电力系统横向故障分析实验

电力系统实验报告实验二电力系统横向故障分析实验

姓名：胡馨

学号：09292036

班级：电气0910

任课老师：夏明超

实验时间：2012年4月25日16：00—18：00

一、实验目的

1、对电力系统各种短路现象的认识；

2、掌握各种短路故障的电压电流分布特点；

3、分析比较仿真运算与手动运算的区别；

二、实验内容

1．各种短路电流实验

观察比较各种短路时的三相电流、三相电压；

2．归纳总结各种短路的特点

3．仿真运算与手动运算的比较分析

三、实验方法和步骤

辐射形网络主接线图

1、按照实验要求，把实验电路图在仿真软件上先建立好。

电路参数的要求：

输入参数（系统图如下）：额定电压：220KV；负荷F1：100+j42MVA；负荷处母线电压：17.25V；

变压器B1：Un=360MVA，变比=18/220，Uk％=14.3％，Pk=230KW，P0=150KW，I0/In=1％；

变压器B2：Un=360MVA，变比=220/18，Uk％=14.3％，Pk=230KW，P0=150KW，I0/In=1％；

线路L1、L2：长度：100km，电阻：0.04Ω/km，电抗：0.3256Ω/km。

发电机：按汽轮机默认参数

2、按照实验要求设置系统元件参数：

（1）、发电机参数设置：

根据实验要求把发电机参数设置为“汽轮机默认参数”。然后需要注意的是，要把潮流节点类型改为“平衡节点”这样仿真才能成功。其它都不要改动。其默认额定电压为18KV。

（2）变压器B1参数设置：

根据实验要求，B1变比为18/242。可以知道绕组1次侧额定电压为18KV，绕组2次侧额定电压为242KV。2次侧网络额定电压为220KV，根据变压器参数设置的关系，二次侧额定电压为网络电压的110%，可以得知2次侧网络额定电压。其它参数按照实验要求进行设置。

（3）变压器B2参数设置：

根据实验要求把变压器B2的参数进行设置。同样也是按照变压器1次侧与线路额定电压相等，2次侧为线路额定电压的1.1倍进行设置。

（4）电流互感器参数设置：

按照要求把电流互感器的参数设置为220KV默认参数即可。

（5）线路参数的设置：

由于L2是故障相线路，先按照实验要求对两条线路进行参数设置，点击“220KV 线路默认参数”即可。

（6）负荷参数设置：

（7）电压互感器参数设置

（8）断路器参数设置

3、网络元件参数设置完之后，按照实验要求进行仿真。得出潮流计算结果：

利用已建立系统，在L2线路上进行故障点设置，当故障距离为80％时，分别完成以下内容（记录波形长度最少为故障前2周期，故障后5周期）：

（1）设置故障类型为“单相接地短路”，运行仿真，在输出图页上观察记录线路始端CT和CVT的波形；

根据实验要求进行故障的设置：

电流互感器输出波形：

设置故障点出现时间为1s，故障时间为0.5s，这样我们就可以观察A相上的电流波形。由仿真结果可以看出来，在故障前，A相电流按照正弦波形进行运行。而在故障的时候，A相电流突然增加，且可以看出来，在故障刚开始时的纹波比较大，这时由于刚发生故障时，有一些非周期分量。周期分量依然呈正弦波形。而过了一定时间之后，波形开始稳定。且在刚开始时，有一个较大的冲击电

流。在故障消除了，电流又逐渐恢复到原来的运行状态，且在刚稳定的前两个周期电流波形上也有很大的纹波电流。这与理论相差不多。

电压互感器输出电压波形：

出现故障的时间为1s时刻，故障持续时间为0.5s。由仿真结果可以看出来，在还未出现故障之前，电压波形为正弦波形。而在1s时刻出现了故障，此时A 相电压突然下降，且波动比较大。这对电力系统是相当不利的。且由仿真结果可以看出来，故障线路的点电压下降比较明显，而非故障线路电压下降缓慢一点，没有故障线路那么明显，这主要是由于两条线路是并联的，这样就会对另一条非故障线路有一定的影响。在故障刚消除的时候，又有一个较大的冲击电压，这是由于相当于刚接上一个电源，所以就有一个较大的冲击电压。在电压恢复前几个周期，电压波形有很大的纹波。

