电力系统发生简单不对称短路时电流的计算毕业论文.doc

《电力系统发生简单不对称短路时电流的计算毕业论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力系统发生简单不对称短路时电流的计算毕业论文.doc（50页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、毕 业 论 文（设 计） 届 电气工程及其自动化 专业 班级题 目电力系统发生简单不对称短路时电流的计算 姓 名 学号 指导教师 职称 内 容 摘 要随着电力事业的快速发展,电力电子新技术得到了广泛应用,出于技术、经济等方面的考虑,500KV及以上的超高压输电线路普遍不换位,再加上大量非线性元件的应用电力系统的不对称问题日益严重。因此电力系统不对称故障分析与计算显得尤为重要。基于对称分量法的基本理论，对称分量法采取的具体方法之一是解析法，即把该网络分解为正、负、零序三个对称序网，这三组对称序分量可分别按对称的三相电路分解。计算机程序法。通过计算机形成三个序网的节点导纳矩阵，然后利用高斯消去法通

2、过相应公式对他们进行数据运算,即可求得故障点的等值阻抗。最后根据故障类型选取相关公式计算故障处个序电流，电压，进而合成三相电流电压。进行了参数不对称电网故障计算方法的研究。通过引计算机算法，系统介绍电网参数不对称的计算机算法方法。根据断相故障和短路故障的特点，通过在故障点引入计算机算法，给出了各种断相故障和短路故障的仿真计算。此方法以将故障电网分为对称网络不对称网络两部分，在程序法则下建立起不对称电网故障计算统一模型，根据线性电路的基本理论,并借助于相序参数变换技术完成故障计算。关键词:参数不对称;电网;故障计算AbstractWith the rapid development of pow

3、er industry ,power electronic technology has been widely used;For technical and economic consideration ,500kV and above transmission lies are generally not transposition ,together with the application of a large number of nonlinear ,the power system the growing problem of asymmetry .therefore ,asymm

4、etric power system fault analysis and calculation is very important .Based on the basic theory of symmetry is one of the specific method to resolve the law ,that to the network is decomposed into positive,negative and zero sequence network of the three symmetric sequence ,these three groups of symme

5、try by symmetry sequence components,respectively Decomposition of three-phase circuits.Computer procedure .Sequence of three computer -based network node admittance matrix,and then use the appropriate formula by Gauss elimination method for data on their operations,one can fault endpoint equivalent

6、impedance.Finally,select the associated fault type fault Department calculated the sequence current voltage,and then synthesis of three-phase voltage and current.Parameters were calculated asymmetry of power failure.By means of a computer algorithm,the system describes a computer algorithm for asymm

7、etric network parameters method.And under short circuit fault in the characteristic of the point of failure through the introduction of computer algorithms,given the various short-circuit fault and the simulation.This method to the fault network is divided into two symmetrical parts of the network a

8、nd not the network,rules of procedure established under the unified model of asymmetric fault calculation,according to the basic theory of linear circuits,and with the help transform the completion of the order parameter phase fault calculation.Key Words: Parameters of asymmetry,power, fault calcula

9、tion 目 录 前言 电力系统的安全、稳定、经济运行无疑是历代电力工作者所致力追求的，但是从电力系统建立之初至今电力系统就一直伴随着故障的发生而且电力系统的故障类型多样。所以电力系统故障分析计算方法历来一直是学术研究的热点，其为预防及消除电力系统的故障准备必要的理论知识。 引起电网不对称的原因：超高压架空输电线路不换位、变压器结构不对称、交直流变换器的存在、系统负荷不对称、系统中存在非线性元件。 建立用于故障分析的网络的数学模型是计算机编程计算的基础。选择合适的数学模型直接关系到故障分析计算的优劣。当前一般采用节点导纳矩阵或节点阻抗矩阵作为原网络数学模型。节点导纳矩阵描述的是网络的短路参数，

10、只包含网络的局部信息，因而具有较好的稀疏性。 因此，节点导纳矩阵主要用于解题规模为主要矛盾的情况，节点阻抗矩阵要运用于进行大量故障计算的情况。随着计算机技术的快速发展，特别是计算机内存容量的扩大和计算速度的提高，节点阻抗矩阵的解题规模和解题速度都有了很大的提高，一般可以满足大多数电网故障分析计算的需要。 电网中的故障可以分为两大类：简单故障和复杂故障。复杂故障一般可以由两种或两种以上的简单故障组合而成，简单故障又分为对称故障和不对称故障；而不对称故障又可以分为短路故障（横向故障）和短路故障（纵向故障）。故障计算方法总体上可以划分为两种：一种解析法，另一种计算计算法。1 电力系统短路故障的基本知

