《电力系统分析》
不对称故障的分析与计算
水利与建筑工程学院
电气与动力实验室
1、不对称短路分析与计算
一、实验目的
1、掌握运用Matlab进行电力系统仿真实验的方法；
2、理解导纳矩阵、阻抗矩阵及其求解方法；
3、掌握不对称短路的分析和计算方法；
4、学会编写程序分析不对称故障。
二、预习与思考
1、用Matlab对基本的矩阵进行运算。
2、导纳矩阵、阻抗矩阵有何关系，如何求取阻抗矩阵？
3、不对称短路有哪些，它们的边界条件分别是什么，如何形成它们的复合序网络图？
4、如何用程序实现不对称短路的计算？
三、系统网络及参数
图1 系统网络图
表1 元件参数及阻抗
四、实验步骤和要求
1、根据以上网络和参数，编写程序进行下列故障情况下的故障电流、节点电压和线路电流的计算。
（1）通过故障阻抗Z f=j0.1p.u., 节点3发生三相短路；
（2）通过故障阻抗Z f=j0.1p.u.,节点3发生单相接地短路；
（3）通过故障阻抗Z f=j0.1p.u.,节点3发生相间短路；
（4）通过故障阻抗Z f=j0.1p.u.,节点3发生两相接地短路。
五、实验报告
1、完成下表2-表9。
表2 节点3发生三相对称短路时的故障电流
表3 节点3发生三相对称短路时各节点电压
表4 节点3发生单相短路时的故障电流
表5 节点3发生单相短路时各节点电压
表6 节点3发生相间短路时的故障电流
表7 节点3发生相间短路时各节点电压
表8 节点3发生两相接地短路时的故障电流
表9 节点3发生两相接地短路时各节点电压
2、书面解答本实验的思考题。
第八章电力系统不对称故障的分析计算 例题： 1、图8-7所示为具有两根架空地线且双回路共杆塔的输电线路导线和地线的
2、如图8-8所示电力系统，试分别作出在k1, k2, K3点发生不对称故障时的正序、负序、零序等值电路，并写出,,120X X X ∑∑∑ 的表达式。(取0m X ≈∞)
习题： 1、什么是对称分量法?ABC分量与正序、负序、零序分量具有怎样的关系? 2、如何应用对称分量法分析计算电力系统不对称短路故障? 3、电力系统各元件序参数的基本概念如何?有什么特点? 4、输电线路的零序参数有什么特点?主要影响因素有哪些? 5、自耦变压器零序等值电路有什么特点?其参数如何计算? 6、电力系统不对称故障(短路和断线故降)时，正序、负序、零序等值电路如何 制定?各有何特点? 7、三个序网(正序、负序、零序)以及对应的序网方程是否与不对称故障的形式有关?为什么? 8、电力系统不对称故障的边界条件指的是什么? 9、试述电力系统不对称故障(短路和断线故障)的分析计算步骤. 10、如何制定电力系统不对称故障的复合序网(简单故障和经过渡电阻故障)? 11、何谓正序等效定则? 12、电力系统不对称故障时，电压和故障电流的分布如何计算? 13、为什么说短路故障通常比断线故障要严重? 14、电力系统不对称故障电流、电压经变压器后，其对称分量将发生怎样的变化?如何计算? 15、电力系统发生不对称故障时，何处的正序电压、负序电压、零序电压最高?何处最低? 16、电力系统两处同时发生复杂故障时，应怎样计算?为什么复合序网的连接必 须要经过理想移相变压器? 17、图8-34所示电力系统，在k点发生单相接地故障，试作正序、负序、零序等值电路. 18、图8-35〔a)、(b)、(c)所示三个系统.在k点发生不对称短路故障时，试画出
题目: 电力系统不对称短路计算与分析 初始条件： 系统接线如下图，线路f处发生金属性B、C相接地短路。已知各元件参为：发电机G：S N=60MV A, V N=10.5KV，X d″=0.2, X2=0.25，E″=11KV； 变压器T-1：S N=60MV A, Vs（%）=10.5，K T1=10.5 / 115kV； 变压器T-2：S N=60MV A, Vs（%）=10.5，K T2=115 / 10.5kV； 线路L：长L=90km, X1=0.4Ω/km, X0=3.5X1； 负荷LD：S LD=40MV A，X1=1.2, X2=0.35。 要求完成的主要任务: 选取基准功率S B=60MV A，基准电压为平均额定电压，要求： （1）制定正、负、零序网，计算网络各元件序参数标幺值。 （2）计算各序组合电抗及电源组合电势并绘制复合序网。 （3）计算短路点的入地电流有名值和A相电压有名值。 （4）计算短路时发电机侧线路流过的各相电流有名值。 时间安排： 熟悉设计任务 5.27 收集相关资料 5.28 选定设计原理 5.29 计算分析及结果分析 5.30 --6.6 撰写设计报告 6.7 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
