課程設計--電力系統(tǒng)短路電流的計算

1、<p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　題目名稱： 某系統(tǒng)短路計算 </p><p>　　系 部： </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　學生姓名： </p>&l

2、t;p>　　學 號： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　完成日期： </p><p>　　電力工程系課程設計任務書</p><p>　　16/17學年 2學期2017 年 5 月26日</p><p>　　

3、教研室主任（簽名） 系（部）主任（簽名） 年 月 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　電能是現(xiàn)代社會中最重要，也是最方便的能源。電能具有許多優(yōu)點，它可以方便地轉(zhuǎn)化為別種形式的能，它的輸送和分配易于實現(xiàn)；它的應用規(guī)模也很靈活?！　‰娏ο到y(tǒng)正常運行的破壞多半是由短路故障引起的。發(fā)生短路時，系統(tǒng)從一種狀

4、態(tài)劇變到另一種狀態(tài)，并伴隨產(chǎn)生復雜的暫態(tài)現(xiàn)象。所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或相與地發(fā)生通路的情況?！　≡谌嘞到y(tǒng)中，可能發(fā)生的短路有：三相短路、兩相短路、兩相短路接地和單相接地短路?！　τ诟鞣N不對稱短路，都可以對短路點列寫各序網(wǎng)絡的電勢方程，根據(jù)不對稱短路的不同類型列寫邊界條件方程。聯(lián)立求解這些方程可以求得短路點電壓和電流的各序分量。關鍵詞：短路 各序網(wǎng)絡 不對稱短路</p><p><

5、b>　　目 錄</b></p><p>　　1 課程設計的題目及目的1</p><p>　　1.1 課程設計選題1</p><p>　　1.2 課程設計的目的1</p><p>　　2 短路電流計算的基本概念和方法2</p><p>　　2.1 基本概念的介紹2</p>&l

6、t;p>　　2.2 電力系統(tǒng)各序網(wǎng)絡的制定2</p><p>　　2.3 不對稱三相量的分解3</p><p>　　2.4 短路電流計算的基本方法4</p><p>　　3 計算過程及步驟6</p><p>　　3.1 系統(tǒng)C的正序電抗的計算6</p><p>　　3.2 K點發(fā)生接地短路的電流計算8

7、</p><p>　　3.3 短路時發(fā)電機和系統(tǒng)C故障電流計算10</p><p><b>　　4 仿真實驗13</b></p><p>　　4.1 基于公用資源的交直流電力系統(tǒng)分析程序包有以下應用功能13</p><p>　　4.2 仿真結(jié)果部分截圖14</p><p><b>

8、;　　5 結(jié)果分析18</b></p><p>　　5.1 短路電流計算結(jié)果的應用 18</p><p>　　5.2 影響短路電流的因素及限制短路電流的措施 19</p><p><b>　　總 結(jié)20</b></p><p><b>　　致 謝21</b>

9、</p><p>　　1 課程設計的題目及目的</p><p>　　1.1 課程設計選題</p><p>　　如圖所示發(fā)電機G，變壓器T1、T2以及線路L電抗參數(shù)都以統(tǒng)一基準的標幺值給出，系統(tǒng)C的電抗值是未知的，但已知其正序電抗等于負序電抗。在K點發(fā)生a相直接接地短路故障，測得K點短路后三相電壓分別為，，。試求：</p><p>　?。?）系

10、統(tǒng)C的正序電抗；</p><p>　?。?）K點發(fā)生a相接地短路和bc兩相接地短路時故障點電流；</p><p>　　（3）K點發(fā)生a相接地短路和bc兩相接地短路時發(fā)電機G和系統(tǒng)C分別提供的故障電流（假設故障前線路電流中沒有電流）。</p><p><b>　　圖1.1</b></p><p>　　1.2 課程設計的目的