11、识1.1短路故障的概述 在电力系统运行过程中，时常发生故障，其中大多数是短路故障。所谓短路，是指:是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地（或中性线）之间的连接。除中性点外，相与相或相与地之间都是绝缘的。电力系统可分为三相短路、单相接地短路、两相短路和两相接地短路等。三相短路的三相回路依旧是对称的，故称为对称短路；其他的几种短路的三相回路均不对称，故称为不对称短路。电力系统运行经念表明，单项短路占大多数。上述短路均是指在同一地点短路，实际上也可能在不同地点同时发生短路，例如两相在不同地点接地短路。引起短路的主要原因主要是电气设备载流部分老化，如果预防行的绝缘实验没有进行，或者进行的不够

12、仔细，则由于绝缘的自然老化就可能发生这种情况。绝缘损坏还可能由于过电压（雷击等）和任何机械损伤（如掘沟时损伤电缆等）所引起。运行人员的误操作（如未拆地线就合闸，或者带负荷拉隔离刀闸等）也要引起故障。鸟兽跨越裸露的载流部分时，也会造成短路。依照短路发生的地点和持续时间不同，它的后果可能使用户的供电情况部分地或全部地发生故障。当在有由多发电厂组成的电力系统发生短路时，其后果更为严重，由于短路造成电网电压的大幅度下降，可能导致并行运行的发电机失去同步，或者导致电网枢纽点电压崩溃，所有这些可能引起电力系统瓦解而造成大面积的停电事故，这是最危险的后果。 短路问题是电力技术方面的基本问题之一。在发电厂、变

13、电站以及整个电力系统的设计和运行工作中，都必须事先进行短路计算，以此作为合理选择电气接线、选用有足够热稳定度和动稳定度的电气设备及载流导体、确定限制短路电流的措施、在电力系统中合理的配置各种各种继电保护并整定其参数等的重要依据。为此计算短路时各种运行参量（电流、电压等）是非常必要的。1.2 标幺制 在短路计算中，各电气量如电流、电压、电阻、电抗、功率等数值，可以用有名值表示，也可以用标幺值来表示。为了计算方便，通常在1KV以下的低压系统中用有名值，而在高压系统中由于有多个电压等级，存在电抗换算问题，宜采用标幺。 1.2.1 标幺制的概念 所谓标幺制，就是各个物理量均用标幺值来表示的一种相对单位

14、制。某一物理量的标幺值，等于它的实际值A与所选定的基准值的比值，即 （1.1） 在进行标幺值计算时，首先选定基准值。基准值原则上可以随意选定，但因物理量之间有内在的必然联系，所以并非所有的基准值都可以任意选取。在短路计算中经常用到的四个物理量容量S、电压U、电流I和电抗X。通常选定基准容量和基准电压则基准电流和基准电抗分别为 （1.2） （1.3） 为了计算方便，常取基准容量=100MV.A ,基准电压用各级线路的平均额定电压，即。所谓线路平均额定电压，是指线路始端最大额定电压与线路末端最小额定电压的平均值。如表1.1所示 表1.1线路的额定电压与平均额定电压额定电压 0.220.383610

15、3560110220330平均额定电压0.230.43.156.510.53763115230345 在产品样本中，电力系统中各电气设备如发电机、变压器、电抗器等所给出的标幺值，都是以其本身额定值为基准的标幺值或百分值。由于各电器设备的额定值往往不尽相同，基准值不同的标幺值是不能直接进行运算的，因此，必须把不同基准值的标幺值换成统一基准值的标幺值。 1.2.2 电力系统各元件电抗标幺值的计算1 发电机电抗标幺值 (1.4)式中 发电机电抗百分数，有发电机的名牌参数得; -已设定的基准容量（基值功率），; -发电机额定容量。2 负载电抗标幺值 (1.5) -元件所在网路的电压标幺值； -负载容量

16、标幺值； -负载无功功率标幺值。3 变压器电抗标幺值 (1.6)在变压器中电抗，即忽略，因此在变压器中主要是指电抗，有变压器电抗有名值推出变压器电抗标幺值为 (1.8)式中 -变压器阻抗电压百分数； -基准容量，; 、-变压器名牌参数给定额定容量，、额定电压，KV; -输电线路取平均电压，KV。4 线路电抗标幺值 (1.8)式中 -线路单位长度电抗； L-线路长度，km； -基准容量，； -输电线路额定品均电压，基准电压，KV。 输电线路的等值电路中有四个参数，一般电抗，故，由于不做特殊说明，故电导、电纳一般不计，故而只求电抗标幺值。1.3 短路次暂态电流及短路功率1 短路次暂态电流标幺值（）

