电力系统三相短路电流计算

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1、银川能源学院课程设计课程名称：电力系统分析设计题目：电力系统三相短路电流的计算学院：电力学院专业：电气工程及其自动化班级：1203班姓名：张将学 号：1310240006目录摘要1课题2第一章.短路的概述21.1发生短路的原因21.2发生短路的类型21.3短路计算的目的31.4短路的后果3第二章.给定电力系统进行三相短路电流的计算42.1收集已知电力系统的原始参数42.2制定等值网络及参数计算42.2.1标幺值的概念42.2.2计算各元件的电抗标幺值52.2.3系统的等值网络图5第三章.故障点短路电流计算6第四章.电力系统不对称短路电流计算94.1对称分量法94.2各序网络的定制104.2.1

2、同步发电机的各序电抗104.2.2变压器的各序电抗104.3不对称短路的分析124.3.1不对称短路三种情况的分析124.3.2正序等效定则14心得体会15参考文献16摘要电力系统分析是电气工程、电力工程的专业核心课程，通过学习电力系统分析，学 生可以了解电力系统的构成，电力系统的计算分析及方法、电力系统常见的故障及其处 理方法、电力系统稳定性的判断，为从事电力系统打下必要的基础。电力系统短路电流的计算是重中之重，电力系统三相短路电流计算主要是短路电流 周期（基频）分理的计算，在给定电源电势时，实际上就是稳态交流电路的求解。采用 近似计算法，对系统元件模型和标幺参数计算作简化处理，将电路转化为

3、不含变压器的 等值电路，这样，就把不同电压等级系统简化为直流系统来求解。在电力系统中，短路是最常见而且对电力系统运行产生最严重故障的后果之一。课题119/llkVU,?G=10?电力系统接线图如图所示，其中G为发电机，M为电动机，负载（6）为由各种电动机组合 而成的综合负荷，设在电动机附近发生三相短路故障，计算短路点k的短路电流。D(IIVAXrr=0.12E=1.06KO k.rvA 10.5.121LV U10.5 Ju第一章.短路的概述1.1发生短路的原因电力系统中，发生短路故障的原因有很多，常见的有：（1）元件的绝缘自然老化发展成短路。（2）因雷击或过电压引起电孤放电，凤、雪等自然灾害

4、引起电杆倒塌;（3）违反了电力系统的正规操作一一违规操作；其他，如鸟兽等跨接裸露导线等造成的短路。1.2发生短路的类型电力系统中，发生短路故障的类型具体可分为以下:（1）三相接地故障，用K表示；（2）单相接地故障，用K表示；（3）两相短接故障，用K表示；（4）两相接地短路故障，用K（11）表示；电力系统中，短路故障归类可以分为：三相短路对称短路两相短路 n 不对称短路单相接地短路n 不对称短路两相接地短路n 不对称短路在这些故障中，三相短路故障虽然很少发生，但情况比较严重，且三相短路时电力系 统仍是三相对称的，称为对称故障，分析比较容易，因此对三相短路的研究有十分重要 的意义。1.3短路计算的

5、目的在电力系统中，短路计算具有十分重要的意义：(1) 选择有足够电动力稳定和热稳定性的电气设备；(2) 合理的配置继电保护及自动装置，并正确整定其参数;(3) 选择最佳的主接线方案；(4) 进行电力系统暂态稳态的计算；(5) 确定电力线路对邻近通信线路的干扰等；1.4短路的后果发生短路故障时可能产生以下后果：(1) 通过短路点的很大短路电流和所燃起的电弧使短路点的元件发生故障甚至损坏。(2) 短路电流通过非故障设备时，由于发热和电动力作用，引起它们使用寿命缩短甚至 严重损坏。(3) 电力系统中部分地区的电压严重降低，使大量电力用户的正常工作遭到破坏。(4) 破坏电力系统中各发电厂之间并列运行的

6、稳定性，引起系统振荡甚至使得系统崩 溃，无法继续正常运行。所以，有必要对电力系统进行短路计算分析。根据计算的结果，合理选择和校验电气 设备，进行继电保护装置的选型与整定计算，分析电力系统的故障及稳定性能，选择限 制短路电流的措施和确定电力线路对通信线路的影响等。第二章.给定电力系统进行三相短路电流的计算2.1收集已知电力系统的原始参数发电机G1:额定有功功率60MVA次暂态电抗标幺值X”=0.12 ，次暂态电动势 E”=1.08。电动机为6MVA。变压器T1:变压器额定容量31.5MVA,电压10.5/121KV变压器T2：变压器额定容量7.7MVA,电压110/6.3KV变压器T3：变压器额

7、定容量20MVA,电压110/11KVL1 线路，60km ,X1=0.4Q/km、L2 线路，20km、 L3 线路，7km2.2制定等值网络及参数计算2.2.1标幺值的概念在电力系统分析中，还经常采用一种相对单位制，称为标幺值。在标幺值中。各不 同单位的物理量都要指定一个基准值，这个基准值用下标B表示。则某个物理量的标幺 值定义为其有名值和基准值之比，用下标*表示，有时加上说明用标幺值表示后，可以略 去下标*。土-往 实际有名值(任意单位)标幺彳值=基准值(与实际值同单位)可见标么值是一个无单位的比值，而且，对同一个实际值，当所算的基值不同时其 标幺值也不同。标么值的符号为各量符号加下角码