11、</p><p>　　1. 鞏固電力系統(tǒng)的基礎知識；</p><p>　　2. 練習查閱手冊、資料的能力；</p><p>　　3．熟悉電力系統(tǒng)短路電流的計算方法和有關電力系統(tǒng)的常用軟件。</p><p>　　2 短路電流計算的基本概念和方法</p><p>　　2.1 基本概念的介紹</p><p

12、>　　1.在電力系統(tǒng)中，可能發(fā)生的短路有：三相短路、兩相短路、兩相短路接地和單相短路。三相短路也稱為對稱短路，系統(tǒng)各相與正常運行時一樣仍處于對稱狀態(tài)。其他類型的短路都屬于不對稱短路。</p><p>　　2.正序網(wǎng)絡:通過計算對稱電路時所用的等值網(wǎng)絡。除中性點接地阻抗、空載線路（不計導納）以及空載變壓器（不計勵磁電流）外，電力系統(tǒng)各元件均應包括在正序網(wǎng)絡中，并且用相應的正序參數(shù)和等值電路表示。</p&

13、gt;<p>　　3.負序網(wǎng)絡：與正序電流的相同，但所有電源的負序電勢為零。因此，把正序網(wǎng)絡中各元件的參數(shù)都用負序參數(shù)代替，并令電源電勢等于零，而在短路點引入代替故障條件的不對稱電勢源中的負序分量，便得到負序網(wǎng)絡。</p><p>　　4.零序網(wǎng)絡：在短路點施加代表故障邊界條件的零序電勢時，由于三項零序電流大小及相位相同，他們必須經(jīng)過大地（或架空地線、電纜包庇等）才能構(gòu)成回路，而且電流的流通與變壓器

14、中性點接地情況及變壓器的解法有密切關系。</p><p>　　2.2 電力系統(tǒng)各序網(wǎng)絡的制定</p><p>　　應用對稱分量法分析計算不對稱故障時，首先必須做出電力系統(tǒng)各序網(wǎng)絡。為此，應根據(jù)電力系統(tǒng)的接線圖，中性點接地情況等原始資料，在故障點分別施加各序電勢，從故障點開始，逐步查明各序電流流通的情況。凡是某一序電流能流通的元件，都必須包括在該序網(wǎng)絡中，并用相應的序參數(shù)和等值電路表示。除中

15、性點接地阻抗，空載線路以及空載變壓器外，電力系統(tǒng)各元件均應包括在正序網(wǎng)絡中，并且用相應的正序參數(shù)和等值電路表示，如圖2所示；負序電流能流通的元件與正序電流的相同，但所有電源的負序電勢為零。因此，把正序網(wǎng)絡中各元件的參數(shù)都用負序參數(shù)代替，并令電源電勢等于零，使得到的負序網(wǎng)絡如圖3 所示；在短路點電流施加代表故障邊界的零序電勢時，由于三相零序電流大小及相位相同，他們必須經(jīng)過大地才能構(gòu)成通路，而且電流的流通與與變壓器中性點接地情況及變壓器的接

16、法有密切的關系。如圖4所示。利用各序的網(wǎng)絡圖可以計算出相應的序阻抗。</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)的正序網(wǎng)絡</p><p>　　圖2.2 系統(tǒng)的負序網(wǎng)絡</p><p>　　圖2.3 系統(tǒng)的零序網(wǎng)絡</p><p>　　2.3 不對稱三相量的分解</p><p>　　對稱分量法是分析不對稱故障的常用方法，根據(jù)對

17、稱分量法，一組不對稱的三相量可以分解為正序，負序，零序三相對稱的三相量。</p><p>　　在三相電路中，對于任意一組不對稱的三相相量（電壓或電流），可以分解為三組對稱的相量，當選擇a相作為基準相時；三相相量與其對稱分量之間的關系為:</p><p>　　式中，運算子，，且有，,，分別為相電流的正序，負序和零序分量，并且有：，。</p><p><b>

