电力系统课程设计(短路计算7)

课程设计说明书题目名称：某系统短路计算系部：专业班级：学生姓名：学号：指导教师：完成日期：新疆工程学院电力工程系课程设计评定意见设计题目：某系统短路计算学生姓名：专业班级评定意见：评定成绩：指导教师（签名）：年月日评定意见参考提纲：1、学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。

2、学生的勤勉态度。

3、设计或说明书的优缺点，包括：学生对理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。

新疆工程学院电力工程系课程设计任务书16/17学年2学期2017年5 月26日专业班级课程名称电力系统分析基础设计题目电力系统短路电流的计算指导教师刘华起止时间2017年5月26日—2017年6月16日周数2周设计地点神华楼A303仿真实验室设计目的：本次电力系统课程设计是根据给定的原始材料完成、巩固和加深对电力系统短路计算基本原理的理解，学习和掌握应用计算机进行电力系统设计和计算的方法，培养学生独立分析和解决问题的能力。

设计任务或主要技术指标：短路点短路电流的计算所需的部分参数都已经标注在电路图中，本组成员计算所需系统C、变压器T1、线路L、变压器T2、发电机G等的电抗标幺值。

发电机：电压标幺值E eq=1；线路：正序负序阻抗的额定标幺值取0.05，零序阻抗的额定标幺值取0.15；a.求系统C的正序电抗；b.求K点发生bc两相接地短路和abc三相短路时故障点电流；c.求K点发生bc两相接地短路和abc三相短路时发电机G和系统C分别提供的故障电流(假设故障前线路中没有电流)。

2.设计进度与要求设计进度：[1] 第一天：选题，收集资料，完成开题报[2] 第二天：完成电路等值电路的绘制[3] 第三、四、五天：完成电路电流的手工计算[4] 第六、七、八天：基于PSASP的仿真短路计算[5] 第九天：设计初审[6] 第十、十一天：修改初稿，打印终稿。

[7] 第十二天：课程设计答辩。

要求：[1] a.求系统C的正序电抗；b.求K点发生bc两相接地短路和abc三相短路时故障点电流；c.求K点发生bc两相接地短路和abc三相短路时发电机G和系统C分别提供的故障电流(假设故障前线路中没有电流)。

线路单位长度的参数见电力系统分析教材；[2] 用PSASP建模仿真计算；[3] 3人一组，2人手算，1人计算机仿真计算。

教研室主任（签名）系（部）主任（签名）年月日摘要电力系统发生三相短路故障造成的危害性是最大的，作为电力系统三大计算之一，分析计算短路故障的参数更为重要。

在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路。

对于各种不对称短路，都可以对短路点列写各序网络的电势方程，根据不对称短路的不同类型列写边界条件方程。

联立求解这些方程可以求得短路点电压和电流的各序分量。

本设计通过对某系统的短路计算来说明如何分析短路计算，为电力系统的规划设计、安全运行、设备选择、继电保护等提供重要依据。

关键词短路、对称短路、不对称短路目录1 设计任务 (1)2 设计原理 (2)2.1电力系统各序网络的制定 (2)2.2不对称三相量的分解 (3)2.3 三相短路 (4)3 计算过程及步骤 (6)3.1 系统C的正序电抗计算 (6)3.2 K点发生两相短路时故障点电流计算 (7)3.3 K点发生abc三相短路时故障点电流 (9)3.4 K点发生abc三相短路时发电机G和系统C分别提供的故障电流 (9)4 仿真实验 (10)4.1交直流电力系统分析程序功能 (10)4.2仿真结果部分截图 (11)5 结果分析 (15)总结 (16)致谢 (17)参考文献 (18)1 设计任务如图所示发电机G ，变压器T1、T2以及线路L 电抗参数都以统一基准的标幺值给出，系统C 的电抗值是未知的，但已知其正序电抗等于负序电抗。

在K 点发生a 相直接接地短路故障，测得K 点短路后三相电压分别为 120∠1=•b U ，120-∠1=•c U 。

图1.1 电路原理图要求完成的主要任务:(1) 求系统C 的正序电抗；(2) 求K 点发生bc 两相短路和abc 三相短路时故障点电流；(3) 求K 点发生bc 两相短路和abc 三相短路时发电机G 和系统C 分别提供的故障电流(假设故障前线路中没有电流)。

25.0=G Z2 设计原理2.1电力系统各序网络的制定应用对称分量法分析计算不对称故障时，首先必须作出电力系统的各序网络。

为此，应根据电力系统的接线图，中性点接地情况等原始资料，在故障点分别施加各序电势，从故障点开始，逐步查明各序电流流通的情况。

凡是某一序电流能流通的元件，都必须包括在该序网络中，并用相应的序参数和等值电路表示。

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，如图2.1所示；负序电流能流通的元件与正序电流的相同，但所有电源的负序电势为零。

因此，把正序网络中各元件的参数都用负序参数代替，并令电源电势等于零，便得到负序网络如图2.2所示；在短路点电流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，他们必须经过大地才能构成通路，而且电流的流通与变压器中性点接地情况及变压器的接法有密切的关系，如图2.3所示。

利用各序的网络图可以计算出相应的各序阻抗。

图2.1系统的正序网络图2.2系统的负序网络图2.3 系统的零序网络2.2不对称三相量的分解对称分量法是分析不对称故障的常用方法，根据对称分量法，一组不对称的三相量可以分解为正序、负序、零序三相对称的三相量。