摘要 本次课程设计的步骤为先进行正、负、零序参数的标幺值转化，再分别用戴维南定理做出各序等值电路得到各序的短路电抗，然后根据两相接地短路的边界条件绘制复合网络电路，并求出各序短路电流、总短路电流和A相电压，最后根据电力系统的具体电路计算发电机侧的相电流。根据标幺值计算出有名值。本文最后还总结了各种简单短路情况的短路电流的计算方法。 关键词：标幺值两相接地短路复合网络电路
习题和思考题 3-1.什么叫短路？短路的类型有哪些？造成短路故障的原因有哪些？短路有哪些危害？短路电流计算的目的是什么？ 答：所谓短路，就是指供电系统中不等电位的导体在电气上被短接，如相与相之间、相与地之间的短接等。其特征就是短接前后两点的电位差会发生显著的变化。 在三相供电系统中可能发生的主要短路类型有三相短路、两相短路、两相接地短路及单相接地短路。三相短路称为对称短路，其余均称为不对称短路。在供电系统实际运行中，发生单相接地短路的几率最大，发生三相对称短路的几率最小，但通常三相短路的短路电流最大，危害也最严重，所以短路电流计算的重点是三相短路电流计算。 供电系统发生短路的原因有： （1）电力系统中电气设备载流导体的绝缘损坏。造成绝缘损坏的原因主要有设备长期运行绝缘自然老化、设备缺陷、设计安装有误、操作过电压以及绝缘受到机械损伤等。 （2）运行人员不遵守操作规程发生的误操作。如带负荷拉、合隔离开关（部仅有简单的灭弧装置或不含灭弧装置），检修后忘拆除地线合闸等； （3）自然灾害。如雷电过电压击穿设备绝缘，大风、冰雪、地震造成线路倒杆以及鸟兽跨越在裸导体上引起短路等。 发生短路故障时，由于短路回路中的阻抗大大减小，短路电流与正常工作电流相比增加很大（通常是正常工作电流的十几倍到几十倍）。同时，系统电压降低，离短路点越近电压降低越大，三相短路时，短路点的电压可能降低到零。因此，短路将会造成严重危害。 （1）短路产生很大的热量，造成导体温度升高，将绝缘损坏； （2）短路产生巨大的电动力，使电气设备受到变形或机械损坏； （3）短路使系统电压严重降低，电器设备正常工作受到破坏,例如,异步电动机的转矩与外施电压的平方成正比，当电压降低时，其转矩降低使转速减慢，造成电动机过热而烧坏； （4）短路造成停电，给国民经济带来损失，给人民生活带来不便； （5）严重的短路影响电力系统运行稳定性，使并列的同步发电机失步，造成系统解列，甚至崩溃； （6）单相对地短路时，电流产生较强的不平衡磁场，对附近通信线路和弱电设备产生严重电磁干扰，影响其正常工作。 计算短路电流的目的是: （1）选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和动稳定性。
《电力系统分析》 不对称故障的分析与计算 水利与建筑工程学院 电气与动力实验室
1、不对称短路分析与计算 一、实验目的 1、掌握运用Matlab进行电力系统仿真实验的方法； 2、理解导纳矩阵、阻抗矩阵及其求解方法； 3、掌握不对称短路的分析和计算方法； 4、学会编写程序分析不对称故障。 二、预习与思考 1、用Matlab对基本的矩阵进行运算。 2、导纳矩阵、阻抗矩阵有何关系，如何求取阻抗矩阵？ 3、不对称短路有哪些，它们的边界条件分别是什么，如何形成它们的复合序网络图？ 4、如何用程序实现不对称短路的计算？ 三、系统网络及参数 图1 系统网络图
表1 元件参数及阻抗 四、实验步骤和要求 1、根据以上网络和参数，编写程序进行下列故障情况下的故障电流、节点电压和线路电流的计算。 （1）通过故障阻抗Z f=j0.1p.u., 节点3发生三相短路； （2）通过故障阻抗Z f=j0.1p.u.,节点3发生单相接地短路； （3）通过故障阻抗Z f=j0.1p.u.,节点3发生相间短路； （4）通过故障阻抗Z f=j0.1p.u.,节点3发生两相接地短路。 五、实验报告 1、完成下表2-表9。 表2 节点3发生三相对称短路时的故障电流
表3 节点3发生三相对称短路时各节点电压 表4 节点3发生单相短路时的故障电流 表5 节点3发生单相短路时各节点电压 表6 节点3发生相间短路时的故障电流 表7 节点3发生相间短路时各节点电压 表8 节点3发生两相接地短路时的故障电流
表9 节点3发生两相接地短路时各节点电压 2、书面解答本实验的思考题。
例一 系统接线如图所示，已知各元件参数如下。发电机G ：S N =30MVA ， ()2.02==''x x d ；变压器T-1：S N =30MVA ，U k %=，中性点接地阻抗z n =j10Ω；线路L ：l =60km ，x (1)=Ω/km ，x (0)=3x (1)；变压器T-2：S N =30MVA ，U k %=；负荷：S LD =25MVA 。试计算各元件电抗的标幺值，并作出各序网络图。 解：（1）求各元件参数标幺值 SB=30MVA ，UB=Uav ()2.030 30 2.02.02=?==''=GN B d S S x X 105.030 301005.10100%1=?=?= NT B k T S S U X ()()()0544.011530 604.02 2 121=??===av B L L U S l x X X ()()1633.00544.03310=?==L L X X 44.125302.12 .1)1(=?==LD B LD S S X 42.025 30 35.035 .0)2(=?==LD B LD S S X 0227.0115 301010 2 2j j U S j Z av B n =?== 06805.00227.033j j Z n =?= （2）各序网络如图所示。
