不对称短路分析计算

课程设计任务书

学生姓名：张珊专业班级：电气1004班

指导教师：宋仲康工作单位：自动化学院

题目: 不对称短路电流计算

初始条件：

系统如图所示，电力系统电压为110KV，有电源G1，变压器T1和T2，以及双回路L,负载都为LD1和LD2。各元件参数如下：

发电机G-1：””

:

变压器T

1

:

变压器T

2

线路：

负荷:L1:

负荷:L2

要求完成的主要任务:

f点发生不对称短路时计算短路电流和短路冲击电路。

指导教师签名： 2013年 6 月 7 日报告内容：

1.任务书

2.摘要

3.任务及题目要求

4.设计原理

5.计算过程及步骤

6.结果分析

7.小结

8.参考文献

9.成绩评定表

目录

摘要 (3)

1 电力系统短路故障的基本知识 (4)

1.1短路故障的概述 (4)

1.2 标幺值 (4)

1.3 对称分量法在不对称短路计算中的应用 (5)

1.4变压器的三序电抗 (5)

2 对于不对称短路的计算 (6)

2.1 参数标幺值的计算 (6)

2.2制定各序网络 (6)

2.3网络化简 (8)

3 由正序定则计算短路电流 (9)

3.1 单相接地短路 (9)

3.2 两相短路 (10)

3.3 两相接地短路 (11)

3.4正序定则 (13)

3.5 冲击电流的计算 (13)

4 短路电流计算 (14)

小结 (15)

参考文献 (16)

摘要

在电力系统运行过程中，时常会发生故障，且大多是短路故障。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。基于对称分量法的基本理论，对称分量法采取的具体方法之一是解析法，即把该网络分解为正，负，零序三个对称序网，这三组对称序分量可分别按对称的三相电路分解。而以对称分量法为核心的计算方法又可有解析法和计算机程序算法等，本论文的主要讨论解析法，也就是将微分方程代数化、暂态分析稳态化、不对称转化为对称并叠加完成不对称故障的分析与计算。具体就是列出边界条件，画出复合序网络图，然后根据正序定则计算短路电流。

关键词：不对称短路正序定则复合序网络

1 电力系统短路故障的基本知识

1.1短路故障的概述

在电力系统运行过程中，时常发生故障，其中大多数是短路故障。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。除中性点外，相与相或相与地之间都是绝缘的。电力系统短路可分为三相短路，单相接地短路。两相短路和两相接地短路等。三相短路的三相回路依旧是对称的，故称为不对称短路。其他的几种短路的三相回路均不对称，故称为不对称短路。电力系统运行经验表明，单相短路占大多数，上述短路均是指在同一地点短路，实际上也可能在不同地点同时发生短路，例如两相在不同地点接地短路。依照短路发生的地点和持续时间不同，

它的后果可能使用户的供电情况部分地或全部地发生故障。当在有由多发电厂组成的电力系统发生端来了时，其后果更为严重，由于短路造成电网电压的大幅度下降，可能导致并行运行的发电机失去同步，或者导致电网枢纽点电压崩溃，所有这些可能引起电力系统瓦解而造成大面积的停电事故，这是最危险的后果。

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，比如在选择发电厂和电力系统的主接线时比较不同方案接图，进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户的影响。合理配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数都必须进行短路的计算和分析。

1.2 标幺值

1）标幺值的定义：标幺值实际有名值（任意单位）

基准值（与有名值同单位）

2）不同基准值的标幺值间的换转

一般都是以各自的可定容量（或额定电流）和额定电压为基准的标幺值（额定阻抗值）由于各元件的额定值不同，因此必须把不同基准值的标幺阻抗换算成统一基准值的标幺值。进行换算时，先把额定标幺阻抗还原成原有名值。

发电机：

变压器：

输电线路：

电抗器：

1.3 对称分量法在不对称短路计算中的应用

在三相短路中对于任意一相不对称的三相相量（电流和电压）可以分解为三项对称的相量，当选择A相作为基准相时语气对称分量之间的关系为

式中，运算子，且有

、、，

分别为相电流的正序、负序和零序分量，并且有

由此可以得到

1.4变压器的三序电抗

变压器等值电路中的参数不仅同变压器的结构相关，有的参数也同所通过电流的序别有关。变压器各绕组的电阻，与所通过的电流序别无关。因此，变压器的正序、负序和零序的等值电阻相等。

变压器的漏抗，反映了原副方绕组之间磁耦合的紧密程度。因此，变压器的正序、负序和零序的等值漏抗也相等。变压器的励磁电抗，取决于主磁通路径的磁导。变压器通以负序电流时，主磁通的路径与正序完全相同，所以，变压器的正序和负序等值电路完全相同。关于零序等值电路取决于变压器与外电路的连接情况,如下所述。

(1)当外电路向变压器某侧绕组施加零序电压时，如果能在该绕组产生零序电流，则等值电路中该侧绕组与外电路接通；如不能产生零序电流，则与外电路

断开。因此，只有中性点接地的星形接法才能与外电路接通。

(2)当变压器绕组具有零序电势时，如果它能将零序电势施加到外电路上去并提供零序电流通路，则与外电路连通，不然断开。也只有中性点接地的星形接法才能与外电路接通。

(3)在三角形接法的绕组中，绕组的零序电势虽然不能作用到外电路去，但能在三绕组中形成零序环流。因此，在等值电路中该侧绕组断点接零序等值中性点。（等值中性点与地同电位是则接地）

2 对于不对称短路的计算

2.1 参数标幺值的计算

选取基准功率和基准电压,计算出各元件的各序电抗的标幺值。

发电机正序电抗：

发电机负序电抗：

变压器：

变压器：

输电线路正序电抗：

输电线路零序电抗：

负载正序电抗：

负载负序电抗：

负载正序电抗

负载负序电抗：

2.2制定各序网络

1）正序网络

:

