电力系统分析课程设计

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1、1前言21.1短路的原因31.2短路的类型31.3短路计算的目的31.4短路的后果52电力系统三相短路电流计算2.1电力系统网络的原始参数2.2制定等值网络及参数计算标幺制的概念有三级电压的的网络中各元件参数标幺值的计算计算各元件的电抗标幺值.1.1系统的等值网络图122.3短路电流计算曲线的应用122.4故障点短路电流计算1.41点三相短路143点短路.163电力系统不对称短路电流计算193.1对称分量法的应用193.2各序网络的制定20.同步发电机的各序电抗20.322变压器的各序电抗213.3不对称短路的分析23不对称短路三种情况的分析 23正序等效定则26不对称短路时短路点电流的计算

2、274结论335总结与体会356谢辞367参考文献38/、八1前言在电力系统的设计和运行中，都必须考虑到可能发生的故障和不正常运行的情况，因为它们会破坏对用户的供电和电气设备的正常工作，而且还可能对人生命财产产生威胁。从电力系统的实际运行情况看，这些故障绝大多数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。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（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。1.1短路的原因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

3、来的设备缺陷发展成短路等；（2）气象条件恶劣，例如雷击造成的网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闸，线路或设备检修后未拆除接地线 就加上电压等；（4）其他，如挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。1.2短路的类型在三相系统中，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短路，系统各项与正常运行时一样仍处于对称状态 。 其他类型的短路都是不对称短路。电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，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

4、足够的 重视。况且，从短路计算方法来看，一切不对称短路的计算，在采用对称分量法后， 都归结为对称短路的计算。因此，对三相短路的的研究是具有重要意义的。1.3短路计算的目的在电力系统的设计和电气设备的运行中，短路计算是解决一系列问题的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；计算指定时刻的短路电流有效值以校验断路器的断流能力等 。（2） 为了合理地配置各种继电保护和自动装置并确定其参数 ，必

5、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，研究短路对用户工作的影响等，也含有一部分 短路计算的内容此外，确定输电线路对通讯的干扰，对已发生故障进行分析，都必须进行短路计 算。在实际工作中，根据一定的任务进行短路计算时，必须首先确定计算条件。所谓 计算条件，一般包括，短路发生时系统的运行方式，短路的类型好发

6、生的地点，以及 短路发生后所采取的措施等。从短路计算的角度来看，系统运行方式指的是系统中投 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联接的情况，计算不对称短路时，还包括中性点的运行状态。对于不同的计算目的，所采用的计算条件 是不同的。1.4短路的后果随着短路类型、发生地点和持续时间的不同，短路的后果可能指破坏局部地区的 正常供电，也可能威胁整个系统的安全运行。短路的危险后果一般有以下的几个方 面：（1） 短路故障使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

7、，短路持续时间较长时，设备可能过热以致损坏。（3） 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，它的电磁转矩同端电压的平方成正比，电压下降时，电动机的电磁转矩显 著减小，转速随之下降。当电压大幅度下降时，电动机甚至可能停转，造成产品报废， 设备损坏等严重后果。（4） 当短路发生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，造成大片地区停电。这是短路故障最严重后果。（5）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附近的通讯线路或铁道讯号系统等会产生严重 的影响。2电力

8、系统三相短路电流计算2.1电力系统网络的原始参数T1230kVT2terf315.75kVG1S2L1L3flT4T3G2G3图2.1电力系统接线图电力系统接线如上图所示,S2为无穷大电源系统，电抗为零o发电机G1 -G2为汽轮发电机，每台 400MVA，Xd =0.285，负序电抗 X2 =0.29 ；发电机G3为水轮发电机，280MVA，Xd =0.203，负序电抗X2 =0.22 ；变压器 Ti、T2 ,每台 410MVA , Vs %=14.6 , xo Pi ;T3 变压器,260MVA , Vs %=14.1 , xo Xi ；T4 变压器,360MVA , Vs %=8.3 ,