（2）设置故障类型为“两相相间短路”，运行仿真，在输出图页上观察记录线路始端CT和CVT的波形；

进行故障类型设置：

电流互感器输出电流波形：

由仿真结果可以看出来，在故障前，电流波形呈正弦波形，而故障发生之后，故障相AB两相的电流波形突然增大，而非故障相C相得电流波形的幅值基本上没有发生变化，但是波形发生了一定的变形。且故障相AB两相电流波形还是依然相差120°。而在故障消除之后，故障相的电流波形又恢复到原来的状态。依然呈正弦波形，只是电流幅值是缓慢恢复到原来的电流幅值。在故障时根据IA=-IB。由仿真结果也可以看出来，AB两相电流，大小基本相等，而方向相反。电压互感器的电压波形：

由仿真结果可以看出来，电压波形和单相短路时相差不多，也是在故障发生之后，电压幅值开始下降，且开始时有一定的纹波。在故障消除之后，电压开始逐渐恢复到原来的电压幅值。

（3）设置故障类型为“两相接地短路”，运行仿真，在输出图页上观察记录线路始端CT和CVT的波形；

对故障类型进行设置：

故障类型为“AB两相接地故障”。

电流互感器的电流波形：

由仿真结果可以看出来，在AB两相发生接地短路故障时，两相电流波形都发生了变化，非故障相C相电流波形基本上没有发生变化。在故障消除之后，电流波形逐渐恢复到原来的电流波形。

（4）设置故障类型为“三相短路”，运行仿真，在输出图页上观察记录线路始端CT和CVT的波形；

进行故障类型设置：

故障类型为“三相故障”。

电压互感器的电压波形：

在系统发生三相故障时，非故障支路的电压和前面一样都有所下降，但是并没有减为0。而故障支路的三相电压迅速下降为0。在故障消除之后，电压幅值开始逐渐上升。且后来基本上稳定在原来的幅值。

（5）根据不同故障情况下电流电压输出波形，归纳各种情况下故障电流电压的特点。

由仿真结果可以知道，当系统发生不同故障时，电流和电压的特点是各不相同的。在各种故障中，故障相的电流相对于原来的正常运行时的电流幅值都急剧

增加，而故障消除之后，电流幅值又开始逐渐减小，并且最终稳定在原来的幅值。

在发生故障之后，电流和电压之间的相位差发生了变化。在系统发生故障时，非故障支路的电流也会有所增加，这是由于它们之间形成的是并联关系，也有相应的电流流过。非故障支路的电压幅值会有所降低，但是不管发生什么样的故障，其电压幅值都不会降为0。而故障支路当发生非接地故障时，电压幅值会有所下降，但是并不会下降为0，当发生接地故障时，电压幅值会马上降为0。发生三相故障时，短路电流是对称的，且短路电流比较大，短路电压基本上为0；发生单相短路时，故障相电压变为0，非故障相电压不为0，故障相电流比较大，非故障相电流为0；发生两相故障时，故障相的电压相等，都等于电源电压的一半，非故障相得电压为电源电压，故障相电流大小相等方向相反，非故障相电流为0；发生两相短路接地时，故障相电压相等，都等于0，非故障相不为0，故障相电流不为0，且与短路阻抗和非故障相的正序电流成正比，非故障相电流为0。

4.短路故障比较分析

利用已建立系统，在L2线路上进行故障点设置，当故障距离线路末端时，设置故障类型为“三相短路”，运行仿真，在输出图页上观察记录故障点电压电流的波形。

（1）根据题目要求，对故障线路L2进行设置，故障点设置为90%，这样故障基本上就是发生在线路末端了。

故障点的电压波形：

与上面故障发生在80%时相比较可以看出来，在线路末端发生三相短路故障时，故障点的电压马上变为0，不像发生在80%时的电压波形，故障点电压是缓慢变到0。而非故障支路的电压比原来高，且波动也比较大。

故障点的电流波形：

由上面的电流波形和80%处的三相故障电流波形比较可以看出来，在线路末端发生故障时，非故障支路的电流波形基本上相差不多，但是故障支路的电流波形波动比原来的更大。纹波也比较大，这对系统来说是比较不利的。

（2）根据故障后1－2个周期内波形，计算故障点短路电流周期分量值。 答：由仿真结果图可以读出来，在第一个周期内 2.5i pmh kA =,0.22i pmL kA =-。所以1()2 1.36i pm pmh pml kA i i =-÷=。 在

第

二

个

周

期

内

2.1i

pmh

kA

=，

0.75i

pmL

kA

=-，所以

2

()2

1.

4

2

5

i

pm pmh pml kA i i =-÷=。 对两个周期求平均值：12()2 1.3925i pm pm pm kA i i =+÷=。 所有周期分量有效值为： 1.3925

0.9852

2

pm

kA i

=

=。

（3）手动计算故障点周期电流起始值。

等值电路：

解：S B

=300MVA ，V B =V AV

''*3000.130.13

300

B G d

N

S x x

S ==?