18、　　最后可以得到：</b></p><p>　　電壓的三相相量與其對稱分量之間的關系也與電流的一樣。</p><p>　　2.4 短路電流計算的基本方法</p><p>　　1.單相(a相)接地短路</p><p>　　單相接地短路是，故障處的三個相邊界條件為：</p><p>　　經(jīng)過整理后便得到用序量表

19、示的邊界條件為：</p><p>　　2.兩相（b相和c相）短路</p><p>　　b相和c相短路的邊界條件</p><p><b>　?。?； </b></p><p>　　經(jīng)過整理后便得到用序量表示的邊界條件為：</p><p>　　3. 兩相（b相和c相）短路接地</p>

20、;<p>　　b相和c相短路接地的邊界條件</p><p><b>　??； ； </b></p><p>　　經(jīng)過整理后便得到用序量表示的邊界條件為：</p><p><b>　　3 計算過程及步驟</b></p><p>　　3.1 系統(tǒng)C的正序電抗的計算</p>&

21、lt;p>　　應用對稱分量法分析各種簡單不對稱時，都可以寫出各序網(wǎng)絡故障點的電壓方程式 ，當網(wǎng)絡的各元件都只用電抗表示時，方程可以寫成：</p><p>　　式中，即是短路發(fā)生前故障電壓。</p><p>　　單相接地短路時，故障處的三個邊界條件為：</p><p><b>　　用對稱分量表示為：</b></p><

22、p>　　經(jīng)整理后便得到用序量表示的邊界條件為：</p><p>　　根據(jù)邊界條件(5)和方程式(4)。即能確定短路點電流和電壓的各序分量為</p><p>　　短路點非故障相得對地電壓為：</p><p>　　根據(jù)設計任務所給的已知條件代入(7)式得：</p><p>　?。?）式與(9)式相比并且將a2=-1-a代入兩式得：</

23、p><p>　　對(10)式進行化簡，最終得到：</p><p>　　由系統(tǒng)的各序網(wǎng)絡圖可得到：</p><p><b>　　最后可解得：</b></p><p><b>　　由此可得:</b></p><p>　　3.2 K點發(fā)生接地短路的電流計算</p><

24、;p>　?。?）當K點發(fā)生a相接地短路時故障點電流。</p><p>　　根據(jù)設計要求可以看出要求的是兩相短路接地的情況，故障處的相量邊界條件為：</p><p>　　=0， =0, =0</p><p>　　用序量表示的邊界條件為</p><p><b>　　最后得到：</b></p><p

25、><b>　　以及</b></p><p>　　短路點故障相的電流為零，短路點各處電壓從復合序網(wǎng)求的</p><p>　　短路點處三相電壓由下可得：</p><p><b>　　若忽略電阻</b></p><p>　　將 代入可得，再將它們分別代入可得 由邊界條件可得= =0。</p

26、><p>　?。?）當K點發(fā)生bc兩相接地短路時故障點電流。</p><p>　　根據(jù)設計要求可以看出要求的是兩相短路接地的情況，故障處的三個邊界條件為：</p><p>　　用序量表示的邊界條件為</p><p><b>　　最后得到：</b></p><p><b>　　以及</b

27、></p><p>　　短路點故障相的電流為</p><p>　　將 代入式(12)可得，再將它們分別代入式(14)可得和由邊界條件可得。 </p><p>　　3.3 短路時發(fā)電機和系統(tǒng)C故障電流計算</p><p><b>　?。?）a相接地短路</b></p><p>　　K點發(fā)生a相

28、接地短路時發(fā)電機G和系統(tǒng)C分別提供的故障電流(假設故障前線路電流中沒有電流)的計算。</p><p>　　將 以及分別代入可得</p><p>　　根據(jù)電流與阻抗成反比可以算出由系統(tǒng)C和發(fā)電機G提供的各序電流</p><p>　?。?）bc兩相接地短路</p><p>　　K點發(fā)生bc兩相接地短路時發(fā)電機G和系統(tǒng)C分別提供的故障電流：<