例题二电力系统接线如图所示，试分别作出f1和f2点发生接地短路时的系统零序网络图。
jX 23j3X 17 jX 23 j3X 17 ) 0( 例三 系统接线如图所示。已知各元件参数如下。发电机G ：S N =100MVA ， ()18.02==''x x d ；变压器T-1：S N =120MVA ，U k %=；变压器T-2：S N =100MVA ，U k %=；线路L ：l =140km ，x (1)=Ω/km ，x (0)=3x (1)。在线路的中点发生单相接地短路，试计算短路点入地电流及线路上各相电流的有名值，并作三线图标明线路各相电流的实际方向。 解：S B =100MVA ，U B =U av )(251.0230 31003kA U S I B B B =?== ，取?∠=9005.1E ()18.0100 100 18.018.02=?=?==''GN B d S S x X 0875.01201001005.10100%111=?=?= N T B k T S S U X 105.0100 100 1005.10100%222=?=?= N T B k T S S U X ()()10586.0230100 1404.02 211=??==B B L U S l x X
短路电流 科技名词定义 中文名称：短路电流 英文名称：short-circuit current 定义：在电路中，由于短路而在电气元件上产生的不同于正常运行值的电流。 应用学科：电力（一级学科）；电力系统（二级学科） 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 短路电流 short-circuit current 电力系统在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流。其值可远远大于额定电流，并取决于短路点距电源的电气距离。例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达额定电流的10～15倍。大容量电力系统中，短路电流可达数万安。这会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。 目录
短路电流分类 三相系统中发生的短路有 4 种基本类型：三相短路，两相短路，单相对地短路和两相对地短路。其中，除三相短路时，三相回路依旧对称，因而又称对称短路外，其余三类均属不对称短路。在中性点接地的电力网络中，以一相对地的短路故障最多，约占全部故障的90％。在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。 发生短路时，电力系统从正常的稳定状态过渡到短路的稳定状态，一般需3～5秒。在这一暂态过程中，短路电流的变化很复杂。它有多种分量，其计算需采用电子计算机。在短路后约半个周波（0.01秒）时将出现短路电流的最大瞬时值，称为冲击电流。它会产生很大的电动力，其大小可用来校验电工设备在发生短路 短路电流相关示意图 时机械应力的动稳定性。短路电流的分析、计算是电力系统分析的重要内容之一。它为电力系统的规划设计和运行中选择电工设备、整定继电保护、分析事故提供了有效手段。 供电网络中发生短路时,很大的短路电流会使电器设备过热或受电动 力作用而遭到损坏,同时使网络内的电压大大降低,因而破坏了网络内用电设备的正常工作.为了消除或减轻短路的后果,就需要计算短路电流,以正 确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件. 计算条件 1.假设系统有无限大的容量.用户处短路后,系统母线电压能维持不变.即计算阻抗比系统阻抗要大得多. 具体规定: 对于3~35KV级电网中短路电流的计算,可以认为110KV及以上的系统的容量为无限大.只要计算35KV及以下网络元件的阻抗. 2.在计算高压电器中的短路电流时,只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗,而忽略其电阻;对于架空线和电缆,只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻,一般也只计电抗而忽略电阻.
