电力系统分析pdf

目录1、统短路故障的基本知识 (2)1.1短路故障的概述【1】 (2)1.2标幺制 (3)1.2.1标幺制 (3)1.2.2标幺制的优点【3】： (4)2、称分量法在不对称的短路计算中的应用【4】 (5)2.1不对称三相量的分解 (5)2.2、正序等效定则【5】 (7)3、电力系统不对称短路计算实例 (8)3.1各个元件等效电抗标幺值的计算 (9)3.2计算出各序的等值电抗： (10)3.3、求取各相电流和电压： (11)3.4电流电压相量图如下图所示。

(12)4、课程设计结论 (13)5、总结与体会 (13)6、致谢. (14)7、参考文献 (14)前言电力系统的安全、稳定、经济性的运行，对于各个从事与电力行业相关的工作者来说都是最理想的工作状态，但是随着电力系统的运行过程中总会难以避免有故障的产生。

伴随着电力系统故障的产生且电力系统故障的多样性，所以现如今电力系统分析这门学科也成为了电气专业最热门、必不可缺的课程之一，电力系统故障分析的方法多年来亦成为了电力行业学术研究的热点。

引起电网不对称的原因，超高压架空输电线路不换位，变压器结构不对称。

交直流变换器的存在，系统负荷不平衡，系统中存在非线性的元件。

电力系统可能发生的故障主要可分为短路故障和断路故障。

短路故障属于横向故障，其中发生概率最大的是单相短路故障。

短路故障是指一切不正常的相与相之间或相与地的（或中线）之间发生导通的情况。

因为短路故障引起的电流要比电力系统正常运行时的电流大的多，其冲击效应与热效应都会对电器设备造成损害，同时短路故障改变了电力系统的网络结构。

因此对发电机的输出功率都有影响，严重时可成发电机之间的失步，使得电力系统失去稳定，因此必须对电力系统的各种暂态情况进行分析研究，根据分析结果选择相应的保护设备。

1、统短路故障的基本知识1.1短路故障的概述【1】电力系统在运行时可能受到各种扰动，例如负荷切换以及系统内个别元件老化引起不同相之间或相线与地线之间发生的短路等，这些扰动如果使得电力系统不能正常运行，就成为电力系统故障。

如果电力系统中只有某一处发生故障称为简单故障，如果有两个及以上的简单故障发生，则成为复杂故障。

发生短路故障的原因有很多，常见的有：（1）元件的绝缘自然老化发展成为短路；（2）因雷击或过电压引起的电弧放电，风、雪等自然灾害引起的电杆倒塌；（3）人为的违规操作；（4）其他，如鸟兽等生物跨接裸露导线等造成的短路。

发生短路故障时可能产生以下后果：<1> 通过短路点的很大短路电流和燃烧所以起得电弧使短路点的元件发生故障甚至损坏。

<2> 短路电流通过非故障设备时，由于发热和电动力作用，引起他们使用寿命缩短甚至损坏<3> 电力系统中部分地区的电压大大降低，是大量电力用户的正常工作遭到破坏。

<4> 破坏电力系统中各发电厂之间并列运行的稳定性，引起系统震荡甚至系统崩溃。

短路故障又可以分为三相接地故障，用K（3）表示，单相接地故障，用K（1）表示，两项短接故障，用K（2）表示和两相接地短路故障，用K（1，1）表示。

在三相交流电力系统发生的各种短路故障中，单相接地短路所占的比例最高，其次为两相短路故障以及两相接地短路故障，三相短，路故障所占的比例最小，且电力系统短路故障大多数发生在架空线路部分，约占70%以上。

由上述可知：一般情况下单相短路、两相相间短路、两相对地短路的故障占所有故障类型中的大多数，即不对称类型的故障为主流，因此我们主要研究不对称故障的电路故障情况。

1.2标幺制1.2.1标幺制就是把各个物理量均用标幺制来表示的一种相对单位制。

【2】标幺制（per unit）电路计算中各物理量和参数均以其有名值与基准值的比值表示的无量纲体制。

例如物理量A，有其相应基准值AB，则A的标幺值A*=A/AB。

电力系统分析与计算采用标幺制，便于直观和迅速地判断系统元件参数、状态变量的正确性，并能大量简化计算。

在电力系统分析中，还经常采用一种相对单位制称为标幺制。

在标幺制中，各不同单位的物理量都要指定一个基准值，这个基准值用下标B表示。

1.2.2标幺制的优点【3】：2、称分量法在不对称的短路计算中的应用【4】2.1不对称三相量的分解正序分量：.a(1),(1),(1),b cF三相的正序分量大小相等，彼此相位相差120，与系统正常对称运行对称运行方式下的相序相同，达到最大值a b c，在电机内部产生正转磁场，这就是正序分量。

此正序分量为一平衡的三相系统，因此有：...a(1)(1)(1)0b cF F F++=负序分量：...a(2),(2),(2),b cF F F三相的负序分量大小相等，彼此相位相差120，与系统正常对称运行对称运行方式下的相序相反，达到最大值a c b，在电机内部产生反转磁场，这就是正序分量此正序分量为一平衡的三相系统，因此有：...a(2)(2)(2)0b cF F F++=正序分量负序分量零序分量零序分量：...a(0),(0),(0),b c F F F 三相的零序分量大小相等，相位相同，三相的零序分量同时达到最大值，在电机内部产生漏磁，其合成磁场为零，这就是零序分量。