29、;/p><p>　　將 以及 分別代入式（13）可得</p><p>　　根據(jù)電流與阻抗成反比可以算出由系統(tǒng)C和發(fā)電機G提供的各序電流</p><p><b>　　同理可算出</b></p><p>　　根據(jù)式(3)可算出在abc三相中分別由系統(tǒng) C和發(fā)電機G提供的短路電流：</p><p><

30、b>　　同理可以算出</b></p><p><b>　　4 仿真實驗</b></p><p>　　本次仿真用PSASP軟件，PSASP基于電網(wǎng)基礎數(shù)據(jù)庫、固定模型庫以及用戶自定義模型庫的支持，可以進行電力系統(tǒng)（輸電、供電和配電系統(tǒng)）的各種計算分析。</p><p>　　4.1 基于公用資源的交直流電力系統(tǒng)分析程序包有以下應用

31、功能</p><p>　　潮流計算、暫態(tài)穩(wěn)定、短路電流、網(wǎng)損分析、電壓穩(wěn)定、靜態(tài)安全分析、靜態(tài)和動態(tài)等值、直接法暫態(tài)穩(wěn)定、小干擾穩(wěn)定、最優(yōu)潮流和無功優(yōu)化、參數(shù)優(yōu)化協(xié)調(diào)、繼電保護整定與仿真；主要特點:①交直流混合電力系統(tǒng)；②固定模型庫和用戶自定義模型庫支持；③提供用戶程序接口實現(xiàn)與用戶程序聯(lián)合運行；④文本和圖形兩種運行模式及多種形式的結(jié)果輸出；⑤開放友好的用戶程序接口環(huán)境；⑥PSASP提供用戶程序接口(UPI)環(huán)境

32、使PSASP模塊和用戶程序模塊聯(lián)合運行共同完成某一計算任務；⑦UPI為用戶提供了更加自由更加開放的環(huán)境即通過編程(語言工具不限如FORTRANC++等)；⑧利用PSASP的資源和實現(xiàn)PSASP的功能擴充；⑨利用Windows操作系統(tǒng)提供的動態(tài)連接庫(DLL)支持可以使UPI方式與PSASP內(nèi)部的固定模型方式在計算精度和時間上達到同樣的效果其中不少單位如清華大學浙江中試等應用UPI做了很多富有成效的科研工作。</p><

33、;p><b>　　潮流計算流程：</b></p><p>　　PSASP潮流計算的流程和結(jié)構(gòu)如下圖所示：</p><p>　　圖4.1PSASP潮流計算的流程圖</p><p><b>　　短路計算流程：</b></p><p>　　圖4.2 PSASP短路計算的流程圖</p>

34、<p>　　潮流計算、暫態(tài)穩(wěn)定、短路電流、網(wǎng)損分析、電壓穩(wěn)定、靜態(tài)安全分析、靜態(tài)和動態(tài)等值、直接法暫態(tài)穩(wěn)定、小干擾穩(wěn)定、最優(yōu)潮流和無功優(yōu)化、參數(shù)優(yōu)化協(xié)調(diào)、繼電保護整定與仿真。</p><p>　　4.2 仿真結(jié)果部分截圖</p><p>　　圖4.3 仿真主接線圖</p><p>　　圖4.4系統(tǒng)潮流分析</p><p>　　圖4.