信息工程学院 课程设计报告书 题目: 不对称短路故障分析与计算 专业：电气工程及其自动化 班级： 0312408班 学号： 031240868 学生姓名：わ- 深蓝 指导教师： 2015年06月05日
信息工程学院课程设计任务书 学号031240868 学生姓名わ- 深蓝专业（班级）电气0312408班设计题目不对称短路故障分析与计算 设计技术参数1 发电机参数 G1:为水电厂，额定容量110MVA，85 .0 φ cos N =,264 .0 " d = X G2、G3:为水电厂，额定容量25MVA,8.0 φ cos N =,13 .0 " d = X M:电动机（用电负载），2000KW,85 .0 φ cos N =,起动系数为6.5 2 变压器T参数 T1：额定容量16MVA，一次电压110KV，短路损耗86KW，空载损耗23.5KW，阻抗电压百分值UK%=10.5，空载电流百分值I0%=0.9。变压器连接组标号：Ynd11。 T2、T3：额定容量31.5MVA，一次电压110KV，短路损耗148KW，空载损耗38.5KW，阻抗电压百分值UK%=10.5，空载电流百分值I0%=0.8。变压器连接组标号：Ynd11。 T4：额定容量10MVA，一次电压110V，短路损耗59KW，空载损耗16.5，阻抗电压百分比UK%=10.5，空载电流百分比I0%=1.0。变压器连接组标号：Ynd11。 3 线路参数 LGJ-120：截面120 2 m，长度100km，每条线路单位长度的正序电抗 km X/ 391 .0 )1(0 Ω =，零序电抗 )1(0 (0) 3 X X =，每条线路单位长度的对地电容 km S/ 10 92 .2 b6 0(1) - ? =。 LGJ-150:截面150 2 m，长度100km，每条线路单位长度的正序电抗 km X/ 384 .0 )1(0 Ω = ，零序电抗)1(0 (0) 3 X X = ，每条线路单位长度的对地电容 km S/ 10 97 .2 b6 0(1) - ? = 4 负载参数 容量8+6jMVA，在基准容量B S=100MVA下，负载负序电抗标幺值为X0（2）=0.35，零序电抗标幺值X(0)=1.2。
第八章 电力系统不对称故障的分析计算 主要内容提示: 电力系统中发生的故障分为两类:短路与断路故障。短路故障包括:单相接地短路、两相短路、三相短路与两相接地短路;断路故障包括:一相断线与两相断线。除三相短路外,均属于不对称故障,系统中发生不对称故障时,网络中将出现三相不对称的电压与电流,三相电路变成不对称电路。直接解这种不对称电路相当复杂,这里引用120对称分量法,把不对称的三相电路转换成对称的电路,使解决电力系统中各种不对称故障的计算问题较为方便。 本章主要内容包括:对称分量法,电力系统中主要元件的各序参数及各种不对称故障的分析与计算。 §8—1 对称分量法及其应用 利用120对称分量法可将一组不对称的三相量分解为三组对称的三序分量(正序分量、负序分量、零序分量)之与。 设c b a F F F ? ? ? 为三相系统中任意一组不对称的三相量、可分解为三组对称的三序分量如下: ()()()()()()()()() 021021021c c c c b b b b a a a a F F F F F F F F F F F F ? ? ? ? ? ? ? ? ? ???++=++=++= 三组序分量如图8-1所示。 正序分量: ()1a F ?、()1b F ? 、()1c F ? 三相的正序分量大小相等,彼此相位互差120°,与系统正常对称运行方式下的相序相同,达到最大值的顺序a →b →c, 在电机内部产生正转磁场,这就就是正序分量。此正序分量为一平衡的三相系统,因此有:()()11b a F F F ? ?? ++ 负序分量:()2a F ? 、()2b F ? 、()2c F ? 三相的负序分量大小相等,彼此相位互差°,与系统正 常对称运行方式下的相序相反,达到最大值的顺序a →c →b,在电机内部产生反转磁场,这就就是负序分量。此负序分量为一平衡的三相系统,因此有:()()()222c b a F F F ? ??++=0。 零序分量:()0a F ? 、()0b F ? 、()0c 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。这就就是零序分量。 如果以a 相为基准相,各序分量有如下关系: 图 8-1 三序分量 F c(0) ·零序 F b(0) ·F a(0) ·120° 120° 120° 正序 F b(1) · F a(1) · F c(1) ·ω 120° 120° 120° 负序 F a(2) · F c(2) ·F b(2) ·ω