=

*%14.33000.1192

100100

360

s B T N

V S x S =

=

?

=*22

113000.32561000.0923

2

2

230

B L l B

S x x l

V

=

=

???

=*0.130.11920.09230.3415

x ∑=++=

***

'' 1.08'' 3.1625

0.3415

E I x ∑=

=

=

起始暂态电流

''*

300'' 3.1625 2.38163230

B I I I kA

==?

=?

冲击电流

2'' 1.82 2.3816 6.0616im im

i k I kA ==?

?=

短路电流最大有效值 1.52'' 1.52 2.3816 3.6200im I I kA

==?=

（3）误差分析：

答：在手动短路潮流计算是近似计算，在正常工作时负荷电流比较小，和短路电流比起来比较小，所以在手算潮流计算时通常将负荷电流忽略。在等值计算时忽略负荷，忽略线路对地支路的影响，即线路对地电容和变压器励磁支路，忽略线路阻抗。而在计算机计算中，这些因素都没有忽略，即短路电路的阻抗就比手算潮流大，而电压是固定的，因此，计算机潮流计算结果就比手算潮流值小。

四、思考题

1.什么叫电力系统的横向故障？是如何分类的？

答：常见的三相短路，两相和单相短路通常称为横向故障，它是指网络的节点k（也就是短路点）处出现了相与相之间或相与地之间的不正常接通情况。短路类型常分为三相短路，两相短路，单相接地短路，两相接地短路。

2.电力系统各种短路故障有什么特点？短路故障对电力系统都有哪些危害？

答：电力系统短路时的基本现象是电流很大，电压降低，周波降低。很大的电流会产生热量和很大的安培力，损坏设备绝缘，并造成机械损伤。短路电流往往会有电弧产生，它不仅能烧坏故障元件本身，也可能烧坏周围设备和伤害周围人员。巨大的短路电流通过导体时，一方面会使导体大量发热，造成导体过热甚至熔化，以及绝缘损坏；另一方面巨大的短路电流还将产生很大的电动力作用于导体，使导体变形或损坏。短路也同时引起系统电压大幅度降低，特别是靠近短路点处的电压降低得更多，从而可能导致部分用户或全部用户的供电遭到破坏。网络电压的降低，使供电设备的正常工作受到损坏，也可能导致工厂的产品报废或设备损坏，如电动机过热受损等。电力系统中出现短路故障时，系统功率分布的突然变化和电压的严重下降，可能破坏各发电厂并联运行的稳定性，使整个系统解列，这时某些发电机可能过负荷，因此，必须切除部分用户。短路时电压下降的愈大，持续时间愈长，破坏整个电力系统稳定运行的可能性愈大。

3.变压器中性点接地方式对接地短路电流的大小和分布有什么影响？为什么产生这样的影响？

答：当在三相电源回路中发生单相接地时，会在故障点流过故障电流，也就是单相短路接地电流，如果节点故障点不是很牢固的接地，就会产生电弧，这就是接地电弧。电弧的大小与接地电流值成正比，而接地电流的大小又与电力系统的中心点接地方式有关。当采用中心点直接接地时，单相短路电流最大，中心点通过电阻接地，由于扎故障电流回路中加上了电阻，所以接地电流就小一些，与加入的电阻大小成反比，如果中心点不接地，那么故障点流过的仅仅是供电系统的电容电流，这个电流一般很小，很难形成电弧。如果中心点经过消弧线圈接地，由于消弧线圈产生的电感电流于上述电容电流方向相反，所以使得故障电流更小，趋近于零。

4.电力系统各种短路电流计算时，不计负荷电流与计及负荷电流，结果有什么不同？

答：短路电流一般比较大，在几KA左右，而负荷电流较短路电流较小，一般为几百安左右，在计算时常被忽略，因此不计负荷电流的结果比计及负荷电流的计算结果小一点。

5.计算机仿真模拟各种短路运算与手动进行短路计算有什么区别？各有何特点？

答：手动计算是近似计算，由于负荷电流远小于短路电流，所以在等值计算时忽略负荷，忽略线路对地支路的影响，即线路对地电容和变压器励磁支路，忽略线路阻抗。计算机仿真模拟各种短路运算时，由于是考虑了整个系统中所有的情况，因此计算结果比较接近于实际情况，计算会复杂一点。而手动进行短路计算则对电路进行了化简，忽略了负荷电流的影响，这样使计算简单，但是误差会较大。