35、5 BC兩相短路電流系統(tǒng)圖</p><p>　　圖4.6 各項元件參數(shù)報表</p><p>　　圖4.7 a相短路接地支路電流報告</p><p>　　圖4.8 故障母線視在阻抗報告</p><p>　　圖4.9 故障母線電壓報告</p><p>　　由于計算誤差以及PSASP仿真時發(fā)電廠、變壓器、母線、交流線等一系列

36、的參數(shù)只知道阻抗部分數(shù)據(jù)不統(tǒng)一，所以導致手算和PSASP短路計算出來的數(shù)據(jù)存在一定的差值。</p><p><b>　　5 結(jié)果分析</b></p><p>　　經(jīng)過計算可以看出系統(tǒng)在發(fā)生單相接地短路時與大小相同，相位相反。同樣在發(fā)生兩相短路接地時bc兩相的電流大小相等，相位相反；非短路相電流為零；而且有系統(tǒng)C和發(fā)電機G提供的短路電流大小相反。而短路相無論是系統(tǒng)C還是

37、發(fā)電機G它們的bc兩相大小相等，相位相反。</p><p>　　5.1 短路電流計算結(jié)果的應用 </p><p>　　1、正確選擇和校驗電器設備 </p><p>　　1）最大沖擊電流用于絕緣子、隔離開關、斷路器、電流互感器、電抗器等的動穩(wěn)定校驗； </p><p>　　2）最大穩(wěn)態(tài)短路電流用于絕緣子、隔離開關、

38、斷路器、電流互感器、變壓器、電抗器等的熱穩(wěn)定校驗；</p><p>　　3）最大沖擊電流用于斷路器選擇極限遮斷電流； </p><p>　　4）次暫態(tài)短路電流或0.2秒時短路電流用于斷路器選擇額定遮斷電流； </p><p>　　5）次暫態(tài)短路電流或全電流最大有效值用于熔斷器選擇額定遮斷電流； </p><p>

39、　　6）全電流最大有效值用于400伏低壓系統(tǒng)中，DZ（<0.02秒）型斷路器選擇額定遮斷電流； </p><p>　　7）次暫態(tài)短路電流用于400伏低壓系統(tǒng)中，DW（>0.02秒）型斷路器、熔斷器選擇額定遮斷電流； </p><p>　　2、正確選擇和校驗載流導體 </p><p>　　1）最大沖擊電流用于硬母線的動穩(wěn)定校驗

40、； </p><p>　　2）最大穩(wěn)態(tài)短路電流用于硬母線的熱穩(wěn)定校驗； </p><p>　　3）次暫態(tài)短路電流用于室外組合導線的搖擺計算； </p><p>　　4）最大穩(wěn)態(tài)短路電流用于室外軟導線的搖擺計算； </p><p>　　3、繼電保護的選擇和整定 </p><p

41、>　　1）保護安裝處的穩(wěn)態(tài)短路電流用于變壓器過電流保護裝置的靈敏度校驗； </p><p>　　2）保護安裝處的次暫態(tài)短路電流用于變壓器電流速斷保護裝置的靈敏度校驗； </p><p>　　3）保護安裝處的穩(wěn)態(tài)短路電流用于線路過電流保護裝置的靈敏度校驗； </p><p>　　4）保護安裝處的次暫態(tài)短路電流用于線路無時限電流速斷保

42、護裝置的靈敏度校驗； </p><p>　　5）保護安裝處的穩(wěn)態(tài)短路電流用于線路帶時限電流速斷保護裝置的靈敏度校驗； </p><p>　　4、確定系統(tǒng)中性點接地方式 </p><p>　　單相接地故障電容電流用于確定35KV及以下系統(tǒng)是采用不接地方式還是采用低電阻、高電阻、消弧線圈接地方式；</p><p>　

43、　5、接地裝置的設計 </p><p>　　1）接地裝置流入地中的最大短路電流周期分量用于選擇接地裝置的電阻； </p><p>　　2）發(fā)生最大接地短路電流時，流經(jīng)變電所接地中性點的最大接地短路電流用于計算接地裝置入地電流，</p><p>　　然后計算接地裝置的電位，包括接觸電位差和跨步電位差。   </p

44、><p>　　5.2 影響短路電流的因素及限制短路電流的措施 </p><p>　　1、影響短路電流的主要因素 </p><p>　　1）系統(tǒng)的電壓等級； </p><p>　　2）系統(tǒng)主接線形式及運行方式； </p><p>　　3）系統(tǒng)元件阻抗的大小及另序阻抗大?。ㄅc變壓器中性點

