电力系统短路计算设计

电力系统设计

设计人__________ 专业__________ 学号__________ 指导老师__________ 日期__________ 成绩__________

一、设计题目2：电力系统短路计算 二、电力系统原理接线图

四、设计任务

4.1计算系统各元件的电抗以av B B U U MVA S ==,100为基准 4.2 短路类型的短路电流计算 4.2.1 当发电机电势取08.1=E 时

计算4M 母线发生三相短路，两相短路，单相短路流到短路点的短路电流。 4.3不同点短路时的短路电流计算

4.3.1 计算2M 母线上发生三相短路流到短路点的短路电流。

4.3.2 计算5M母线上发生三相短路流到短路点的短路电流。

4.4输电线上的短路电流

计算5M母线上发生三相短路，流到1L~8L上的短路电流。

4.5任意时刻短路电流的计算

计算4M母线上发生三相短路，分别计算t=0s, t=0.2s, t=4s,故障点流过的短路电流周期分量及各电源的短路电流。

五、设计说明书撰写要求

1.设计内容全面，说明部分条理清晰，计算工程详略得当。

2.数据列表分析明晰，需要列表的有：

不同短路类型的短路电流计算结果

不同点短路时的短路电流计算结果

任意时刻短路电流的计算结果

课程设计说明书装订顺序：封面、成绩评审意见表、任务书、目录、正文、参考文献

目录

1. 绪论

1.1电力系统三大计算 (5)

1.2电力系统短路故障概述 (5)

2.短路电流分析

2.1对称分量法 (6)

2.2序网络 (6)

3.正文

3.1不同短路类型的短路电流计算 (7)

3.2不同点短路时的短路电流计算 (12)

3.3任意时刻短路电流的计算结果 (13)

4.参考文献 (16)

1. 绪论

1.1电力系统三大计算

1.潮流计算

研究电力系统稳态运行情况的一种基本电气计算，常规潮流计算的任务是根据给定的运行条件和网路结构确定整个系统的运行状态，如各母线上的电压（幅值及相角）、网络中的功率分布以及功率损耗等。潮流计算的结果是电力系统稳定计算和故障分析的基础。

2.短路故障计算

主要研究电力系统中发生故障（包括短路、断线和非正常操作）时，故障电流、电压及其在电力网中的分布。短路电流计算是故障分析的的主要内容。短路电流计算的目的，是确定短路故障的严重程度，选择电气设备参数。整定继电保护，分析系统中负序及零序电流的分布，从而确定其对电气设备和系统的影响。

3.稳定性计算

给定运行条件下的电力系统，在受到扰动后，重新回复到运行平衡状态的能力。系统中的多数变量可维持在一定的范围，使整个系统能稳定运行。根据性质的不同，电力系统稳定性可分为功角稳定、电压稳定和频率稳定三类。

1.2电力系统短路故障概述

电力系统的短路故障是严重的，而又是发生几率最多的故障。一般说来，最严重的短路是三相短路。当发生短路时，其短路电流可达数万安以至十几万安，它们所产生的热效应和电动力效应将使电气设备遭受严重破环。为此，当发生短路时，继电保护装置必须迅速切除故障线路，以避免故障部分继续遭受危害，并使非故障部分从不正常运行情况下解脱出来，这要求电气设备必须有足够的机械强度和热稳定度，开关电气设备必须具备足够的开断能力，即必须经得起“可能最大短路的侵扰”而不致损坏。

因此，电力系统短路电流计算是电力系统运行分析，设计计算的重要环节，许多电业设计单位和个人倾注极大精力从事这一工作的研究。由于电力系统结构复杂，随着生产发展，技术进步系统日趋扩大和复杂化，短路电流计算工作量也随之增大，采用计算机辅助计算势在必行。

1. 短路故障（横向故障）：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。短路类型：4种。

1) 单相接地短路（发生概率最大的短路类型）

2) 两相短路

3) 两相短路接地

4) 三相短路（对称短路、最严重的短路类型）

2. 短路原因及危害

原因：客观（绝缘破坏：架空线绝缘子表面放电，大风、冰雹、台风）、主观（误

操作）。

危害：短路电流大（热效应、电动效应）、故障点附件电压下降、功率不平衡失

去稳定、不对称故障产生不平衡磁通影响通信线路。

3.解决措施：继电保护快速隔离、自动重合闸、串联电抗器等。

2.2对称分量法以及序网络

2.2.1对称分量法

电力系统正常运行时可认为是对称的，即各元件三相阻抗相同，各自三相电压、电流大小相等，具有正常相序。电力系统正常运行方式的破坏主要与不对称故障或者断路器的不对称操作有关。由于整个电力系统中只有个别点是三相阻抗不相等，所以一般不使用直接求解复杂的三相不对称电路的方法，而采用更简单的对称分量法进行分析。

