課程設(shè)計--某系統(tǒng)短路計算2

1、<p><b>　　課程設(shè)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(xué)生姓名： </p><p>

2、　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　完成日期： </p><p>　　電力工程系課程設(shè)計任務(wù)書</p><p>　　16/17學(xué)年2學(xué)期2016年5月26日</p><p>　　教研室主任（簽名）

3、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(yīng)用規(guī)模也很靈活。</p><p>　　電力系統(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

4、統(tǒng)從一種狀態(tài)劇變到另一種狀態(tài)，并伴隨產(chǎn)生復(fù)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。在三相系統(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接地短路。</p><p>　　對于各種不對稱短路，都可以對短路點列寫各序網(wǎng)絡(luò)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。</p><p>　　

5、關(guān)鍵詞：兩相短路 對稱短路 不對稱短路</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1課程設(shè)計的題目及目的1</p><p>　　1.1課程設(shè)計選題1</p><p>　　1.2課程設(shè)計的目的1</p><p><b>　　2設(shè)計原理2</b&g

6、t;</p><p><b>　　2.1兩相短路2</b></p><p><b>　　2.2三相短路4</b></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>　　3.2K點發(fā)生兩相短路時故障點電流計算

7、7</p><p>　　3.3發(fā)電機G母線上故障點電流計算8</p><p>　　4基于軟件PSASP仿真結(jié)果10</p><p>　　4.1交直流電力系統(tǒng)分析程序功能10</p><p>　　4.2仿真部分結(jié)果截圖11</p><p><b>　　5結(jié)果分析14</b></p&g

8、t;<p>　　5.1短路電流計算結(jié)果的應(yīng)用14</p><p>　　5.2影響短路電流的因素及限制短路電流的措施15</p><p><b>　　總 結(jié)16</b></p><p><b>　　致 謝17</b></p><p><b>　　參考文獻18<

9、;/b></p><p>　　1 課程設(shè)計的題目及目的</p><p><b>　　1.1課程設(shè)計選題</b></p><p>　　短路點短路電流的計算所需的部分參數(shù)都已經(jīng)標(biāo)注在電路圖中，本組成員計算所需系統(tǒng)C、變壓器T1、線路L、變壓器T2、發(fā)電機G等的電抗標(biāo)幺值。發(fā)電機：電壓標(biāo)幺值Eeq=1；線 路：正序負序阻抗的額定標(biāo)幺值取0.05

10、，零序阻抗的額定標(biāo)幺值取0.15；</p><p><b>　　圖1 電路原理圖</b></p><p>　　要求完成的主要任務(wù): </p><p>　?。?）電力系統(tǒng)短路電流的計算（兩相短路）手算和計算機仿真計算；</p><p>　?。?）短路點為k點和發(fā)電機母線上；線路單位長度的參數(shù)見電力系統(tǒng)分析教材；</p

11、><p>　　1.2 課程設(shè)計的目的</p><p>　　1. 鞏固電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識；</p><p>　　2. 練習(xí)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(guān)電力系統(tǒng)的常用軟件；</p><p><b>　　2設(shè)計原理</b></p><

12、;p><b>　　2.1 兩相短路</b></p><p>　　兩相短路各序網(wǎng)絡(luò)的制定：</p><p>　　應(yīng)用對稱分量法分析計算不對稱故障時，首先必須作出電力系統(tǒng)的各序網(wǎng)絡(luò)。為此，應(yīng)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(luò)中，并用相應(yīng)的

13、序參數(shù)和等值電路表示。除中性點接地阻抗，空載線路以及空載變壓器外，電力系統(tǒng)各元件均應(yīng)包括在正序網(wǎng)絡(luò)中，并且用相應(yīng)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(luò)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，便得到負序網(wǎng)絡(luò)如圖3所示；在短路點電流施加代表故障邊界條件的零序電勢時，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，而且電流的流通與變壓器中

14、性點接地情況及變壓器的接法有密切的關(guān)系，如圖4所示。利用各序的網(wǎng)絡(luò)圖可以計算出相應(yīng)的各序阻抗。</p><p>　　圖2 系統(tǒng)的正序網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　圖3 系統(tǒng)的負序網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　圖4 系統(tǒng)的零序網(wǎng)絡(luò)</p><p><b>　　不對稱三相量分解：</b></p><p>　　

15、對稱分量法是分析不對稱故障的常用方法，根據(jù)對稱分量法，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(dāng)選擇a相作為基準(zhǔn)相時；三相相量與其對稱分量之間的關(guān)系為：</p><p><b>　　式（2-1）</b></p><p>

16、;　　式（2-1）中，運算子 ，且有</p><p>　　分別為a相電流的正序、負序和零序分量，并且有</p><p><b>　　式（2-2）</b></p><p><b>　　最后可得到</b></p><p><b>　　式（2-3）</b>

17、;</p><p>　　電壓的三相相量與其對應(yīng)的序分量之間的關(guān)系也與電流的一樣。</p><p><b>　　2.2三相短路</b></p><p>　　正序等效定則：是指在簡單不對稱短路的情況下，短路點電流的正序分量與在短路點各相中接入附加電抗而發(fā)生三相短路時的電流相等。三種不對稱短路電流的正序分量的計算和三相短路電流在形式上很相近，只是阻抗