45、接地的數(shù)量和性質(zhì)有關）； </p><p>　　4）系統(tǒng)安裝的限流電抗器； </p><p>　　5）系統(tǒng)裝設的限流電器，如限流熔斷器、限流斷路器等。 </p><p>　　2、限制短路電流的主要措施 </p><p>　　1）電力系統(tǒng)的限流措施 </p><p>　　

46、① 提高電力系統(tǒng)的電壓等級； </p><p>　?、?分割系統(tǒng)，分割母線，如采用高壓配電網(wǎng)解環(huán)運行等；通過改變電網(wǎng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)來限制短路電流;是一種非常經(jīng)濟、有效且便于實施的方法。 </p><p>　　③ 在允許的范圍內(nèi)，增大系統(tǒng)的另序阻抗，限制單相短路電流； </p><p>　　2）變電所的限流措施 </p>

47、<p>　?、?變壓器分列運行； </p><p>　?、?在變電所的變壓器回路中裝設電抗器或分裂電抗器；</p><p>　?、?采用低壓側(cè)為分裂繞組的變壓器；</p><p>　?、?出線上裝設電抗器； </p><p>　?、?采用高阻抗變壓器。</p><p><b>

48、　　總 結(jié)</b></p><p>　　通過此次電力系統(tǒng)課程設計，我的理論知識和實際操作能力都得到了很大的提高。</p><p>　　本設計是要求三相輸電線路的短路電流。短路電流的計算在實際的電力生產(chǎn)中有著非常重要的意義。他可以幫助我們在設計系統(tǒng)時就可把短路問題考慮進去，避免系統(tǒng)在運行中出現(xiàn)故障，造成大面積的停電；抑或是造成對設備的投資過多，造成浪費。</p>&

49、lt;p>　　同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學的知識理解不夠深刻，掌握的不夠牢固。我們通過查閱大量有關資料，并在小組中互相討論，交流經(jīng)驗和自學，使自己學到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛。但這激發(fā)了我們努力學習的興趣。通過這次設計，我懂得了學習和團隊合作的重要性，了解到理論知識與實踐相結(jié)合的重要意義，學會了堅持，耐心和努力，這將為自己今后的學習和工作做出了最好的榜樣。</p><p>　　這次

50、課程設計是我知道理論和實際的結(jié)合十幾分重要，盡管在理論上行的通，也許在實際操作中會就會出現(xiàn)許多困難，但如果通過團隊和個人的努力解決了所遇到的困難，會更加激我對這門課程的興趣。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　轉(zhuǎn)眼一學期就要過去了，在學期末的一周電力系統(tǒng)分析課程設計過程中，我們學到了很多。通過xx老師的精心指導下，我們按時完成了電力系統(tǒng)分

51、析課程設計的目標。在一周的時間里，我們在網(wǎng)上查資料，在圖書館翻閱相關書籍，在不理解的地方積極請教xx老師，通過學習整理之后，我們認真總結(jié)知識點，把自己所做的筆記認真梳理，力求嚴格認真的制作電力系統(tǒng)設計報告。是這次設計讓我們將短路計算更深的理解了一遍。</p><p>　　通過本次電力系統(tǒng)分析課程設計，使我更加清醒的認識到知識面的狹隘。想比在課堂而言，這次課程設計上獲得的知識更加的全面，更加的具有實際意義。更加能夠

52、鍛煉我們自主學習的能力和鉆研專業(yè)知識的耐心，為以后的工作打下良好的基礎。</p><p>　　最后再一次感謝xx老師，是她給了我們這次電力系統(tǒng)分析課程設計無限的支持和鼓勵。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]何仰贊、溫增銀.電力系統(tǒng)分析（第三版）.武漢：華中科技大學出版社，2002年1月[2]電力系統(tǒng)課程