电力系统发生不对称短路故障分析

摘要

电力系统发生不对称短路故障的可能性是最大的，本课题要求通过对电力系统分析不对称短路故障进行分析与计算，为电力系统的规划设计、安全运行、设备选择和继电保护等提供重要的依据。

关键字：标么值；等值电路；不对称故障

目录

一、基础资料 (3)

二、设计内容 (3)

1.选择110kV为电压基本级，画出用标幺值表示的各序等值电路。并求出各序元件的参

数。 (3)

2.化简各序等值电路并求出各序总等值电抗。 (6)

3.K处发生单相直接接地短路，列出边界条件并画出复合相序图。求出短路电流。 (7)

4.设在K处发生两相直接接地短路，列出边界条件并画出复合相序图。求出短路电流。

(9)

5.讨论正序定则及其应用。并用正序定则直接求在K处发生两相直接短路时的短路电

流。 (11)

三、设计小结 (12)

四、参考文献 (12)

附录 (12)

一、基础资料

1. 电力系统简单结构图如图1所示。

图1 电力系统结构图

在K 点发生不对称短路，系统各元件标幺值参数如下：（为简洁，不加下标*） 发电机G1和G2：S n =120MV A ，U n =10.5kV ，次暂态电动势标幺值1.67，次暂态电抗标幺值0.9，负序电抗标幺值0.45；

变压器T1：S n =60MV A ，U K %=10.5 变压器T2：S n =60MV A ，U K %=10.5

线路L=105km ，单位长度电抗x 1= 0.4Ω/km ，x 0=3 x 1, 负荷L1：S n =60MV A ，X 1=1.2，X 2=0.35 负荷L2：S n =40MV A ，X 1=1.2，X 2=0.35 取S B =120MV A 和U B 为所在级平均额定电压。

二、设计内容

1.选择110kV 为电压基本级，画出用标幺值表示的各序等值电路。并求出各序元件的参数（要求列出基本公式，并加说明）

在产品样本中，电力系统中各电器设备如发电机、变压器、电抗器等所给出的都是标么值，即以本身额定值为基准的标么值或百分值。

计算系统各元件表么值（取基准容量：120B S MVA =；基准电压：B av U U =（kv ））

变压器 1T ：

11%10.5120

0.2110010060

K B T T N U S X X S +-==•=⨯= 1(0)0.21T X =

变压器 2T :

%22110.5120

0.40.21100210060

K B T T N U S X X S +-==

•=⨯⨯⨯= 2(0)0.21T X =

发电机G ：

*0.9B G i N S X X S +=•

=，*20.45B G N

S

X X S -=•= 双回线 L :

212

111200.41050.1922115B L L B S X X X U +-==

•=⨯⨯⨯= (0)30.57L L X X +==

负荷 1L ：

1201.2 2.460L X +=⨯

=，1200.350.760

L X -=⨯= 负荷 2L :

11201.2 3.640B L N S X X S +*=•

=⨯= *21200.35 1.0540

B L N S X X S -=•

=⨯=

电力系统中发生不对称短路时，无论是发生单相接地短路、两相接地短路还是两相短路，只是在短路点出现系统结构的不对称，而其他部分三相仍是对称的。根据对称分量法的理论，将这一样的不对称系统分解为正、负、零序系统时，各序系统各自单独存在。将短路点的不对称三相电压和不对称三相电流分别用它们的三序分量代替，从而相应地行成正、负、零序三个等值网络，如下图所示。

正序：

负序：

零序：

2.化简各序等值电路并求出各序总等值电抗。化简后如图所示：

正序：

负序：

零序：

其中:

112(0.21 3.60.190.21)//0.24(0.21 3.6)

0.95

0.9(0.21 3.60.190.21)//0.24(0.21 3.60.190.21)

0.9//2.4)(0.210.19)]//(0.21 3.6)0.820.45//0.7)(0.210.19)]//(0.211a j j j E E j j j j X j j j j j X j j j j ∑∑∑++++=•

•=+++++++=[(+++==[(+++0.05)0.44(0.210.57)0.78

j X j j ∑==+= 正序 负序 零序 等效阻抗 j0.82

j0.44

j0.78

3.K 处发生单相直接接地短路，列出边界条件并画出复合相序图。求出短路电流。

单相接地短路时故障处得三相边界条件：

⎧⎫⎪⎪

⎨⎬⎪⎪⎩⎭

a b U =0I =Ic=0 将单相接地短路的边界条件转化为对称分量表示的边界条件。先将短路点三相电流转化为三序电流

2221222

231111111101133311111101111a a a a a b a c I I a a a a I a a I I a a I a a a a I I ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎛⎫

⎡⎤⎢⎥⎢⎥ ⎪ ⎪ ⎪⎢⎥⎢⎥===⎢⎥⎢⎥ ⎪ ⎪ ⎪⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥ ⎪ ⎪ ⎪

⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎝

⎭⎝⎭⎝⎭⎣⎦⎣⎦⎣⎦ 可见单相接地短路时，短路故障电流的各序分量都相等，都等于故障电流的1/3,即

1

3

a I a1a2a0I =I =I =

又 1200a a a a U U U U =++=

由此可以作单相接地短路的复合相序图，如图所示：

由此复合网序图可直接求得各序电流

11201201

3

0.95

0.47

(0.820.440.78)3 1.40=0

a

a a a a a a

b

c I E I I I j X X X j I I j I I ∑∑∑∑→=====-++++==-=a b a1a2a0,a1a2a0边界条件：U =0,I =Ic=0U =-(U +U )I =I =I = 故障点故障相的电流等于正序电流的3倍，由于它们的相位相同，它们之间绝对值大小也是三倍关系，即

13a a I I ==-j1.40

而非故障相电流为零，即