广东工业大学华立学院 课程设计（论文） 课程名称电力系统课程设计 题目名称复杂网络N-R法潮流分析与计算的设计学生学部（系）电气工程系 专业班级11电气工程及其自动化（）班 学号 学生姓名 指导教师罗洪霞 2014年6月12日
发出任务书日期：2014 年6 月3日指导教师签名： 计划完成日期：2014年6 月10日教学单位责任人签章：
摘要 随着电力事业的快速发展，电力电子新技术得到了广泛应用；出于技术、经济等方面的考虑，500kV及以上的超高压输电线路普遍不换位，再加上大量非线性元件的应用，电力系统的不对称问题日益严重。因此电力系统不对称故障分析与计算显得尤为重要。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。计算机程序法。通过计算机形成三个序网的节点导纳矩阵，然后利用高斯消去法通过相应公式对他们进行数据运算，即可求得故障端点的等值阻抗。最后根据故障类型选取相关公式计算故障处各序电流，电压，进而合成三相电流电压。 进行了参数不对称电网故障计算方法的研究。通过引计算机算法，系统介绍电网参数不对称的计算机算法方法。根据断相故障和短路故障的特点，通过在故障点引入计算机算法，，给出了各种断相故障和短路故障的仿真计算。此方法以将故障电网分为对称网络和不网络两部分，在程序法则下建立起不对称电网故障计算统一模型，根据线性电路的基本理论，并借助于相序参数变换技术完成故障计算。 关键词: 参数不对称; 电网; 故障计算
目录 前言 (1) 1.电力系统短路故障的基本知识 (2) 1.1 短路故障的概述 (2) 1.2 标幺制 (4) 2对称分量法在不对称短路计算中的应用 (2) 2.1 不对称三相量的分解 (3) 2.2对称分量法在不对称短路计算中的应用 (4) 3 简单不对称短路的分析与计算 (4) 3.1 单相（a相）接地短路 (7) 3.2 两相（b，c相）短路 (7) 3.3 两相（b相和c相）短路接地 (7) 4 简单不对称短路的分析与计算计算机计算程序法 (8) 4.1 简单故障的计算程序原理 (9) 4.2 网络节点方程的形成 (10) 5 电力系统不对称短路计算实例 (11) 5.1 单相接地短路和两相短路不对称故障分析与计算 (11) 5.2 两种计算方法的对比 (18) 结语 (19) 参考资料 (19) 附录：不对称短路电流计算程序 (20)
目录 摘要 (3) 1 电力系统短路故障的基本概念 (4) 1.1短路故障的概述 (4) 1.2 三序网络原理 (5) 1.2.1 同步发电机的三序电抗 (5) 1.2.2 变压器的三序电抗 (5) 1.2.3 架空输电线的三序电抗 (6) 1.3 标幺制 (6) 1.3.1 标幺制概念 (6) 1.2.2标幺值的计算 (7) 1.4 短路次暂态电流标幺值和短路次暂态电流 (8) 2 简单不对称短路的分析与计算 (9) 2.1单相（a相）接地短路 (9) 2.2 两相（b,c相）短路 (10) 2.3两相（b相和c相）短路接地 (12) 2.4 正序等效定则 (14) 3 不对称短路的计算的实际应用 (14) 3.1 设计任务及要求 (14) 3.2 等值电路及参数标幺值的计算 (15) 3.3 各序网络的化简和计算 (17) 3.3.1 正序网络 (17) 3.3.2 负序网络 (19) 3.3.3 零序网络 (20) 3.4 短路点处短路电流、冲击电流的计算 (20) 4 实验结果分析 (21) 5 心得体会 (22)
6 参考文献 (23)
摘要 电力系统的安全、稳定、经济运行无疑是历代电力工作者所致力追求的，但是从电力系统建立之初至今电力系统就一直伴随着故障的发生而且电力系统的故障类型多样。 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。 求解不对称短路，首先应该计算各原件的序参数和画出等值电路。然后制定各序网络。根据不同的故障类型，确定出以相分量表示的边界条件，进而列出以序分量表示的边界条件，按边界条件将三个序网联合成复合网，由复合网求出故障处各序电流和电压，进而合成三相电流电压。 关键词: 不对称短路计算、对称分量法、节点导纳矩阵