对称分量法就是将一组不对称的三相相量分解为三组对称的三相相量，或者将三组对称的三相相量合成一组不对称的三相相量的方法。

2.2.2序网络

序网络分为正序，负序，零序。利用对称分量法分析电力系统的各种不对称故障，首先应该绘出与系统各序阻抗相对应的序网络，利用序网络一次求得待求电量的各序分量之后，在进行合成，求的最终结果。

正序网络：用以计算对称三相短路时的网络，流过正序电流的全部元件的阻抗均用正序阻抗表示。正序网络首先在短路点加入短路点电压的正序分量，正序分量电流流经的原件，用相应的正序阻抗表示，电源中性点与负荷中性点等电位，直接用导线相连，设为等电位。

负序网络：与正序网络相似，在短路点加上短路点电压的负序分量，发电机没有负序电动势，中性点阻抗不计入负序网络。因为发电机的负序电势为零，所以负序网络中电源支路负序阻抗的终点不接电势，而与零电位相连，并作为负序网络的起点，短路点就是该网络的终点。

零序网络：在零序网络中，不包含电源电势。只在短路点存在有由故障条件所决定的不对称电势源中的零序分量。各元件的阻抗均应以零序参数表示。

零序电流实际上是一个流经三相电路的单相电流，经过地或与地连接的其它导体（例如地线、电缆包皮等），再返回三相电路中。只有当和短路点直接相连的网络中至少具有一个接地中性点时，才可以形成一个零序回路。如果与短路点直接相连的网络中有好几个接地的中性点，那么有几个零序电流的并联支路。

在绘制等值网络时，只能把有零序电流通过的元件包括进去，而不通过零序电流的元件应舍去。作出系统的三线图，在短路处将三相连在一起，接上一个零序电势源，并从这一点开始逐一的查明零序电流可能通行的回路。

画完各序网络并简化，并求出各序网络的点小电源电动势和各序等值电抗。

正文

解：首先计算各元件基准电抗标幺值，取基准容量av ,100U U MVA S B B ==。绘制

等效电路并化简，如下图所示。

发电机G1、G2、G3、G4:198.08

.0/50100124.0d

4321=?=====N B S S X X X X X ”

发电机G5、G6:605.085

.0/20100

1423.0d

65=?===N B S S X X X ”

变压器T1、T2、T3、T4：167.063

100

1005.10100%10987===

===N B K S S U X X X X

T5、T6：0.075240

100

10018100%1211===

=N B K S S U X X

T7、T8：0.15690

100

10014100%1413===

=N B K S S U X X

线路WL1:0.05220100

600.422

av

01615=??===U S L

X X X B WL2:0.066220100

800.42

2av

01817=??===U S L

X X X B WL3:0.017220100

200.422

av

02019=??===U S L

X X X B

将图（a ）的等值电路化简，如图（b ）所示。

116.02/05.04/)167.0198.0(21=++=X

373.02/066.02/)075.0605.0(22=++=X

009.02/017.023==X

078.02/156.024==X (1).当发电机电势取08.1=E 时

计算4M 母线发生三相短路，两相短路，单相短路流到短路点的短路电流。

单相短路：正序网络与负序网络相同如下图所示：

097.0)009.0373

.0116.0373

.0116.0(

=++?==∑∑负正X X

零序网络由于线路阻抗不同如下图所示：

166

.03)2/05.0(4/)167.0198.0(25=?++=X 439.03)2/066.0(2/)075.0605.0(26=?++=X

026.03)2/017.0(27=?=X

0.110.0260.439

0.1660.439

0.166=++?=∑）（

零X

发电机电势E=1.08，假设是A 相发生单相接地电路，此时的负荷序网为三个网

络串联，因此

KA

I A j X X X E I I I 2.797220

3100

3.5533 3.553

j

0.110.0970.097 1.08

=??