任选一相（这里选A 相）电流作为基准相量，就可以得到这三个不对称的电流相量与所分解的三组相量之间的关系为：. (120) (2)120120.......2120120A A A A B B B B A A A C C C C A A A I I I I I I I I a I a I I I I I I a I a I I ⎧=++⎪⎪=++=++⎨⎪=++=++⎪⎩上式中为书写简洁，用0120J a e =表示向量之间的相位关系。

同时，上式也可以写成矩阵形式：...11...22...00A A A B A A C A A I I I I a a I I a a I I I ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎛⎫⎢⎥⎢⎥⎢⎥ ⎪=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎪ ⎪⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎝⎭⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦２２１１１１＝Ｔ１ 式中的矩阵为对称分量变换矩阵,用T 表示.上式还可以写成为: 120ABC I TI =如果已知三个序相量，就可以通过T 的逆变换求出三个不对称的电流相量，即：...1...12...011311A A A A B B A C C I I I a a I a a I I I I I -⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎛⎫⎢⎥⎢⎥⎢⎥ ⎪=⎢⎥⎢⎥⎢⎥ ⎪⎢⎥⎢⎥⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦２２１＝Ｔ１式中的, 1-Ｔ是Ｔ的逆矩阵.对称分量法本质上是叠加原理的应用,所以只有当系统为线性时才能使用,一般情况下,电力系统可以看作是线性系统,当电力系统出现不对称短路时,采用对称分量法可以简化分析过程,减少计算工作量.同样的，对于不对称的三相电压，也可以用对称分量法进行分解，任选一项（这里选A 相）电压作为基准相量，则有：...11...22...00A A A B B B C C C U U U U aa U U a a U U U ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎛⎫⎢⎥⎢⎥⎢⎥ ⎪=⎢⎥⎢⎥⎢⎥ ⎪ ⎪⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎝⎭⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦２２１１１１＝Ｔ１ 上式可以简写为：120ABC U TU =...1...12...011311A A A B B B C C C U U U a a U a a U U U U U -⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎛⎫⎢⎥⎢⎥⎢⎥ ⎪=⎢⎥⎢⎥⎢⎥ ⎪⎢⎥⎢⎥⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦２２１＝Ｔ１ 同理如上可以简写为：1120ABC U T U -=2.2、正序等效定则【5】简单不对称短路电流分析计算过程： 1. 画出正序、负序和零序图， 2. 求出系统对短路点的各序参数3. 再根据不对称短路的特点，列出边界条件，4. 推导出序电流和序电压的关系，5. 画出直观的复合序网络图，6. 求出短路点的正序电流。

短路点基准相的正序电流表达式可以写成一个通用表达式：..111KK K KK AE I jX Z =+在简单不对称短路故障的情况中，短路点基准相的电流的正序分量，与在短路点的每一相中加入附加阻抗ZA 而发生三相短路时的电流相等。

————正序等效定则。

3、电力系统不对称短路计算实例已知某系统接线如图四所示，各元件电抗均已知，当k 点发生BC 两相接地短路时，求短路点各序电流、电压及各相电流、电压，并绘出短路点的电流、电压相量图。

解：kk0kk2jX jX +fkk0kk23Z jX jX ++fkk2Z jX +()()kk0g f kk2f f jX 3Z Z //jX Z Z ++++kk2jX kk0kk2//jX jX各序等效电路图如下图所示：3.1各个元件等效电抗标幺值的计算（取100B B AV MVA S U U ==、）。

发电机G1:"122x %100.0.125*0.2510050x %100.0.16*0.3210050d B Nn N s s s s X X ======发电"1x %100.0.125*0.510025d B N s s X ===22x %100.0.16*0.6410025n N s s X=== 变压器T1:12%10.5100.*0.175********K B N U s s X XX===== 变压器T2:12%10.5100.*0.33310010031.5K B N U s s X XX===== 线路L:1221211000.4*0.5*0.1511522*0.150.30B B s x l U X XXX =======3.2计算出各序的等值电抗：以A 相为基准相作出各序网络图，求出等值电抗: 1X ∑、2X ∑、0X ∑。

由对称分量法得出的边界条件：....12....1213a a a a a a a aI I IIUU UU=++====有以上得出的边界条件可以绘出复合序网图如下所示：.a E ∑由复合网求各序的电流和电压可以求得：..1120120..02120..221021 2.385*0.388*0.1960.2890.3880.1960.1962.3850.800.3880.1960.3882.385 1.5850.3880.196a a a a a a E j I jX jX j j j jX j j jX jX X I I X X X I I X X ∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑⎧⎪===⎪++⎪++⎪⎪=-=-=-⎨++⎪⎪⎪=-=-=-⎪++⎪⎩....20120120*0.388*0.1962.385*0.3110.3880.196a a a a jX jX j j U U U I j jX jX j j ∑∑∑∑=====++3.3、求取各相电流和电压：求出各序电压电流后，通过T 变换就可以求出短路点各相电压和电流。