17、 和短路次暂态电流（） = (1.9) = 式中 -短路点的总阻抗标幺值；-短路点所在网络的电动势标幺值近似取短路点所在网络的电压标幺值（本论文取）。2. 短路冲击电流（） （1.10） 式中-短路电流冲击系数，主要取决于电路衰减时间常数和短路故障的时刻。其范围为，高压侧网络一般取=1.8。= 。3 各种短路故障点短路电流为 = （1.11） = (KA)式中-比例系数，单线接地短路，两相短路，两相接地短路时;-基准容量为时，的基准值，KA;-各短路故障的基准容量，其值为 =() (1.2) 式（1.2）中（n）=(1)时，单相接地短路，为短路点总正序阻抗标幺值=,为短路点总负序阻抗标幺值=，

18、为短路点总零序阻抗标幺值=；（n）=(2)时两相短路，零序阻抗=0（=0）；（n）=(2)时，两相接地短路，此时在无限大容量系统中，由于系统母线电压保持不变，所以短路后任何时刻的短路电流周期分量有效值（习惯上用表示）始终不变，所以有 4 短路容量（功率）计算 =如用标幺值表示，则为 式中 -短路点的总阻抗； -基准容量，； -基准电流， ； -平均电压，=，。2 对称分量法及其应用 2.1 对称分量法 人们在长期实践中发现，一组不对称的三相量可以看成是三组不同的对称三组向量之和。在线相电路中，可以用叠加原理，对这三组对称分量分别按三相电路去解，然后将其结果叠加起来，就是不对称三相电路的解答，这

19、个方法叫做对称分量法。 设为三相系统中任意一组不对称的三相向量、可分解为三组对称的三序分量如下： = + =+ (2.1) =+三相序分量如图2.1所示。 . . Fa(1) Fa(2) . . . Fa(0)Fb(0)Fb(0) w v 1200 . 1200 1200 1200 1200 Fb(2) 1200 . . . FC(1) Fb(1) Fc(2) 正序 负序 零序 图2.1 三序分量 正序分量：、三相的正序分量大小相等，彼此相位互差1200，与系统正常对称运行方式下的相续相同，达到最值得顺序abc，在电机内部产生正转磁场，这就是正序分量。此正序分量为以平衡的三相系统，因此有：+=

20、0。 负序分量：、三相的负序分量大小相等，彼此相位互差1200，与系统正常对称运行方式下的相序相反，达到最大值的顺序abc，在电机内部产生反转磁场，这就是负序分量。此负序分量为以平衡的三相系统，因此有：+=0。 零序分量：、三相的零序分量大小相等，相位相同，三相的零序分量同时达到最大值，在电机内部产生漏磁，其合成磁场为零。这就是零序分量。如果以a相为基准相，各序分量有如下关系：正序分量 = =负序分量 = =零序分量 = =其中=+ =1+=0 +=1 =1于是有： =+ =+ （2.2） =+ 1 1 1 = 1 (2.3) 1 1 a a2 其逆关系式为： = 1 a2 a (2.4) 1

21、 1 1 这样根据式（2.3）可以把三组三相对称向量合成三个不对称向量，而根据式（2.4）可以把三个不对称向量分解成三组对称向量2.2 对称分量法的应用 电力系统的正常运行一般是对称的，它的三相电路的参数相同，各相的电流、电压对称，这就是说只有正序分量存在。当电力系统的某一点发生不对称故障时，三相电路的对称条件受到破坏，三相对称电路就成为不对称的了。此时，可用对分量法，将实际的故障系统变成三个互相独立的序分量系统，而每个序分量系统本身又是三相对称的，从而就可以进行计算了。 图2.2 简单系统单相接地故障图 如图2-2所示的简单系统发生单相接地短路故障。应用对称分量法，可绘出三序网图（三序等值电