摘要 随着电力事业的快速发展，电力电子新技术得到了广泛应用；出于技术、经济等方面的考虑，500kV 及以上的超高压输电线路普遍不换位，再加上大量非线性元件的应用，电力系统的不对称问题日益严重。因此电力系统不对称故障分析与计算显得尤为重要。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。计算机程序法。通过计算机形成三个序网的节点导纳矩阵，然后利用高斯消去法通过相应公式对他们进行数据运算，即可求得故障端点的等值阻抗。最后根据故障类型选取相关公式计算故障处各序电流，电压，进而合成三相电流电压。进行了参数不对称电网故障计算方法的研究。通过引计算机算法，系统介绍电网参数不对称的计算机算法方法。根据断相故障和短路故障的特点，通过在故障点引入计算机算法，，给出了各种断相故障和短路故障的仿真计算。此方法以将故障电网分为对称网络和不网络两部分，在程序法则下建立起不对称电网故障计算统一模型，根据线性电路的基本理论，并借助于相序参数变换技术完成故障计算。 关键词：参数不对称电网故障计算
目录 摘要 (5) 任务题目及要求 (1) (一) 短路 (3) 短路的含义 (3) 短路产生的原因及危害 (3) 短路故障的概述 (3) （二）标幺制 (4) 标幺值的定义 (4) 采用标么制的优点 (5) （三）电力系统各序网络的制定 (5) 序网络的制定 (5) 复合序网的绘制 (5) 正序网络 (6) 负序网络 (6) 零序网络 (6) （四）计算 (6) 取基准容量： (6) 计算各元件电抗标幺值： (6) 各元件电抗标幺值： (7) K1点短路电流计算 (8) K2点短路电流计算 (9) K3点短路电流计算 (10) （五）小结 (12) 参考文献 (13)
武汉理工大学《电力系统分析》课程设计说明书 目录 摘要 (3) 1 电力系统短路故障的基本概念 (4) 1.1短路故障的概述 (4) 1.2 三序网络原理 (5) 1.2.1 同步发电机的三序电抗 (5) 1.2.2 变压器的三序电抗 (5) 1.2.3 架空输电线的三序电抗 (6) 1.3 标幺制 (6) 1.3.1 标幺制概念 (6) 1.2.2标幺值的计算 (7) 1.4 短路次暂态电流标幺值和短路次暂态电流 (8) 2 简单不对称短路的分析与计算 (9) 2.1单相（a相）接地短路 (9) 2.2 两相（b,c相）短路 (10) 2.3两相（b相和c相）短路接地 (12) 2.4 正序等效定则 (14) 3 不对称短路的计算的实际应用 (14) 3.1 设计任务及要求 (14) 3.2 等值电路及参数标幺值的计算 (15) 3.3 各序网络的化简和计算 (17) 3.3.1 正序网络 (17) 3.3.2 负序网络 (19) 3.3.3 零序网络 (20) 3.4 短路点处短路电流、冲击电流的计算 (20) 4 实验结果分析 (21) 5 心得体会 (22)
6 参考文献 (23) 2
摘要 电力系统的安全、稳定、经济运行无疑是历代电力工作者所致力追求的，但是从电力系统建立之初至今电力系统就一直伴随着故障的发生而且电力系统的故障类型多样。 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。 求解不对称短路，首先应该计算各原件的序参数和画出等值电路。然后制定各序网络。根据不同的故障类型，确定出以相分量表示的边界条件，进而列出以序分量表示的边界条件，按边界条件将三个序网联合成复合网，由复合网求出故障处各序电流和电压，进而合成三相电流电压。 关键词: 不对称短路计算、对称分量法、节点导纳矩阵 3
不对称短路的分析和计 算 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
目录
摘要 电力系统的安全、稳定、经济运行无疑是历代电力工作者所致力追求的，但是从电力系统建立之初至今电力系统就一直伴随着故障的发生而且电力系统的故障类型多样。 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。 求解不对称短路，首先应该计算各原件的序参数和画出等值电路。然后制定各序网络。根据不同的故障类型，确定出以相分量表示的边界条件，进而列出以序分量表示的边界条件，按边界条件将三个序网联合成复合网，由复合网求出故障处各序电流和电压，进而合成三相电流电压。 关键词: 不对称短路计算、对称分量法、节点导纳矩阵