18、為 ,是附加阻抗。在單相短路時附加阻抗為和(或)的串聯(lián)；兩相短路時附加阻抗為(或)；兩相短路接地時為 (或)的并聯(lián)。因此，對于任一種不對稱短路，其短路電流的正序分量可以利用圖5所示的正序增廣網(wǎng)絡(luò)計算。</p><p><b>　　圖5 正序增廣網(wǎng)絡(luò)</b></p><p>　　在圖5中，阻抗Z△為附加阻抗，對于任一種不對稱短路，其短路電流的正序分量可以利用圖5所示的正

19、序增廣網(wǎng)絡(luò)計算。故障相短路電流的值和正序分量有一定關(guān)系，可以用以下公式：</p><p><b>　　式（2-4）</b></p><p>　　上式中 Z△正序增廣網(wǎng)絡(luò)中附加阻抗；</p><p>　　M 故障相短路電流對正序分量的倍數(shù)。</p><p>　　表2-1列出了各種短路時Z△和M的值，

20、對于兩相短路接地，表中的M值只適用于純電抗的情況。</p><p>　　表2-1各種短路時的Z△和M值</p><p><b>　　3計算過程及步驟</b></p><p>　　3.1 系統(tǒng)C的正序電抗計算</p><p>　　應(yīng)用對稱分量法分析各種簡單不對稱故障時，都可以寫出各序網(wǎng)絡(luò)故障點的電壓方程式(3-1)，當(dāng)網(wǎng)

21、絡(luò)的各元件都只用阻抗表示時,方程可寫成</p><p><b>　　式（3-1）</b></p><p>　　式中 = ，即是短路發(fā)生前故障點的電壓。</p><p>　　a相接地短路時，故障處的三個邊界條件為：</p><p><b>　　式（3-2）</b></p><p

22、><b>　　用對稱分量表示為：</b></p><p><b>　　式（3-3）</b></p><p>　　經(jīng)整理后便得到用序量表示的邊界條件為</p><p><b>　　式（3-4）</b></p><p>　　根據(jù)邊界條件式和方程式(3-1)。即能確定短路點電流

23、和電壓的各序分量為</p><p><b>　　式（3-5）</b></p><p>　　短路點非故障相得對地電壓為：</p><p><b>　　式（3-6）</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計任務(wù)所給的已知條件代入式得：</p><p><b>　　式（3-7

24、）</b></p><p><b>　　式（3-8）</b></p><p>　　與式相比并且將代入兩式得： </p><p><b>　　式（3-9）</b></p><p>　　對式進行化簡，最終得到：</p><p><b>　　式（3-10）&l

25、t;/b></p><p>　　由系統(tǒng)的各序網(wǎng)絡(luò)圖可得到：</p><p><b>　　式（3-11）</b></p><p><b>　　最后可解得：</b></p><p><b>　　式（3-12）</b></p><p><b>

26、　　由此可得:</b></p><p><b>　　式（3-13）</b></p><p>　　3.2 K點發(fā)生兩相短路時故障點電流計算 </p><p>　　K點發(fā)生兩相（b、c相）短路，該點三相對地電壓及流出該點的相電流（短路電流）具有下列邊界條件：</p><p><b>　　式（3-1

27、4）</b></p><p>　　將它們轉(zhuǎn)換為用對稱分量表示，先轉(zhuǎn)換電流</p><p><b>　　式（3-15）</b></p><p><b>　　即為：</b></p><p><b>　　式（3-16）</b></p><p>　　

28、說明兩相短路故障點沒有零序電流，因為故障點不與地連接，零序電流沒有通路。</p><p><b>　　由式中電壓關(guān)系可得</b></p><p>　　即(省略下標(biāo)a) </p><p><b>　　式（3-17）</b></p><p>　　和即為兩相短路的三個邊界條件。即

29、</p><p><b>　　式（3-18）</b></p><p><b>　　解聯(lián)立方程和得</b></p><p><b>　　故障相短路電流為</b></p><p>　　3.3發(fā)電機G母線上故障點電流計算</p><p>　　當(dāng)短路點為如圖3.

30、2所示母線時</p><p><b>　　圖3.2電路原理圖</b></p><p><b>　　系統(tǒng)各序電抗為</b></p><p>　　發(fā)生兩相短路的短路電流</p><p>　　4基于軟件PSASP仿真計算</p><p>　　本次仿真用PSASP軟件，PSASP基于

31、電網(wǎng)基礎(chǔ)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交直流電力系統(tǒng)分析程序功能</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

32、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(wù)；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

33、)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(xué)浙江中試等應(yīng)用UPI做了很多富有成效的科研工作。</p><p><b>　　潮流計算流程：</b></p><p>　　PSASP潮流計算的流程和結(jié)構(gòu)如圖4.1所示：</p><p>　　圖4.1潮流計算流程和結(jié)構(gòu)</p>