8、“*”标幺值是一个没有量纲的数值，对于同一个有名值，基准值选的不同，其标幺值也 就不同，因此，说明一个量的标幺值时，一定要同时说明它的基准值，否则，标幺值没 意义。电力系统使用标幺值进行计算和标注，主要是因为它具有这样一些优点：(1) 易于比较电力系统各元件的参数和特点，便于迅速准确的判定结果的正确性。(2) 能够简化计算公式，交流电路中，用标幺值计算时通过选择不同的基准值，线电压 与相电压的标幺值相等，三相功率与单相功率的标幺值相等，三相电路与单相电路的计 算公式相同。(3) 三相电力系统中，各元件参数和变量之间的基准值还有确定关系：SiubU广拓IBZBZ -1气-Y-B2.2.2计算各元

9、件的电抗标幺值S 100发电机1电抗：X = X”十b = 0.12= 0.21* S60变压器2电抗：X = Mx S =些x甄=0.3332*100S 100 31.5线路 3 电抗：X 今=0.4 x 60 x , ,b = 0.4 x 60 x 100 = 0.182 3*U 21152线路 4 电抗：X = 0.4x20x = 0.4x20x = 0.061 4*U 21152U % S10.5 100变压器 5 电抗： X _ = k xB- =x = 0.5255*100S10020综合负载6的模型为电压源，E = 0.8,X” = 0.35（要归算到统一的基准值下）有S100X

10、 = X - xp = 0.35 x = 1.9446*S18NS线路 7 电抗：X = 0.4x 10xe = 0.4x 10xJ- = 0.037*U 21152变压器8电抗：X = g% x S =蛭x史0 = 1.4 8*100 S 100 7.5N大容量电动机9的模型为电压源，E = 0.9，X - = 0.2 （要归算到统一的基准值 下）有：X 9* = Xx % = 0.2 x !2 = 3.333Sn6图中分子为元件电抗的编号，分母为电抗的标幺值，电动势也以标幺值表示，并忽略其间的相位差，相应的计算以实数计算。2.2.3系统的等值网络图第三章.故障点短路电流计算先合并串连电抗，

11、得到图，M11串联电抗合并其中，x “*= 0.2 + 0.333 + 0.182 = 0.71510*x= 0.061 + 0.525 +1.944 = 2.5311*x “*= 0.03 +1.4 = 1.4312*因为电路含有多个电源，先在A点断开电路，用戴维南定理，将断开处的二端口网 络等效成一个电压源，其电动势等于A点处的开路电压E = 5- E X 1 + E = L08 0.8 X 2.53 + 0.8 = 1.018* X+11*6* 0.715 + 2.5310*11*其内阻为除源后的A端的等效电阻X = X / X=0.55712* =10*11* = .再接入电路，得图戴

12、维南定理简化后的电路求出起始次暂态电流的标幺值为:E11 = X +X1.018=0.5120.557 +1.4313*12*E“：9*0.9n 97=0.2 73.3332*I = I: + I ； = 0.512 + 0.27 = 0.782*1*2*/ 2*S起始次暂态电流为/ =1=0.782 x00 KA = 7.167KATVY II I。JMLD IIIjxIII:jxm(0)0C00(a)(b)如图变压器的零序等值电路(a)双绕组变压器(b)三绕组变压器变压器等值电路中的参数不仅同变压器的结构有关，有的参数也同所通过电流的序 别有关。变压器各绕组的电阻，与通过的序别无关。因此，

13、变压器的正序，负序，零序 的等值电阻相等。变压器的漏抗，反映了原副方绕组间磁耦合的情况，磁通的路径与所通电流的序别 无关。因此变压器的正序，负序，零序等值漏抗也相等。变压器的励磁阻抗，取决于主磁通路径的磁导，当变压器通以负序电流时，主磁通 的路径与正序电流时完全相同，所以变压器正序，负序和零序等值电路及参数是完全相 同的。对于由三个单相变压器组成的三相变压器组，每相的零序主磁通与正序主磁通一 样，有独立磁路。对于三相四柱式，零序主磁通也能形成回路，磁阻很小，所以两种变压器中，短路计算时可以当做X =3,忽略励磁电流，把励磁支路断开。m(0)变压器的零序等值电路与外电路的联接，取决于零序电流的流

