ZY-电力系统短路课程设计.doc

四川大学教学网点：惠州学院

电力系统分析课程设计

电气工程及其自动化

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课程设计（论文）任务及评语

目录

第1章课程设计目的与要求 (1)

1.1故障发生原因 (1)

1.2短路类型 (1)

1.3短路发生的原因 (2)

1.4短路故障的危害 (2)

1.5短路故障分析的内容和目的 (2)

1.6限制短路故障危害的措施 (3)

1.7限制短路故障危害的措施 (3)

第二章短路计算

2.1系统的等值网络 (1)

2.2系统的正序负序零序等效电路图 (4)

2.3短路计算 (5)

2.4计算短路点各相电压 (6)

2.5对所计算结果进行比较后得出结论 (7)

第三章总结 (7)

参考文献 (9)

第一章课程设计内容：

1.1故障发生原因：

电力系统在正常运行时，除中性点以外，相与相、相与地之间是绝缘的，所谓短路是指相与相或相与地之间发生短路。

1.2短路类型：

简单短路故障共有四种类型:三相短路,两相短路,单相短路接地和两相短路接地.

三相短路是对称的,其他三种短路都是不对称的.在四种短路类型中,单相短路接地故障发生的概率最高,可达65%,两相短路约占10%,两相短路接地约占20%,三相短路约占5%.虽然三相短路发生的概率最小,但他对电力系统的影响最严重。

1.3短路发生的原因：

电力系统在运行过程中常常会受到各种扰动，其中，对电力系统影响较大的是系统中发生的各种故障。常见的故障有短路、断线和各种复杂故障（即在不同地点同时发生短路或断线），而最为常见和对电力系统影响最大的是短路故障。因此，故障分析重点是对短路故障的分析。电力系统短路故障发生的原因很多，既有客观的，也有主观的，而且由于设备的结构和安装地点的不同，引发短路故障的原因也不同。但是，根本原因是电气设备载流部分相与相之间或相与地之间的绝缘遭到破坏。例如，架空线路的绝缘子可能由于受到雷电过电压而发生闪络，或者由于绝缘子表面的污秽而正常工作电压下放电。再如发电机、变压器、电缆等设备中载流部分的绝缘材料在运行中损坏。有时因鸟兽跨接在裸露的载流部分，或者因为大风或在导线上覆冰，引起架空线路杆塔倒塌而造成短路。此外，线路检修后，在未拆除地线的情况下运行人员就对线路送电而发生的误操作，也会引起故障。

1.4短路故障的危害：

短路对电气设备和电力系统的正常运行都有很大的危害。

（1）在发生短路后，由于电源供电回路阻抗的减小以及产生的暂态过程，使短路回路中的电流急剧增加，其数值可能超过该回路额定电流的许多倍。短路点距发电机的电气距离愈近，短路电流越大。例如，在发电机端发生短路时，流过定子绕组的短路电流最大瞬时值可能达到发电机额定电流的10～15倍。在大容量的电力系统中，短路电流可达几万安甚至几十万安。

（2）在短路点处产生的电弧可能会烧坏设备，而且短路电流流过导体时，所产生的

热量可能会引起导体或绝缘损坏。另外，导体可能会受到很大的电动力冲击，致使其变形甚至损坏。

（3）短路将引起系统电网中的电压降低，特别是靠近短路点处的电压下降最多，使部分用户的供电受到影响。例如，负荷中的异步电动机，由于其电磁转矩与电压的平方成正比，当电压降低时，电磁转矩将显著减小，使电动机转速变慢或甚至完全停转，从而造成废品及设备损坏等严重后果。

（4）短路故障可能引起系统失去稳定，这一方向的情况。

（5）不对称接地短路所引起的不平衡电流将在线路周围产生不平衡磁通，结果在邻近的通信线路中可能感应出相当大的感应电动势，造成对通信系统的干扰，甚至危及通信设备和人身安全。

