电力系统两相接地短路计算与仿真

式中，预算子 a
e ， j120° a 2
e j240°，且有
1+a+a2
=0,a3
.
=1； Ia(1)
.
、 Ia(2)
.
、 Ia(0)
分别为 a 相电流的正序、负序和零序分量，并且有
Ib(1) Ib(2)
a2Ia(1) , Ic(1) aIa(2) , Ic(2)
aI a a 2I
(1) a(2)
第 4 章 短路计算的仿真 ................................ 错误!未定义书签。 仿真模型的建立 .................................. 错误!未定义书签。 仿真结果比较分析 ................................ 错误!未定义书签。
Ib(0) Ic(0) Ia(0)
由上式可以作出三相量的三组对称分量如图所示。
.
I a(1)
.
I a(2)
.
I b(2)
.
I c(1)
.
I b(1)
.
I c(2)
（2-2）
.
I a(0)
.
I b(0)
.
I c(0)
（a）
（b）
（c）
图 三相量的对称分量
（a）正序分量；（b）负序分量（c）零序分量
论
L2:线路长 100km，电阻Ω/km，电抗Ω/km，对地容纳×10-6S/km；；
文
L3: 线路长 80km，电阻Ω/km，电抗Ω/km，对地容纳×10-6S/km；；
） 任
负荷：S3=50MVA，功率因数均为.
务
任务要求（节点 3 发生 AC 两相金属性接地短路时）：
1 计算各元件的参数；
2 画出完整的系统等值电路图；
第 2 章 电力系统不对称短路计算原理 .................... 错误!未定义书签。 对称分量法基本原理 .............................. 错误!未定义书签。 三相序阻抗及等值网络 ............................ 错误!未定义书签。 两相接地不对称短路的计算步骤 .................... 错误!未定义书签。
本论文首先介绍有关电力系统短路故障的基本概念及短路电流的基本算法， 主要讲解了对称分量法在不对称短路计算中的应用。其次，通过具体的简单环网 短路实例，对两相接地短路进行分析和计算。最后，通过 MATLAB 软件对两相接地 短路故障进行仿真，观察仿真后的波形变化，将短路运行计算结果与各时刻短路 的仿真结果进行分析比较，得出结论。
评
平时考核：
语
及
成
总成绩：
绩
设计质量：
答辩：
指导教师签字：
年
月
日
注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算
摘要
目前，随着科学技术的发展和电能需求的日益增长，电力系统规模越来越庞 大，电力系统在人民的生活和工作中担任重要的角色，电力系统的稳定运行直接 影响人们的日常生活，因此，关于电力系统的短路计算与仿真也越来越重要。
(2)为了合理地配置各种继电保护和自动裴置并正确整定其参数，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电气主接线时，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。
三、零序网络 在短路点施加代表故障边界条件的零序电势时，由于三相零序电流大小及相 位相同，他们必须经过大地（或架空地线、电缆包皮等）才能构成通路，而且电 流的流通与变压器中性点接地情况及变压器的接法有密切的关系。为了更清楚地 看到零序电流流通的情况，电力系统三线接线如图（a）， 线路 L-4 和变压器 T-4 以及负荷 LD 均包括在正（负）序网络中，但因变压器 T-4 中性点未接地，不能流通零序电流，所以它们不包括在零序网络中。相反，线 路 L-3 和变压器 T-3 因为空载不能流通正（负）序电流儿不包括在正（负）序网 络中，但因变压器 T-3 中性点接地，故 L-3 和 T-3 能流通零序电流，所以它们应 包括在零序网络中，如图（b）。从故障端口 f0O0 看零序网络，也是一个无源网络。 简化后得零序网络示如图（c）。
在电力系统和电气设备的设计和运行中，短路计算是解决一系列技术问题所 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。
(4)进行电力系统暂态稳定计算，研究短路时用户工作的影响等，也包含有一 部分短路计算的内容。
此外，确定输电或路对通讯的干扰，对己发生故障进行分析，都必须进行短 路计算。