14、通路径，因而与变压器三 相绕组联接形式及中性点是否接地有关，即：(1) 当外电路向变压器某侧三相绕组施加零序电压时，如果能在改侧产生零序电流，则 等值电路中改侧绕组与外电路接通；如果不能产生零序电流，则从电路等值的观点，可 以认为变压器该侧绕组与外电路断开。根据这一原则，只有中性点接地的星形接法才能 与外电路接通。(2) 当变压器绕组只有零序电势时，如果它能将零序电势施加到外电路上去并能提供零 序电流的通路，则等值电路中改侧绕组端点与外电路接通，否则与外电路断开。所以也 只有YN接法绕组才能与外电路接通。（3）在三角形接法的绕组中，绕组的零序电势虽不能作用到外电路去，但能在绕组中形 成环流，在

15、等值电路中改侧绕组端点接零序等值中性点。由于三角形接法的绕组漏抗与励磁支路并联，不管何种铁芯结构的变压器，一般励磁电抗总比漏抗大得多，一般近似取X =3。m（0）小结（1）对称分量法是分析电力系统不对称故障的实用方法（2）静止元件的正序电抗和负序电抗相等。（3）对于旋转设备，各序电流会引起不同的电磁过程，三序阻抗不相等。（4）变压器零序电抗的大小，则决定于变压器三相绕组的结线方式和变压器的铁芯结 构。（5）由于相间互感的助增作用，架空输电线的零序电抗大于正序电抗，架空地 线的存 在使得输电线的零序电抗有所减小。电缆线路零序电抗的数值，则与电缆的包护层有 关。（6）制订序网时，某序网应该包含该序

16、电流通过的所有元件，负序网络结构与正序网络 相同，但是为无源网络。制订零序网络，应从故障点开始，依次考察零序电流的流通情 况。在一相零序网络中，中性点接地阻抗须以其三倍值表示，并且也为无源网络。4.3不对称短路的分析4.3.1不对称短路三种情况的分析（1）单相接地短路IfaIfbOIfcK)故障处边界条件为：匕=0, If =0,、=0用对称分量法表示为：V - + V - + V- -0a2T+aI -+I - _0fa + fa(2) + fa(0) - 0 , 加 + fa + fa(0) - 0al-+a2V+I - _0fa(1) +fa(2) + fa(0) - 0整理后得到序分量

17、表示的边界条件为:V -fa+ 匕(2) + * fa (0)I - fa-fa(2) - fa(0)解得:I -Vf (0)fa(1)，气 + 七(2) Off (0)I -=I -fa(2) - fa(0)=I -fa（2）两相短路Ifa=0Ifb=0Ifc=0故障处的边界条件为:V.提f - fc用对称分量法表示为:I二 +/ - +/ - -0fa + fa (2) + fa(0)a21+aI +I - +I - +aI-+a21_0加(1) +fa + fa(0) + fa(0) + 加 +fa(2) - 0a 2Vfa(1)aV - fa(2)fa (0)= aVfa(1)+a 2

18、Vfa(2)+Vf；()I -I - I -整理得：fa(0) = 0 fa + fa(2) = 0,Vfa 二 Vfa 可得:I ._f (0)fa(1) - jX+x)I - I -,fa( 2)= fa (3)两相短路接地故障处的边界条件为:I- 0V0 V _0fa - 0 fb - 0 , fc - 0用序分量表示的边界条件为fa (1) + fa (2) + fa(0) = 0V -_ V -_ V -fa fa(2)fa (0)可得:/V,I .= f (0)加jx+x+x)ff ff (2) ff (0)I x I .fa(2) = X+ faff (2)ff (0)Xff (

19、2)X + XI - faff (2) ff (0)4.3.2正序等效定则正序等效定则：与在短路点的在简单不对称短路故障的情况中，短路点基准相的电流的正序分量， 每一相中加入附加阻抗Z而发生三相短路时的电流相等。则短路点的基准相正序电流表达式为：kk1心得体会通过这次的课程设计，让我重新温习了以前课本上学过的相关知识，让我对课本上 的知识有了更深层次的理解与认识，同时也对电力系统三相短路电流的计算更加熟练， 加深了我对电力系统的了解和认识，特别是对电力系统的短路电流的计算，加深巩固了 短路电流计算的能力。同时，在这次的课程设计中，也更加熟练了电脑上的一些基本操 作如：auto CAD、word

20、等一些常用软件。当然，在这次的课程设计中，我确实曾遇到了 很难的疑难，最终，先是跟同学讨论，在未能得到解决的前提下去与老师沟通、交流， 最后将问题一一解决。在这次的课程设计中，让我感觉到理论知识在工程实践中的重要性，理论是对实践 的指导，更重要的是我学到了课本上学习不到的东西，电力系统短路电流故障是电力系统三大计算之一，学好它对于学好电力系统这门课 程，对以后的毕业设计和实际工作具有十分重要的意义。而利用计算机来计算和分析其 大小、流向是十分方便的。因此，在今后的学习中，我会继续努力学好电力系统分 析这门课程，并学习另外一些相关的课外知识，开阔自己的视野。总之，这是很有意义的经历，对我以后的学习一定会起到很大的作用。参考文献1 电力系统分析，朱一纶主编，机械工业出版社；2 电力系统分析课程设计综合实验，祝淑萍 等，中国电力出版社。3 电力系统分析基础，韦刚，中国电力出版社。