在三相电路中，对于任意一组不对称的三相相量(电压或电流)，可以分解为三组对称的相量，当选择a 相作为基准相时；三相相量与其对称分量之间的关系为：式（2-1）中，运算子 ，且有 分别为a 相电流的正序、负序和零序分量，并且有最后可得到电压的三相相量与其对应的序分量之间的关系也与电流的一样。

()121111131b 22)3()2()1(-⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡••••••式c a a a a I I I a a a a I I I ()22)0()0()0()2(2)2()2()2()1()1()1(2)1(-⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫======•••••••••••式a c b a c a b a c a I I I I a I I a I I a I I a I b )3-2()0()2()1()0()2(2)1()0()2()1()0()2()1(2)0()2()1(式⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫++=++=++=++=++=••••••••••••••••••c c c a a a c b b b a a a b a a a a I I I I I a I a I I I I I I a I a I I I I I 2402120,j j e a e a ==)0()2()1(,,10132a a a I I I a a a •••==++。

、2.3 三相短路正序等效定则：是指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各相中接入附加电抗而发生三相短路时的电流相等。

三种不对称短路电流的正序分量的计算和三相短路电流在形式上很相近，只是阻抗为△)1(Z Z +∑,△Z 是附加阻抗。

在单相短路时附加阻抗为∑)2(Z 和∑)0(Z(或f Z Z3)0(+∑)的串联；两相短路时附加阻抗为∑)2(Z (或f Z Z+∑)2()；两相短路接地时为∑∑)0()2(ZZ和 (或f Z Z3)0(+∑)的并联。

因此，对于任一种不对称短路，其短路电流的正序分量可以利用图2.4所示的正序增广网络计算。

图2.4 正序增广网络在图2.4中，阻抗Z △为附加阻抗，对于任一种不对称短路，其短路电流的正序分量可以利用图2.4所示的正序增广网络计算。

故障相短路电流的值和正序分量有一定关系，可以用以下公式：错误!未找到引用源。

上式中 Z △------正序增广网络中附加阻抗；M -----故障相短路电流对正序分量的倍数。

）式（4-2)1(△)1()3()1(⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫=+∑=••f f eqf MI I Z Z E I )3()1(f I •表2-1列出了各种短路时Z△和M的值，对于两相短路接地，表中的M值只适用于纯电抗的情况。

表2-1 各种短路时的Z△和M值短路种类Z△M三相短路0 1单相短路Z∑(2)+( Z∑(1)+3 Z f) 3两相短路Z∑(2)+ Z f两相接地短路3 计算过程及步骤3.1 系统C 的正序电抗计算应用对称分量法分析各种简单不对称故障时，都可以写出各序网络故障点的电压方程式(3-1)，当网络的各元件都只用阻抗表示时,方程可写成 式中错误!未找到引用源。

=错误!未找到引用源。

，即是短路发生前故障点的电压。

a 相接地短路时，故障处的三个边界条件为：用对称分量表示为：经整理后便得到用序量表示的边界条件为根据边界条件式）（4-3和方程式(3-1)。

即能确定短路点电流和电压的各序分量为 短路点非故障相得对地电压为：）式（1-3)0()0()0()2()2()2()1()1()1(⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫=∑-=∑-=∑-•••••••fa fa fa fa fa fa eq U I Z U I Z U I ZE ）式（2-30,0,0===•••fc fb fa I I U ）式（5-3)()1()0()0()1()2()2()1()0()2()1(⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫∑-=∑-=∑+∑=••••••fa fa fa fa fa fa I Z U I Z U I Z Z U ）式（4-30)0()2()1()0()2()1(⎪⎭⎪⎬⎫===++••••••fa fa fa fa fa fa I I I U U U 03-300)0()2(2)1()0()2()1(2)0()2()1(=++=++=++•••••••••fa fa fa fa fa fa fa fa fa I I a I a I I a I a U U U ）式（）式（6-3])1()[()1()0(2)2(2)0()2()1(2⎪⎬⎫∑-+∑-=++=••••••••••fa fa fa fa fb I Za Z a a U U a U a U根据设计任务所给的已知条件代入）式（6-3式得：）式（7-3与）式（6-3式相比并且将a a --=12代入两式得：对）式（9-3式进行化简，最终得到： 由系统的各序网络图可得到：最后可解得：由此可得:3.2 K 点发生两相短路时故障点电流计算K 点发生两相（b 、c 相）短路，该点三相对地电压及流出该点的相电流（短路电流）具有下列边界条件：将它们转换为用对称分量表示，先转换电流()[]）式（7-3)1(2321)1()0(2)2(2fa IZ a Z a a j •∑-+∑-=--()[]）式（8-3)1(2321)1()0()2(2fa I Z a Z a a j •∑-+∑-=+-）式（9-3231)1()12()2()12()0()2()0()2(jZ a Z a Z a Za -=∑-+∑+∑++∑+）式（11-325.03.025.03.07.0)2.0(5.0)1()1(j j j j j Z j Z j C C +⨯=++）式（10-3)2()0(∑=∑ZZ）式（12-30125.0j )1(-=C Z ）式（13-31364.0)0()2()1(j ZZZ=∑=∑=∑）式（14-3,,0fcfb fc fb fa U U I I I •••••=-==)15-3(01130111113122)3()2()1(式⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡••••••fb b b f f f jI I I a a a a I I I即为：说明两相短路故障点没有零序电流，因为故障点不与地连接，零序电流没有通路。