9、Xo Xi ；Li 线路，180km , xi =0.405 Q /kmxo 3xi ;L2 线路,220km , xi =0.33 Q /km x0 3xi ;L3 线路,95km , xi =0.405 Q /kmx0 3xi ;2.2制定等值网络及参数计算标幺制的概念在一般的电路计算中，电压、电流、功率和阻抗的单位分别用 V, A , W ,Q表 示，这种用实际有名单位表示物理量的方法称为有名单位制。在电力系统计算中，还广泛的使用标幺制。标幺制是相对单位制的一种，在标幺制中各物理量都用标幺值表 示。标幺值定义由下式给出：(2-i )实际有名值（任意单位 ）基准值（与有名值同单位）由此可见

10、，标幺值是一个没有量纲的数值，对于同一个实际的有名值，基准值选 得不同，其标幺值也就不同。因此，当我们说明一个量的标幺值时，必须同时说明它 的基准值，否则，标幺值的意义是不明确的。当选定电压、电流、功率和阻抗的基准值分别为 Vb,Ib,Sb和Zb时，相应的标幺值 如下：VV*VbI*II BS*S -P jQSBSB*R jXZbZbSBZ： jZXBP j”SB二 P*jQR* jXW 2)J2-2标幺值的选择在电力系统分析中，主要涉及对称三相电路计算。计算时习惯上多采用线电压 V,线电流I，三相功率S和一相等值阻抗Z，各物理量之间存在下列关系：V = . 3ZI 二.3/ P厂V、S -

11、3VI 二 3 SP |同单相电路一样，应使各量基准值之间的关系与其有名值间的关系具有相同的方 程式:V B =3 Z B I B 二 3V P 岀Sb = 3V B I B 二 3V P 岀 I B = 3 Sp 出选择在标幺制中便有V* 二 z* I * =V p*S* =V* I * 二 Sp*由此可见，在标幺制中，三相电路的计算公式与单相电路的计算公式完全相同线电压和相电压的标幺值相等，三相功率和单相功率的标幺值相等在选择基准值时，习惯上也只选Vb和Sb 。由此得:Vb 乂ZB 3|bSbSb3Vb这样，电流和阻抗的标幺值则为：3VB1SbR+ jx乙NH5)S.+ jx_SB2J入2

12、Vb VbJ采用标幺值进行计算，所得结果最后还要换算成有名值，其换算公式为:v WbSbVb(6)1 二 |*| B = |*S = S*Sb2(R* jx*Sb有三级电压的的网络中各元件参数标幺值的计算T-2T-1IICOHNCI(a)k2:1XCk1*:1(c)XC*图2.2有三段不同电压等级的输电系统电力系统中有许多不同电压等级的线路段 ，它们由变压器来耦联。图2.2（a）表 示了由三个不同电压等级的电路经两台变压器耦联所组成的输电系统 ，略去各元件的 电阻和变压器的励磁支路，可以算出各元件的实际有名值，变压器的漏抗均按原方绕组电压计算，这样我们就得到各元件电抗用实际有名值表示的等值电路

13、，如图2.2（b）所示，图中2Vg(n) Xg = Xg(n)*-Sg(n)Xt2Vti（n i） 二 Xti（n）*St1（n）V（njV（n 丿2Xr% V R(N)X厂100拐畑Xt2Vt2（n 丿=Xt2（n）*St2（n）Vt2(NiI)Vt2(NI)Xl和Xc分别是架空线路L和电缆线路C的实际电抗百分值也是一种相对单位制，对于同一物理量，如果基准值相同，则百分值=100 X标幺值，对于变压器，其标幺电抗XT（N）*常用下式计算：_Vs%Xt（n）* - 100由于三段电路的电压等级不同，彼此间只是通过磁路耦合而没有直接的电气联系，可以对各段电路分别选基准电压。假定分别选 Vb（ i

14、） Vb （n） ， Vb（皿），至于功率，整个输电系统用统一，所以各段的基准功率都为Sb。选定基准电压后，可对每一元件都按各段的基准电压用公式（5）将其电抗的实际有名值换算成标幺值，即XG* 二 XgSb2V bi )Sb2V B(I)Xl* 二 XlSb2V B(n)St 2* 一 Xt_s22VB(n )Xr* 二 Xr2V B(n )k=Vt/ni)VT(Nn)kB(i n )Vb (i) V b ( n)k2=Vt/n n) Vt/nm)kB(n)V b ( n)V b (皿)(7)用标幺参数表示的等值电路如图（c）所示，其中变压器kB（ i - n） =V b（ i）/Vb（ n）为第I段和第II段的