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1、辽宁工业大学电力系统分析课程设计（论文）题目:电力系统单相短路计算与仿真（1）院（系）：专业班级：学 号:学生姓名：指导教师:教师职称：起止时间本科生课程设计（论文）课程设计（论文）任务及评语院（系）：教研室：各元件参数如下（各序参数相同）:课程设计论文1任务指导教师评语及成绩S3Gl、G2： S=30MVA,V=10.5kV,X=0.25;NNT1：S=31.5MVA,Vs%=10, k=10。5/121kV,APs=200kW, Po=35kW, Io%=0.9；NYN/d11T2: S=31.5MVA,Vs%=10。5,k=10.5/121kV,APs=180kW, Po=30kW,Io
2、%=0.8；NYN/d-11Ll：线路长 90km，电阻 0.15Q/km，电抗 0.41Q/km，对地容纳 2.8X10-6S/km;L2：线路长 80km，电阻 0.18Q/km，电抗 0。42 Q /km，对地容纳 2.78X10-6S/km；L3：线路长 70km,电阻 02Q/km,电抗 040Q/km，对地容纳 2。68X10-6S/km；; 负荷：S3=45MVA,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
3、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.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
4、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.关键词：单相短路电流；单相短路电压；仿真；目录第1章绪论错误!未定义书签。1.1电力系统短路计算概述错误!未定义书签。1。2本文设计内容错误!未定义书签。第2章 电力系统不对称短路计算原理错误!未定义书签。2。1对称分量法基本原理错误!未定义书签。2.2三相序阻抗及等值网络错误!未定义书签。2。3单相不对称短路的计算步骤错误!未定义书签。第3章电力系统单相短路计算错误!未定义书签。3.1系统等值电路及元件参数计算错误!未定义书签。3.2系统等值电路及其化简错误!未
5、定义书签。3。3单相短路计算错误!未定义书签。第4章短路计算的仿真错误!未定义书签。4。1仿真模型的建立错误!未定义书签。4。2仿真结果及分析错误!未定义书签。第5章总结错误!未定义书签。参考文献错误!未定义书签。第1章 绪论1。1 电力系统短路计算概述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。在
6、三相系统中可能发生的短路有：三相短路，两相短路,单相短路接地和两相 短路接地。 三相短路是对称的，其他类型的短路都是不对称的.在各种短路类型 中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。三相短路虽然很 少发生，但情况较严重，应给予足够的重视。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。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
7、后果.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，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。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。1。2 本文设计内容本科设主要计算单相短路及其仿真分析,具体设计安排如下：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
8、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。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所谓对称分量法，即将三个相量分解为对称的分量组，用于分析三相电路不 对称运行状态的一种方法。对称分量法是电工中分析对称系统不对称运行状态的一种基本方法。 广 泛应用于三相交流系统参数对称、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。电力系统正常运行方式的破坏主要 与不对称故障或者断路器的不对称操作有关。 由于整个电力系统中只有个别 点是三相阻
9、抗不相等， 所以一般不使用直接求解复杂的三相不对称电路的方 法,而采用更简单的对称分量法进行分析 .电工中分析对称系统不对称运行状态的一种基本方法。电力系统中的发 电机、变压器、电抗器、电动机等都是三相对称元件，经过充分换位的输电 线基本上也是三相对称的。 对于这种三相对称系统的分析计算可以方便地用 单相电路的方法求解。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
10、1)式中运算子且有，；分别为a相电流的正序、负序和零序分量并且有。(22)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(2-3)式中(2-4)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短路故障的计算与分析，主要是短路电流的大小及其变化规律不仅与短路故 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，对称分量分解后可用 序电压方程表示为几种主要的序网.为使电路简化，需要将线路的三角形连接转化 为星形连接，转化后其正序、负序和零序网络图如下。图 2。2
11、 正序网络图 2。3 负序网络图 2.4 零序网络对正序、负序和零序网络内电抗进行Y转换计算如下。三相序阻抗化简，其等值网络图如下。图 2。5 正序等值网络图 2。6 负序等值网络图 2.7 零序等值网络对等效电抗进行计算（1）正序（2）负序（3）零序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、短路类型和短路后采取的措施.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 之间的连接情况.根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.
12、继电保护整定：比较不同运行方式，取最严重的。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致。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) 直接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单相接地短路时，故障处的三个边界条件为，经过整理后便得到用序量表示 的边界条件为(31) 短路点电流和电压的各序分量为(32) 电压和电流的各序分量，也可以直接应用复合序网来求得。根据故障处各
13、序 分量之间的关系，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(33)或(34)带入式(34)各个数据，得由式(3-3)和式(31)得由式(3-2)得短路点非故障相的对地电压3。2 系统等值电路及其化简为使电路简化,需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，还需要对电源、阻抗进行合并,其公式如下。代数得,对于正序图,图 3.1 单相接地短路图 3。2 单相短路的复合序网第4章短路计算的仿真4。1 仿真模型的建立当 A 相发生接地短路时故障点 A 相电压降为零，由于系统为不接地系统，即 Xff无穷
14、大，由公式可知，单项短路电流减为零，非故障相即BC两项电压上升为 线电压，其夹角为60。故障切除后各相电压水平较原来升高，这是中性点电位升 高导致的。图4 1单项接地（A相）电压图4。2单项接地（A相）电流当输电线路发生A相接地短路时，B相、C相电流没有变化，始终为0。在 正常状态时，三相短路故障发生器处于断开状态，A相电流为0.在0。01s时，三 相短路故障发生器闭合，此时 A 相接地短路，其短路电流形发生了剧烈的变化， 但大体上仍呈现正弦规律变化。在 0.04s 时，三相短路故障发生器打开，故障排 除，此时故障点 A 相电流迅速变为 0.具体的仿真波形如图所示：图4。3单项（A相）接地各项
15、电流波形4。2 仿真结果及分析系统采用中性点不接地方式时，发生单相接地故障三相间线电压仍然对称 , 不必马上切除故障部分，提高了供电的可靠性。但是接地电流在故障处可能产生 稳定或间歇性的电弧，将危害整个电网的安全运行。若系统改为直接接地，中性点会与故障点成短路回路,线路上将流过很大的短 路电流，此时系统不能继续运行，需要迅速切除故障线路。若系统采用中性点经 电阻接地,故障点电压、电流波形均得到改善。系统采用中性点经消弧线圈接地时，由于线圈可产生感性电流,与容性电流相 互补偿，减少故障的故障电流，可以提高供电的可靠性。电力系统中性点的接地方式涉及系统电压等级，电力网结构等诸多因素，需 综合考虑各接地方式的特点，结合具体情况进行选择 ,以提高系统安全运行的水 平。第5章总结电力系统发生不对称短路后，由于短路点对地故障支路的不对称，使得整个 网络电流电压三相不对称:.本论文解决不对称短路的问题核心是对称分量法。根据对称分量法采取的具 体方法之