1.5短路故障分析的内容和目的：

短路故障分析的主要内容包括故障后电流的计算、短路容量的计算、故障后系统中各点电压的计算以及其他的一些分析和计算，如故障时线路电流与电压之间的相位关系等。短路电流计算与分析的主要目的在于应用这些计算结果进行继电保护设计和整定值计算，开关电器、串联电抗器、母线、绝缘子等电气设备的设计，制定限制短路电流的措施和稳定性分析等。

1.6限制短路故障危害的措施：

电力系统设计和运行时，都要采取适当的措施来降低发生故障的概率，例如采用合理的防雷设施、降低过电压水平、使用结构完善的配电装置和加强运行维护管理等。同时，还要采取减少短路危害的措施，其中，最主要的是迅速将发生短路的元件从系统中切除，使无故障部分的电网继续正常运行。

在发电厂、变电所及整个电力系统的设计和运行中，需要合理地选择电气接线、恰当地用配电设备和断路器、正确地设计继电保护以及选择限制短路电流的措施等，而这些都必须以短路故障计算结果作为依据。

短路故障的计算与分析，主要是短路电流的计算和分析。短路电流的大小及其变化规律不仅与短路故障的类型有关，而且与电源特性、网络元件的电磁参数有关。

1.7限制短路故障危害的措施：

短路故障的计算与分析，主要是短路电流的计算和分析。短路电流的大小及其变化规律不仅与短路故障的类型有关，而且与电源特性、网络元件的电磁参数有关。

在发电厂、变电所及整个电力系统的设计和运行中，需要合理地选择电气接线、恰

当地用配点设备和断路器、正确地设计继电保护以及选择限制短路电流的措施等，而这些都必须以短路故障计算结果作为依据。

电力系统设计和运行时，都要采取适当的措施来降低发生故障的概率，例如采用合理的防雷设施、降低过电压水平、使用结构完善的配电装置和加强运行维护管理等。同时，还要采取减少短路危害的措施，其中，最主要的是迅速将发生短路的元件从系统中切除，使无故障部分的电网继续正常运行。

第二章短路计算

2.1

系统的等值网络：

等值网络

3

2.2系统的正序、负序和零序等效网络： （一）正序网络

所谓正序网络就是通常计算对称短路时所用的等值网络．处于中性点接地阻抗、空载线路以及空载变压器以外，电力系统各元件均包括在正序网络中，并且用相应的正序参数和等值电路表示，三个网络图中仅正序包括电源。

)

（二）负序网络

负序电流能流通的元件与正序电流的全相同，但是所有电源的负序电势为零。

（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，它们必须经过大地才能构成通路。

047.008

.005.0065.008

.0)05.0065.0(3376763/=++?+=?+++=

　x x x x x x x

16.0682

.0109

.0)()(5

4/

321543/21)1(==

++++++?+=

x x x x x x x x x x x ff 1=eq E

16.0)1()2(==ff ff X X

0)0(=ff X

（四）复合序网

2.3短路计算：

计算短路点各相电流

基准电流:

120

0.6

1.732115

KA

===

?

B

I

（1）a相短路时:

16

.0

)0(

)2(

)1(=

+

=

?ff

ff

X

X

X

(1)3

m=

KA

I

B

64

.0

=

875

.1

)1(

)1(=

fa

I

625

.5

)1(=

f

I

（2） b,c相短路时:

16

.0

)2(

)2(=

=

?ff

X

X

(2) 1.732

m=

875

.1

16

.0

16

.0

1

)2(

)1(

)0(

1

2

)2(=

+

=

+

=

?

B

ff

f

a I

X

X

U

I

248

.3

875

.1

732

.1

1

2

)2(

)2(

2

)2(=

?

=

=a

a I

m

I

（3）b,c 相接地短路时:

(1,1)

(2)(0)//0ff ff X X X ?==

(1,1) 1.7321 1.732m ==?= 75.316

.016.01

)1()1()0(1

2)1(=+=

+=

?

B ff f a I X X U I

495.6732.4732.112)1.1(1.1()2)1.1(=?=-a a I m I （4） 三相短路:

(3)

0X ?