?=-=++=++=

==∑∑∑总零负正零负正相的短路电流为故）（

两相短路：当选择b 、c 相短路时,此时复序网为正序和负序的并联

5.567

0.097)j 0.0971.08

j X X E I I -=+=+=

-=∑∑（负正负正

故障相电流为：

9.642

j5.5673j 3j 9.642j5.5673j 3j =-?==-=-?-=-=正正I I I I C B

其有名值为：KA I I C B 53.23

220100

642.9=??

==

三相短路：等值网络（b ）可化简为等值网络（c ）

KA X E I 922.2220

3100

097.008.12203100=??=?=

∑

短

短路类型 单相短路 两相短路 三相短路

短路电流 2.797KA 2.53KA 2.922KA

(2).计算2M 母线上发生三相短路流到短路点的短路电流。 等值电路可化简为下图

088.0373

.0116.0373

.0116.02=+?=∑X

KA X E I 273.12088

.008.12===

∑短 计算5M 母线上发生三相短路流到短路点的短路电流。等值网络如下图

175.0)078.0009.0373

.0116.0373

.0116.0(3=+++?=∑X

KA X E I 6.1710.175

08.13===

∑短 短路点 2M 5M

短路电流 12.273KA 6.171KA

(3).计算5M 母线上发生三相短路，流到1L~8L 上的短路电流。

当5M 母线上发生短路时，KA I 6.171=短.

线路7L 、8L ：0.017220100

200.42

2av

087=??===U S L

X X X B L L 085.02

787==

L

L L X X 078.024=X L L L L X X I I 8724

87=短所以KA X X I I L L L L 663.5085

.0078.0171.6872487=?=?=短

KA I I I L L L L 832.22

663

.528787===

= KA

I I I KA

I I I I L L L L L L L L L 836.11918.522 5.9182

6.173

5.6632543218765=?==+=+=+==短 KA X X X I I I X X I I L L L L L L L L 514.4116

.0373.0373

.0836.112121222122652121224321=+??=+?===所以 KA I I I I L L L L L 404.1)2514.4836.11(21

)2(2116543=?-?=-==

短路线路

1L2L

3L4L

5L6L

7L8L

短路电流 4.514KA 1.404KA 5.918KA 2.832KA

(4).计算4M 母线上发生三相短路，分别计算t=0s, t=0.2s, t=4s,故障点流过的短路电流周期分量及各电源的短路电流。 等值网络如下图所示

发电机G1、G2、G3、G4转移电抗为

128

.0373

.0009

.0116.0009.0116.0"

21=?+

+=X 计算电抗为0.32100

0.850

40.128ca1=???

=X

查运算曲线得35.3)0*(1==T I 6.2)2.0*(1==T I 33.2)4*(1==T I

短路电流有名值为

KA

I I I B T T 198.2220

38

.0/)504(35.31)0*(1)0(1=???

==== KA

I I I B T T 706.1220

38

.0/)504(6.21)2.0*(1)2.0(1=???

==== KA

I I I B T T 529.1220

38

.0/)504(33.21)4*(1)4(1=???

====

发电机G5、G6转移电抗为

411

.0116

.0009

.0373.0009.0373.0"

22=?+

+=X 计算电抗为 2.321100

0.85240

20.411ca2=???

=X

查运算曲线得0.44)0*(2==T I 0.41).20*(2==T I 0.425)4*(2==T I

短路电流有名值为A

KA

I I I B T T 0.652220

35

8.0/)2402(0.442)0*(2)0(2=???

==== KA

I I I B T T 0.608220

35

8.0/)2402(0.412).20*(2).20(2=???

==== KA

I I I B T T 0.630220

35

8.0/)2402(0.4252)4*(2)4(2=???

==== 所以4M 母线上总的短路电流为

KA KA I I I T T T 85.2)652.0198.2()0*(2)0*(10=+=+====）短（

KA KA I I I T T T 314.2)608.0706.1()2.0*(2)2.0*(12.0=+=+====）短（

KA KA I I I T T T 159.2)630.0529.1()4*(2)4*(14=+=+====）短（

短路时刻0s 0.2s 4s

短路电流 2.85KA 2.314KA 2.159KA

参考文献

1.李光琦编电力系统暂态分析（第三版）中国电力出版社.2007

2.刘学军辛涛主编电力系统分析机械工业出版社.2013