电分课设

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摘要 (2)
1电力系统短路故障的基本知识 (3)
1.1短路的原因 (3)
1.2短路的类型 (3)
1.3短路计算的目的 (3)
1.4短路的后果 (4)
2电力系统短路计算的基本方法 (6)
2.1不对称三相量的分解 (6)
2.2单相(A相)接地短路 (6)
2.3两相（B相和C相）短路 (6)
2.4两相（B相和C相）短路接地 (7)
3电力系统不对称短路计算解题过程 (8)
3.1制定正、负、零序网，计算网络各元件序参数标幺值 (8)
3.1.1标幺制的概念 (8)
3.1.2计算各元件的电抗标幺值 (8)
3.1.3系统的等值网络图 (9)
3.2计算各序组合电抗及电源组合电势并绘制复合序网 (10)
3.3计算短路点的入地电流有名值和A相电压有名值 (12)
3.4计算短路时发电机侧线路流过的各相电流有名值 (13)
4 计算结果分析 (14)
5小结 (15)
6参考文献 (16)
摘要
《电力系统分析》是一门介绍电力系统稳态运行分析、故障分析和暂态过程分析的课程。

电力系统分析的基础为电力系统潮流计算、短路故障计算和稳定计算。

在电力系统运行过程中，时常会发生故障，其中大多数是短路故障（简称短路）。

所谓短路，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。

产生短路的主要原因是电气设备载流部分的相间绝缘或相对地绝缘损坏。

此外运行人员在短路检修后未拆除地线就加电压等误操作也会引起短路故障。

短路通常分为三相短路、单相接地短路、两相短路和两相接地短路。

其中三相短路为对称短路，后三者为不对称短路。

电力运行经验指出，单相接地短路占大多数。

因此分析与计算不对称短路具有非常重要意义。

分析计算不对称短路方法很多，目前实际最常用的方法是对称分量法。

任意一组不对称的三相量，可以分解为三组对称的正序，负序，零序三序分量，从而就可以进行短路计算了。

关键词: 短路，对称分量法，正序，负序，零序
1电力系统短路故障的基本知识
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，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电力系统短路计算的基本方法
2.1不对称三相量的分解
⎥⎥⎥⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥
⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡∙∙∙∙∙∙c b a 22)0(a )2(a )1(a I I I 11
1a a 1a a 131I I I 2.2单相(a 相)接地短路
单相接地短路是，故障处的三个边界条件为：
0I ,0I ,0V fc fb fa ===∙
∙∙
经过整理后得到序量表示的边界条件为：
⎪⎭
⎪⎬⎫===++∙
∙∙∙
∙∙)
0(fa )2(fa )1(fa )0(fa )2(fa )1(fa I I I 0V V V 2.3 两相（b 相和c 相）短路
b 相和
c 相短路的边界条件为：
fc fb fc fb fa V V ,0I I ,0I ∙
∙∙∙∙==+=
经过整理后便得到用序量表示的边界条件为:
⎪
⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
==+=∙
∙∙∙∙
)2(fa )1(fa )2(fa )1(fa )0(fa V V 0I I 0I 2.4 两相（b 相和c 相）短路接地
b 相和
c 相短路接地的边界条件为：
0V ,0V ,0I fc fb fa ===∙
∙∙
经过整理后得到序量表示的边界条件为：
⎪⎭
⎪
⎬⎫
===++∙
∙∙∙
∙∙)0(fa )2(fa )1(fa )0(fa )2(fa )1(fa V V V 0I I I
3电力系统不对称短路计算解题过程
3.1制定正、负、零序网，计算网络各元件序参数标幺值
3.1.1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 ，Ω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：
标幺值=
位）
基准值（与有名值同单）
实际有名值（任意单位
（2-1）
由此可见，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B V ,B I ,B S 和B Z 时，相应的标幺值如下：
()*****
***22B
B B B B B
B B B B V
V V I I I S P jQ P Q S j P jQ S S S S Z R jX R X Z j R jX Z Z Z Z ⎫=
⎪⎪
⎪=⎪⎪
-⎬+⎪===+=+⎪⎪
+⎪
===+=+⎪⎭
3.1.2计算各元件的电抗标幺值
设B S =60MV A,B V =av V 。