22、路图），如图2-3所示为最简化的三序网图，三序网的参数可分为正序、负序、零序。图中分为正序阻抗、负序阻抗、零序阻抗。 图2-3简化三序网图 列出电压方程： （2-5） 由此可见，应用对称分量法进行不对称故障计算时，其关键问题是先求出各序网络的等效电抗（即要求出系统中各主要原件（发电机，变压器，线路等）的各序电抗值），然后根据短路的类型，边界条件，把正，负，零序网连接成串，并联的形式，从而可求出电流，电压的各序分量，再应用对称分量法进而可求出各相电流和电压等【3】。3 简单不对称短路的分析与计算3.1解析法电力系统发生不对称故障时，无论是单相接地短路，还是两相短路，两相短路接地，只是短路点的电压

23、，电流出现不对称，利用对称分量法将不对称的电流电压分解为三组对称的序分量，由于每一序系统中三相对称，则在选好一相为基准后，每一序只需要计算一相即可，用对称分量法计算电力系统的不对称故障。其大概步骤如下：（1）计算电力系统各个 原件的序阻抗；（2）制定电力系统的各序网络；（3）由各序网络和故障列出对应方程；（4）从联立方程组解出故障点电流和电压的各序分量，将相对应的各序分量相加，以求得故障点的各相电流和电压；（5）计算各序电流和各序电压在网络中的分布，进而求得各指定支路的各相电流和指定节点的各相电压。3.1.1单相（a相）接地短路单相接地短路时的系统接线图如图3-1所示，故障处的三相的边界条件：

24、 图3-1 单相接地短路时的等值接线图 用对称分量表示为： (3.1) 即有： （3-2）根据单相接地短路时的边界条件（式3-1，式3-2）连接复合网，如图3-2所示。由复合网图可以写出各序分量： 图3-2单相接地短路时的复合序网 ( 3.3) 于是可以用对称分量法得到短路点的各相电流电压： (3.4) 短路点电流，电压的相量图如图3-3所示。这里按纯电感性电路画的，电流滞后电压，若不是纯电感电路，则电流与电压角度由的阻抗角决定，一般小于。在相量图中，将每相的序分量相加，得各相电流电压的大小和相位。 图3-3 单相接地时短路处的电流，电压的相量图3.2 两相（b,c相）短路 两相短路的系统接线

25、如图3-4所示，在k点发生b，c两相短路。短路点的边界条件： 图3-4两相短路等值接线图 用对称分量表示为： (3.5) 于是有： (3-6)由式（3-6）可知，故障点不与大地相连，零序电流无通路，因此无零序网络。复合网络是正负序网并联后的网络。如图3-5所示： 图3-5两相短路的复合序网图从复合序网中可以直接求出电流，电压的各序分量： （3-7） 由对称分量法可求得短路点各相电流和电压为： （3-8） 短路点电压和电流的相量图。如图3-6所示，这里任然是纯电感电路。电流滞后电压。 图3-6两相接地短路点电流和电压相量图3.1.3两相（b相和c相）短路 接地 两相短路接地时系统接线图如图3-7

26、所示，短路点的边界条件为：图3-7两相短路接地的等值接线图 用对称分量表示为： （3-9） 由（3-9）可以画出两相短路接地的复合序网图是三个序网并联，如图3-8所示。根据复合序网可求出电流，电压各序分量： 图3-8两相短路接地的复合序网图 （3-10）用对称分量法合成各相电流、电压为： （3.11） 短路点流入地中的电流为： （3-12） 短路点电压，电流的相量图，如图3-9所示。这里任然是纯电感电路。电流滞后电压。 图3-9两相接地短路处的电压电流相量图3.1.4 正序等效定则所有短路类型短路电流的正序分量可以统一写成： （3-13）表示附加电抗，上角标（n）代表短路类型短路电流的绝对值与

27、正序分量的绝对值成正比，即 式中为比例系数，其值视短路类型而定如表3-1表3-1 短路类型短路类型 f(n)两相短路接地f(1,1)三相短路f(3)01两相短路f(2)单相短路 f(1)3以下计算（即这两个符号意义相同）。4 简单不对称短路的分析与计算计算机计算程序法4.1简单故障的计算程序原理框图 1如果要求准确计算故障前的运行情况，则需要进行潮流计算，在近似使用计算中，对短路故障可假设节点UI0I.均为1IGI 2这里采用形成节点导纳矩阵的方法。发电机的正序电抗用Xdn,可计算故障后瞬时量。发电机的负序的电抗近似等于Xdn.当计算中不计负何影响时，在正，负序网络中不接负何阻值。如果记及负何

