为VM=°，/P=O1.整理后便得到用序量表示的边界条件为短路点电流和电压的各序重量为：丫处1)+匕演2)+%(0)=°XD=Iy(2)=IA(O)图3.1单相接地短路电压和电流的各序重量，也可以干脆应用复合序网来求得。依据故障处各序重量之间的关系，将各序网络在故障端口联接起来构成的网络称为复合序网。用复合序网进行计算，可以得到同样结果。短路点的故障相电流为Jl.54/(1)(DVa=Ch(D(2)+1y(0)fa(l)-Ifa(2)-I九(O)-/(I)3R3×J3吃(X.+X.+X-广旭,69+0.69+0.16广而或带入式(34)各个数据，得由式(3-3)和式(3-1)得由式(3-2)得/,3已°z(，)/(X,)+-X) /1VM-jX"0)")7°原西EIo 1VgTXf"广川69x菽=445以MX犷+XJif.=-a69+016)x卷=-0.55非故障相电压：222V/dvfa叩成)+v-)X.+(_1)X#(o)lIm=(cos120+jsin120)×(-0.55)+(cos240+Jsin240)×(-0.45)-0.1=(-0.5+j-0.87)×(-0.55)+(-0.5+J0.87)×(-0.45)-0.1Vti=aVfi,+aVfaV由=a-)X#(2)+3T)X力"何。)=(cos240÷JSin240)×(-0.55)+(cos120+sinl20)×(-0.45)-0.13.4各节点电压的计算=-0.41+y0.09-0.41+0.09匕=(V2-V2)2+(5V22=(121-0.08)2+0.22=120.9KV5r=珞;2禽X(RTa/为)=券X(002+j0.3)=0.16+/2.4p2+n230252=G2*X(RT2+jXQ=哉×(0.02+j0,37)=0.16+3.02VNIUQE=SG1.AS7=30-0.16-/2.4=29.84-/2.4S2=Sg2-ASt2=30-0.16-/3.03=29.84-/0.32D-1-90242+2425l3=X(&3+JXG)=2×(l+j23)=0.8l+jl.87UDS3=Si+S3-ASl3=29.84-J2.4-0.81+/1.87+40.5+/1.9.8=69.53+19.27c_Psy+Qly(D,v._69.532+19.82.n11.n1-.z1-zl1.qn,Sa一yX"2+JXA2)-()52X(0.1+j0,17)4.74+J8.0652=S3+52÷Sl2=69.53+j9.27+4.74+/8.06+29.84-3.02=104.1+/24.3Sli=%或X(&产jX“)=W'等32×(0.12÷j.2)=12.4+/20.7YNIUQ5；=5i+52+AS/=29.84-/2.4+104.1÷/24.3÷12.4+20.7=146.3+42.6S>53+52=69.53+Jl9.27+4.74+y8.06=74.27+/27.33v=Rx%+QxXli=146.3x°.12+42.6x°.2=°2KV1 ½"121'W二斗XX/1.0，X%_146.3X0.242.6x012二02。KY,V1121AvP'X跖+a×Xl274.27×0.1+27.33×0.17nmvw¼121czPrxX1.>-Q,×以274.27×0.17-27.33×0.1CCClOV1=-=0.0812 V2121V2=(V1-V1)2+12=(121-0.21)2+0.22=120.8KV于是得其匕=J(匕一匕>+也2=(121-O.1)2+O.O82=120.9KV他各个节点的电流分别为:S；146.3+/42.61-3×V,3×121=0.7+/0.20S2104.1+J24.33×½3×120.8=0.5+/0.12S-；3×V.69.53+y19.273×120.90.33+j0.09第4章短路计算的仿真4.1仿真模型的建立XXXXXXXXXXo4.2仿真结果及分析第4章总结对所设计内容、方法、取得的效果、问题的解决方案等方面作技术方面的总结。如设计的内容以及采纳的技术方案或计算结果留意：假如用到表格，则表内容用五号宋体或更小字号，选定某种样式后,全文应统一。参考文献1何仰赞等.电力系统分析（上）.华中科技高校出版社.2002.12刘万顺，电力系统故障分析。北京：中国电力出版社，19983张俊才，电力系统故障的分析计算-对称重量法与相重量法，江西工业高校4邱关源，电路。北京：高等教化出版社，19995罗建军，杨琦，MAT1.AB教程北京；电子工业出版社6李光琦，电力系统暂态分析（其次版），北京：中国电力出版社，19957刘从爱，电力工程基础，济南；山东科学技术出版社，19978孙丽华，电力工程基础，北京：机械工业出版社，20069潘晓辉,MAT1.AB5.1北京：中国水利水电出版社2000留意：中文用小四宋体，英文用小四TimeSNeWROman。参考文献不少于五课程设计（论文）报告的内容及其文本格式1、课程设计（论文）报告要求用A4纸排版，单面打印，并装订成册，内容包括：封面（包括题目、院系、专业班级、学生学号、学生姓名、指导老师姓名、起止时间等）设计（论文）任务及评语中文摘要（黑体小二，居中，不少于200字）书目正文（设计计算说明书、探讨报告、探讨论文等）参考文献2、课程设计（论文）正文参考字数：2000字周数。3、封面格式4、设计（论文）任务及评语格式5、书目格式标题“书目”（小二号、黑体、居中）章标题（小四号字、黑体、居左）节标题（小四号字、宋体）页码（小四号字、宋体、居右）6、正文格式页边距：上2.5cm,下2.5cm,左3cm,右2.5cm,页眉1.5cm,页脚1.75Cnb左侧装订；字体：一级标题，小二号字、黑体、居中；二级，黑体小三、居左：三级标题，黑体四号；正文文字,小四号字、宋体；行距：20磅行距；页码：底部居中，五号、黑体；7、参考文献格式标题：“参考文献”，小二，黑体，居中。示例：（五号宋体）期刊类：序号作者1,作者2,作者n.文章名.期刊名（版木）.出版年,卷次（期次）：页次.图书类：序号作者1,作者2,作者n.书名.版本.出版地:出版社，出版年:页次.