1.1.2 短路计算的处理方法
(1)简单三相电路中发生突然对称短路的暂态过程中，假设电源电压的复制和 频率均保持不变，在这种电源称为无限大功率电源，其特点是: 频率恒定（有功 变 化量远小于电源的有功功率）； 电压恒定（无功变化量远小于电源的无功功 率）； 电源内阻抗为 0，电压恒定。实际上真正的无限大电源不存在，常用的判 断依据是当功率变化量小于 3%电源功率，或者电源内阻抗小于短路回路总阻抗的 10%时候，可认为电源为无限大电源。
3 忽略对地支路，计算短路点的 A、B 和 C 三相电压和电流；
4 忽略对地支路，计算其它各个节点的 A、B 和 C 三相电压和支路电流；
5 在系统正常运行方式下，对各种不同时刻 AC 两相接地短路进行 Matlab
仿真；
6 将短路运行计算结果与各时刻短路的仿真结果进行分析比较，得出结
论。
指
导
教
师
对称分量。已知各序对称分量时，也可以用反变换求出三相不对称的相量，即
式中
I
abc
S
I1 120
（2-4）
1 1 1
S
1
a
2
a
1
a a2 1
展开式（2-4）并计及式（2-2）有
（2-5）
Ia Ib
Ia(1) a 2Ia(1)
Ia(2) Ia(0) aIa(2) Ia(0)
Ib(1)
Ib(2)
一、不对称三相量的分解
在三相电路中，对于任意一组不对称的三相相量（电流或电压），可以分解为 三组三相对称的相量，当选择 a 相作为基准相时，三相相量与其对称分量之间的 关系（如电流）为
I a (1) Ia(2) Ia(0)
1 3
1 1 1
a a Ic
（2-1）
关键词：电力系统分析；两相接地短路；MATLAB 仿真
目录
第 1 章 绪论 .......................................... 错误!未定义书签。 电力系统短路计算概述 ............................ 错误!未定义书签。 电力系统短路计算的目的 ...................... 错误!未定义书签。 短路计算的处理方法 .......................... 错误!未定义书签。 本文设计内容 .................................... 错误!未定义书签。
(7)短路为金属性短路。
1.2 本文设计内容
本文根据所给的数据，进行电力系统两相接地短路计算与仿真，根据要求完 成：
1 计算各元件的参数； 2 画出完整的系统等值电路图； 3 忽略对地支路，计算短路点的 A、B 和 C 三相电压和电流； 4 忽略对地支路，计算其它各个节点的 A、B 和 C 三相电压和支路电流； 5 在系统正常运行方式下，对各种不同时刻 AC 两相接地短路进行 Matlab 仿真； 6 将短路运行计算结果与各时刻短路的仿真结果进行分析比较，得出结论。
第 5 章 总结 .......................................... 错误!未定义书签。 参考文献 ............................................. 错误!未定义书签。
第1章 绪论
1.1 电力系统短路计算概述
1.1.1 电力系统短路计算的目的
Ib
(
0)
Ic
aI a (1)
a 2Ia(2)
Ia(0)
I c (1)
Ic(2)
Ic(0)
电压的三相相量与其对称分量之间的关系也与电流的一样。
（2-6）
2.2 三相序阻抗及等值网络
一、正序网络 正序网络就是通常计算对称短路时所用的等值网络。除了中性点接地阻抗、 空载线路（不计导纳）以及空载变压器（不计励磁电流）外，电力系统各元件均 应包括在正序网络中，并且用相应的正序参数和等值电路表示。例如，正序网络 就不包括空载的线路 L-3 和变压器 T-3。所有同步发电机和调相机，以及个别的必 须用等值电源支路表示的综合符合，都是正序网络中的电源。此外，还须在短路 点引入代替故障条件的不对称电势源中的正序分量。正序网络中的短路点用 f1 表 示，零电位点用 o1 表示。从 f1o1 即故障端口看正序网络，它是一个有源网络，可 以用戴维南定理简化的形式。 二、负序网络 负序电流能流通的元件与正序电流的相同，但所有电源的负序电势为零。因 此，把正序网络中各元件的参数都用负序参数代替，并令电源电势等于零，而在 短路点引入代替故障条件的不对称电势源中的负序分量，便得到负序网络。负序 网络中的短路点用 f2 表示，零电位点用 o2 表示。从 f2o2 端口看进去，负序网络是 一个无源网络。