正序网络就是通常计算对称短路时所用的等值电路。除中性点接地阻抗、空载线路以及空载变压器外，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，搜有的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负荷，都是正序网络中的电源，此外还必须引入代替故障条件的不对称电势源中的正序分量。

图2-1 正序网路

2）负序网络：

负序电流能流通的元件和正序电流相同，但所有的电源的负序电势为零。因此，把负序网络中各元件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。

图2-2 负序网络

3）零序网络

在短路点施加代表故障边界条件的零序电势，零序电流必须经过大地才能构成通路。有接地才有零序电流，无接地则无零序电流。

图2-3 零序网络

由图可知正序和负序网络包含了图中所有的元件。因零序电流仅在线路L 和变压器T1中流通，所以零序网络只包含了这两个元件。

2.3网络化简

进行网络化简求出正序等值电势和各序输入阻抗

对于正序网路，将支路1和支路5并联得支路7，它的电势和电抗分别为将支路3和支路6串联得支路8，其电抗是

图2-4 正序网络化简图（a）

将支路7、2和4串联得支路9，其电抗是

图2-5 正序网络化简图(b)

将支路8和支路9并联得等值电势和输入阻抗分别为

对于负序网络化简步骤同正序网络一样只是参数不同

对于零序网络

3 由正序定则计算短路电流

3.1 单相接地短路

单相接地是最常见的一种短路形式，示意图如下：

图3-1 单相接地短路单相接地短路时，故障处的三个边界条件为

经过整理后便得到用序量表示的边界条件为

得到复合序网如图3-2

由此可得：

I fa(1)

图3-2单相短路的复合序网

3.2 两相短路

两相短路点的故障点的情况示于图3-3

图3-3 两相（b

相和c 相）短路

两相短路时，故障处的三个边界条件为

， ，

经过整理后便得到用序量表示的边界条件为

；

；

；

得到复合序网

I fa(1)

图3-4 两相短路的复合序网由此可得：

3.3 两相接地短路

两相接地短路的故障处的情况示于图3-5

图3-5 两相（b相和c相）接地短路两相接地短路时，故障处的三个边界条件为

，

经过整理后便得到用序量表示的边界条件为

由此得到复合序图

I fa(1)

图3-6 两相短路接地的复合序网

由此可得：

3.4正序定则

在简单不对称短路的情况下，短路点电流的正序分量，与在短路点每一相中加入附加电抗而发生三相短路时的电流相等。这个概念称为正序等效定则。此外短路电流的绝对值跟它的正序分量成正比，即

各种简单短路时的和列于表3-1，简单不对称短路电流的计算，归根到底，不外乎先求系统对短路点的负序和零序输入阻抗和，再根据类型组成附加电抗，将它接入短路点，然后就像计算三相短路一样，算出短路点的正序电流。

表3-1 简单短路时的和

3.5 冲击电流的计算

短路电流最大可能的瞬时值称为短路冲击电流。以表示。冲击电流的计算公式为：,其中为冲击系数，一般情况下，为短路周期分量的幅值。起始次暂态电流就是短路周期分量的初值用表示，也就是我们

进行短路计算时算出的短路电流，于是，冲击电流的计算公式就可以写成：

==

4 短路电流计算

115KV侧的基准电流为

1）若发生的是单相短路

=+=0.44+0.78=1.22，

所以单相短路

所以短路电流

短路冲击电流=1.8

2）若发生两相短路

==0.44，

所以短路电流

短路冲击电流=1.8

3）若发生两相接地短路

===，

所以短路电流

短路冲击电流=1.8

小结

这次的电力系统分析课程设计让我对自己以往的学习有了很深的认识。电力系统分析专业课的系统学习刚刚结束，但是由于电力系统分析课程本身较难，在学习过程中没有做到足够的理解学习以及在以后的时间没有做到充分的温习，因此在这次设计作业的解题过程中感遇到了很大的阻力。通过此次的课程设计，让我认识到自身的不足，我们的学习不扎实。我们就对已经学过的知识没有留下深刻的印象，这主要是因为没有理解性学习。所以，在以后的学习中，一定要学的扎实，学的牢靠，并且能学以致用，活学活用。

找到自己需要的资料后，并不是照搬照抄，而是根据所得资料学会如何把他们综合在一起,理解并融会，并应用到自己的课题设计中来。这是一个学会发现问题，分析问题和解决问题的过程，也是一个难得的学习机会。在这次课程设计中，我将所获取的资源真正转化为自己的知识，同时通过对这些资料的学习和运用，我提高了自学能力和专业技能,特别是用专业绘图软件autoCAD画电路图。并深刻体会到当自己真正要用一个软件时就必须把它弄懂，这样才能提高效率，并达到最优效果。如果在网上找别人制做好的电路图再进行修改，虽然简单可行，但始终是没有掌握制作这种电子类课程设计所应必备的技能，而且论文格式也不标准。

我想这门课程设计的意义就是在于使学生将理论知识和实际运用相结合，从而提高自己灵活运用所学知识的能力。还有这次课设编辑了大量的公式，从而提高了自己的对word的使用水平。这对以后的工作和生活也是很重要的。

参考文献

[1]刘天琪，邱晓燕.电力系分析理论.北京科学出版社.2004

[2]陈丽新，杨光宇.电力系统给分析.北京科学出版社.2008

[3]何仰赞，温增银.电力系统分析.华中科技大学出版社.2001

[4]李海燕.电力系统.中国电力出版社.2006

[5]陈怡、蒋兰、万秋兰、高山.电力系统分析.中国电力出版社.2005

本科生课程设计成绩评定表

指导教师签字：

年月日