下面求各元件标幺值： 1E =''E /N V =11/10.5=1.048 发电机G X : )1(G X ='
'd x N
B S S =0.2⨯6060
=0.2
)2(G X =2
x N
B S S =0.25⨯6060=0.25
变压器1T X ,2T X : 1T X =
100
%
V s ⨯
N B S S =100
5.10⨯
60
60
=0.105 2T X =
100
%V s ⨯
N
B
S S =0.105 线路
32L X ,L X 31: L X = x L 2
B
B
V S =0.4⨯90⨯211560
=0.163
32L X =0.163⨯32
=0.109; 31L X =0.054; 3
2
)0(L X =3.5⨯0.109=0.382 负荷LD X : )1(LD X =1
x LD
B S S =1.2⨯4060
=1.8
)2(LD X =2x LD
B S S =0.35⨯4060=0.525
3.1.3系统的等值网络图
1)正序网络图：
jx jx L 2
j x 3jx jx L 1j x
2)负序网络图：
jx jx L 2j x 3LD(2)
jx jx L
1j x 3
3）零序网络图：
jx L(0)2
j x fa (0)
∙
3.2计算各序组合电抗及电源组合电势并绘制复合序网
对各序网络进行化简：
正序网络化简：由图1）得：
jx fa(1)
∙
1(1)12
0.20.1050.1090.4143
G T L X X X X =++
=++=22(2)1
0.0540.105 1.8 1.9603
L T LD X X X X =
++=++=
(0)1212 1.048 1.960
0.8650.414 1.960
eq f E X E V X X ⨯=
===++
(1)120.414 1.960
0.3420.414 1.960
ff X X X ⨯==
=+
负序网络化简：由图2）得：
'jx 'jx jx fa(2)
∙
'1(2)12
0.250.1050.1090.4643
G T L X X X X =++
=++=
'22(2)1
0.0540.1050.5250.683
L T LD X X X X =
++=++=
''
(2)120.4640.684
0.2760.4640.684
ff X X X ⨯==
=+
零序网络化简：由图3）得：
fa (0)
∙
(0)1(0)2
0.1050.3820.4873
ff T L X X X =+
=+=
复合序网络：
3.3计算短路点的入地电流有名值和A 相电压有名值
根据正序等效定则：
(0)(1,1)f =
fa(1)n j x +x ff(1)V I ∆ （）
（）
，
(1,1)=m f fa I
I （1,1）（1,1）（1）
因为0.4870.276x =x x ==0.176
ff ff 0.487+0.276
⨯∆ （1,1）（2）（0）
m 0.877=1.519
（1,1）
所以0.865(1,1)==1.670fa 1*+I
（）（0.3420.176）
有名值：(1,1)(1,1)(1,1)
==0.530fa 1fa 1*fa 1S I
I I I KA B ⨯（）（）（）*
短路点入地电流为：(1,1)(1,1)=m =1.5190.503=0.764fa 1fa I I KA
⨯⨯ （1,1）（）（1）
根据边界条件有：==fa fa fa V V V （1）（2）（0）
则x x 0.4870.2761.670ff ff fa 1=j
=j =0.294jKV fa x +x 0.487+0.276
ff ff I V ⨯⨯⨯⨯ （0）（2）（）（1）（0）（2）
A
相电压有名值：=3j0.294fa fa V V V ⨯ （1）
3.4计算短路时发电机侧线路流过的各相电流有名值
由正序网络可得，
- 1.048-0.294
1fa = 1.821faG 120.2+0.1050.109x +x x 13
E V I G T L ==++（1）（）（1） 由负序网络可得，
-0.294fa =0.634faG 20.25+0.1050.109x +x x 13V I G T L
==++（2）—（2）（2）
4 计算结果分析
通过结果分析表明，系统发生不对称短路时，作用于电动机端的电压可能包含有正、负、零序分量，使电动机的驱动转矩减小。

应用对称分量法分析计算不对称故障时，首先必须做出电力系统的各序网络。

为此，应根据电力系统的接线图、中性点接地情况等原始资料，在故障点分别施加各序电势，从故障点开始，逐步查明各序电流流通情况。

凡是某一序电流能流通的元件，都必须包括在该序网络中，并用相应的序参数和等值电路表示
5小结
通过此次电力系统课程设计，我的理论知识和实际操作能力都得到了很大的提高。

我们小组做的是电力系统短路电流计算与分析，尽管这个题目只是电力系统中很小的一部分，但我还是从中学到了不少。

对于以前电力系统的一些疑惑，在这次实践中都迎刃而解了，并且更深切地体会到了一些应用软件在实际工作中的重要作用。

而且此次电力系统课程设计将我们所学的书本只是串起来，使我对这一门课有了一个整体上的了解。

像这种设计性的课程，它是一个从无到有的过程，尽管其过程是坎坷的，但是我体会到了成功之后的喜悦。

这次课程设计是我知道理论和实际的结合十几分重要，尽管在理论上行的通，也许在实际操作中会就会出现许多困难，但如果通过团队和个人的努力解决了所遇到的困难，会更加激我对这门课程的兴趣。

6参考文献
[1]周守昌.电路原理.北京：高等教育出版社，2004年
[2]何仰赞、温增银.电力系统分析（第三版）.武汉：华中科技大学出版社，2002
年
[3]刘天琪、邱晓燕.电力系统分析理论南京：科学出版社，2009年
[4]施围、郭杰.电力系统过电压计算北京：高等教育出版社，2009年
本科生课程设计成绩评定表
指导教师签字：
年月日。