34、<p><b>　　短路計算流程：</b></p><p>　　圖4.2短路計算流程和結(jié)構(gòu)</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4.5 K點兩相短路電流系統(tǒng)圖</p

35、><p>　　圖4.6短路點在發(fā)電機G母線上系統(tǒng)圖</p><p><b>　　圖4.7各母線參數(shù)</b></p><p>　　圖4.8各變壓器參數(shù) </p><p><b>　　圖4.9發(fā)電機參數(shù)</b></p><p>　　圖4.10 參數(shù)匯總</p>&l

36、t;p>　　圖4.11K點兩相短路電流報表</p><p>　　由于計算誤差以及PSASP仿真時發(fā)電廠、變壓器、母線、交流線等一系列的參數(shù)只知道阻抗部分?jǐn)?shù)據(jù)不統(tǒng)一，所以導(dǎo)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

37、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(yīng)用 </p><p>　　1、  正確選擇和校驗電器設(shè)備 </p><p>

38、;　　1）  最大沖擊電流用于絕緣子、隔離開關(guān)、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(guān)、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><

39、;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>　　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； 

40、;</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(dǎo)體 </p><p>　　1）  最大沖擊電流用于硬母線的動穩(wěn)定校驗； </p>

41、<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(dǎo)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(dǎo)線的搖擺計算； </p><p>　　3、  繼電保護

42、的選擇和整定 </p><p>　　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

43、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&#

44、160;</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； 5、  接地裝置的設(shè)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） 

45、60;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，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><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>　　

46、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小（與變壓器中性點接地的數(shù)量和性質(zhì)有關(guān)）； </p><p>　　4）  系統(tǒng)安裝的限流電抗器； <

47、;/p><p>　　5）  系統(tǒng)裝設(shè)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>　?、?#160;   &#

48、160;提高電力系統(tǒng)的電壓等級； </p><p>　?、?#160;    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(luò)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>　?、?#160;    在允許的范圍內(nèi)，增大系統(tǒng)的另序阻抗，限制單相短

49、路電流； </p><p>　　2）  變電所的限流措施 </p><p>　　①     變壓器分列運行； </p><p>　?、?#160;    在變電所的變壓器回路中裝設(shè)電抗器或分裂電抗器；</p>&l

50、t;p>　?、?#160;    采用低壓側(cè)為分裂繞組的變壓器；</p><p>　?、?#160;    出線上裝設(shè)電抗器； </p><p>　　⑤  采用高阻抗變壓器。</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p&g

51、t;<p>　　通過此次電力系統(tǒng)課程設(shè)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(shè)計是求電力系統(tǒng)短路電流的計算，.短路點分別為k點和發(fā)電機母線上。通過PSASP軟件進行了潮流計算和短路計算，使我進一步了解了PSASP軟件，它具有很大的方便性和靈活性。 </p><p>　　本次電力系統(tǒng)課程設(shè)計是根據(jù)給定的原始材料完成、鞏固和加深對電力系統(tǒng)

52、短路計算基本原理的理解，學(xué)習(xí)和掌握應(yīng)用計算機進行電力系統(tǒng)設(shè)計和計算的方法，培養(yǎng)學(xué)生獨立分析和解決問題的能力。本次課程設(shè)計幫助學(xué)生理解短路電流的計算的重要性，更重要的是可以避免系統(tǒng)在運行中出現(xiàn)故障，造成大規(guī)模停電，亦或是造成對設(shè)備的投資過多，避免浪費。</p><p>　　這次課程設(shè)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

53、困難，會更加激我對這門課程的興趣。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　經(jīng)過兩個星期的課程設(shè)計，今天終于可以順利的完成報告的最后的謝辭了，首先感謝xx老師帶的電力系統(tǒng)分析這門課。本次設(shè)計是在xx老師的精心指導(dǎo)和大力支持下完成的?；厥准韧?，在這一學(xué)期的時間里，在學(xué)習(xí)上和思想上都受益非淺。這除了自身努力外，與各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持

54、和鼓勵是分不開的。課程設(shè)計得以完成，要感謝的人實在太多了，首先要感謝xx老師，因為設(shè)計是在xx老師的悉心指導(dǎo)下完成的。xx老師淵博的專業(yè)知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。本次設(shè)計從選題到完成，每一步都是在xx老師的指導(dǎo)下完成的，傾注了劉華老師大量的心血。</p><p>　　通過本次電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計，使我更加清

55、醒的認識到知識面的狹隘。想比在課堂而言，這次課程設(shè)計上獲得的知識更加的全面，更加的具有實際意義。更加能夠鍛煉我們自主學(xué)習(xí)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(chǔ)。</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(shè)計無限的支持和鼓勵。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[

56、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(xué)出版社，2002年1月[2]電力系統(tǒng)課程設(shè)計及畢業(yè)設(shè)計參考資料.中國電力出版社[3]徐政.電力系統(tǒng)分析學(xué)習(xí)指導(dǎo).北京：高等教育出版社，2004年[4]周守昌.電路原理.北京：高等教育出版社，2004年[5]韓禎祥.電力系統(tǒng)分析.杭州:浙江大學(xué)出版社，1993年</p><p>　　[6] 李庚銀.電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2