=

(3)1m =

75.30

16.01

)3()1()0(12)3(=+=

+=

?

B ff f a I X X U I

75.375.3112)3()3(2)3(=?==　

I m I a a 2.4计算短路点各相电压： （1） a 相短路时:

7.023.016.0112)1()1()0(12)1(=?-=-=a ff f a I X U U 337.0134.216.022)1()2(22)1(-=?-=-=a ff a I X U (1)(1)

2020(0)0a a ff U X I ??=-=

(1)

(1)

(1)

(1)

22212220(0.50.866)0.693(0.50.866)(0.297)0.1980.857

b a a a U a U aU U j j j ????=++=--?+-+-=-- (1)

20.1980.857c U j ?=-+

(1)

(1)

220.879b c U U ==

(1)

20a U = （2） b,c 相短路时: 0.3731.8750.16-0.337)

2(1

2)2()

2(22)

2(12=?=-=?

⊕

?

a ff a a I X U U

674.0337.0337.0)

2(2

21

2)

2()

2(2=+=+=?

??

a a a

U U

U

674.0)(1

2)

2(2

2)

2(-=+=??a b

U

a a U

（3） b,c 相接地短路时: 6.0139.0373.00

2)

1.1(2

2)

1.1(1

2)

1.1(=?===???a a a U

U

U

8.16.0331

2)

1.1(2)

1.1(=?==??a a

U

U

(1,1)(1,1)

220b c U U ??==

2.5对所计算结果进行比较后得出结论：

当节点3发生各种金属性短路时，计算短路点的电压和电流小于忽略对地支路时节点2发生各种金属性短路时所计算短路点的电压和电流。

第三章总结

此课程的课程设计实际是作为电气工程及其自动化专业学生学习完《电力系统分析》课程后，进行的一次全面的综合训练，其目的在于加深对电力系统短路基础理论和基本知识的理解，掌握运用电力系统短路基础合理论知识解决一些简单的基本电路的短路方法。虽说整个课设过程很辛苦，可是我们从中找到了乐趣、接触了实践，以前不是特别明白的地方也通过实践弄懂了。总的来说，这次课程设计使我 感受到了理论与实践相结合的目的及其重要意义，不但使我对所掌握的电力系统短路基础知识有了更深刻的认识，还提高了我的动手查阅资料的能力而且还锻炼了自己的独立思考能力。设计思路是最重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。因此我们应该在设计前做好充分的准备，像查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。设计简洁、易懂 、不超出我的能力范围的内容不涉及，这写想法在我没设计此电路之前就已经有拉考虑，但是做完之后在失真度方面还是有那么一点欠缺，做为一名刚学习完《电力系统分析》的我来说有一定的难度，但是这对于我掌握，理解学习过的知识有很大的帮助，对于思维 、逻辑及其理论知识的运用等多方面有了更加进一步的掌握，在做课设的过程中我查阅了很多老师的参考书通过参考及运用自己所掌握的知识完成了此次的设计，在这里我也感谢所有给予我关心帮助的老师和同学，希望以后有更多的机会来锻炼自己的综合素质，为以后的学习、生活打下良好的基础，在这次课设中也暴露了自己的一些缺点，基础知识不够扎实，我会在以后的日子里加以改正，来提高自己综合能力。

参考文献

[1] 《电力系统分析》（上、下册），何仰赞编，华中科技大学出版社，2000年

[2] 《实用电气工程师手册》（上、下册）（2001、2002广东科技出版社）

[3] 夏道止《电力系统分析》北京：中国电力出版社2004年

[4] 陈衍《电力系统稳态分析》北京：水利电力出版社1995年

[5] 李光琦《电力系统暂态分析》北京：水利电力出版社1995年

[6] 何仰赞等《电力系统分析（上、下册）》武汉：华中工学院出版社1995年

[7] 西安交通大学主编〈〈电力系统工程基础〉〉北京：电力工业出版社，1981年

附页