28、影响时，负何的正序阻抗可通过其额定功率和电压计算。负何阻抗很难却确定，一般取X2=0.35以负何额定功率为基准。负何的中性点一般不接地，零序无通路 3形成三个序网的节点导纳矩阵后，利用公式3-19和高斯消去法可求得 ,即为Z1f Znf .对于短路故障，只需令 =1 （其余节电电流均为零），分别应用高斯消去法求解一次所得电压，即为三序网和f点有关节点阻抗。（4）根据不同短路故障，可分别应用 表3.1中 相应公式计算故障处各序电流，电压，进而合成得三相电流，电压。（5）计算网络中任一点电压时，负序和零电压只须计算由故障点电流引起的电压。对于正序则还需要加上正常运行时的电压。表4-1不对出故障处的

29、各序电流电压计算公式。故障类型故障端口各序电流公式故障端口各序电压公式单相接地短路两相短路两相接地短路下图4-1即为不对称短路计算原理图：输入数据 形成网络节点导纳矩阵 选择短路点短路点注入单位电流时应用高斯消去法解各点电压即应用式表（4-1）中各种故障对应电流公式计算应用节点电压公式计算任一节点电压应用节点电压公式计算任一节点电流结束 图3.10 不对称短路计算程序框图4.2网络节点方程的形成计算机编程计算中，考虑了对地电容和变压器的实际变比7。（1） 导纳计算公式如下： 对角线元素 （ ，） （3.15）非对角线元素 （，） （3.16）式中 i， j-第i , j节点 、-第i,j 节点

30、电流电压变压器支路的导纳变化 （高压侧） （3.17） （3.18） 4） 网络节点方程的形成5） 矩阵表达式 网络节点方程 （3.19） (3.20)4 电力系统不对称短路计算实例4.1 两种计算方法的实例分析 例1 已知量如图4.1中所示数据，现求取节点K1单相接地短路时和节点K2两相短路时的短路电流，冲击电流以及短路容量。图5-1系统电路图 方法一：解析法取基准容量 100MV.A; 基准电压 （）等值电路图如图4.2图4.2等值电路图1 各原件电抗标幺值计算 ： 取 100MV.A, 。（1）发电机。发电机G1电机电抗标幺值由式（1.4）得： 正序电抗标幺值等于负序电抗标幺值等于零序电

31、抗即： =发电机G2的正序电抗标幺值由式（1.4）得到 正序电抗标幺值等于负序电抗标幺值等于负序电抗即：=0.416。对下标的说明：各原件下标括号外的数字表示为第几个原件，括号内的数字1，2，0分别为正序，负序，零序。例如，X第一个原件（负序） （2）负载。负载电抗标幺值由式（1.5）得;负载（负何）正序电抗标幺值;负序电抗标幺值;零序电抗标幺值. （3）变压器。由式（1.6）得：T1变压器正序电抗标幺值X2: ; 正序电抗标幺值等于负序电抗标幺值等于零序电抗标幺值。即 。变压器正序电抗标幺值： ;即（每台） 。变压器正序电抗标幺值: ; .（4） 线路。由式（1.8）得：L1线路的正序电抗标

32、幺值X3: ; ; ；L2线路的正序电抗标幺值X6: ; ; L3 线路的正序电抗标幺值X8: ; ; . 2不对称短路电流的计算1) 各序电抗标幺值计算（1） 正序等值电路图正序等值电路图如图5-3所示图4.3 正序等值电路图短路点K1正序标幺值为：）/）=0.221短路点K2正序标幺值为： ）/ ）=0.339（2） 负序等值电路图负载的负序电抗标幺值；其他原件的负序电抗标幺值等于正序标幺值，如图4.4所示：图 4.4负序等值电路图短路点K1负序标幺值为：=0.618短路点K2负序标幺值为：=0.313（3） 零序等值电路图负载的零序电阻抗标幺值；线路的零序电抗标幺值等于分别为：; ; .其他原件的零序阻抗标幺值等于正序标幺值，如图4.5所示图5-5零序等值电路图短路点K1零序标幺值为:短路点K1零序标幺值为:K1点单相接地短路；K2点两相短路： 方法二、计算机程序法1. 由式, 得到：；2. 正序导纳标幺值Y矩阵Y矩阵的形成：正序电抗标幺值和对地电容标幺值的等值电路图如图4.6所示：图4.6正序电抗标幺值和对地电容标幺值的等值电路图正序导纳矩阵如下：对地导纳式如下（5-1）： 其中，是图5-6节点13得对地导纳之半， ，分别为节点35，36的导纳之半【9】.Y矩阵的元素为：;；