1电力系统短路故障的基本概念 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。电力系统运行经念表明，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。 产生短路的原因很多主要有如下几个方面： (1)原件损坏，例如绝缘材料的自然老化，设计，安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成短路。
广东工业大学华立学院 课程设计(论文) 课程名称电力系统课程设计 题目名称不对称故障分析与计算及其程序设计学生学部（系) 电气工程系 专业班级电气工程及其自动化(4）班 学号１20308０４035 学生姓名覃烽 指导教师罗洪霞
20１１年6月12日
目录 摘要?1 关键词?1 前言?1 1.电力系统短路故障的基本知识?2 1.1 短路故障的概述?2 2对称分量法在不对称短路计算中的应用?2 2.1 不对称三相量的分解 (3) 2．2对称分量法在不对称短路计算中的应用?4 3 简单不对称短路的分析与计算?４ 3.1 单相（a相）接地短路7? 3.3 两相（ｂ相和c相）短路接地?7 4 简单不对称短路的分析与计算计算机计算程序法?８ 4.1 简单故障的计算程序原理?9 4.2 网络节点方程的形成?1０ 5 电力系统不对称短路计算实例? 11 11 5.1 单相接地短路和两相短路不对称故障分析与计算? 5.2 两种计算方法的对比..................................... 1８ 19 结语? 参考资料.................................................... １9 附录:不对称短路电流计算程序?错误!未定义书签。
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。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,本论文的主要工作即介绍这两种计算方法。解析法,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。计算机程序算法是在形成三个序网的节点导纳矩阵后,对其应用高斯消去法求得故障端点等值阻抗,根据故障类型选用相应公式计算各序电流、电压,进而合成三相电流、电压。 关键词：单相接地短路，两相短路,两相接地短路，对称分量法,节点导纳矩阵 前言 《电力系统分析》是一门介绍电力系统稳态运行分析、故障分析和暂态过程分析的课程。电力系统分析的基础为电力系统潮流计算、短路故障计算和稳定计算。 在电力系统运行过程中，时常会发生故障,其中大多数是短路故障(简称短路)。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。产生短路的主要原因是电气设备载流部分的相间绝缘或相对地绝缘损坏。此外运行人员在短路检修后未拆除地线就加电压等误操作也会引起短路故障。 短路问题是电力技术方面的基本问题之一。在发电厂、变电站以及整个电力系统的设计和运行工作中，都必须事先进行短路计算,以此作为合理选择电气接线、确定限制短路电流措施等的重要依据。为此计算短路时各种运行参量(电流、电压等）是非常必要的。 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。 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。电力系统运行经念表明，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
目录 1.前言 (1) 1.1短路电流的危害 (1) 1.2短路电流的限制措施 (1) 1.3短路计算的作用 (2) 2.数学模型 (3) 2.1对称分量法在不对称短路计算中的应用 (3) 2.2电力系统各序网络的制订 (9) 2.3两相接地短路的数学分析 (10) 2.4变压器的零序等值电路及其参数 (10) 3两相接地短路运行算例 (14) 4.结果分析 (18) 5.心得体会 (19) 6.参考文献 (20)
1.前言 电能作为我们日常生活中运用最多的一种能源，不仅有无气体无噪音污染，便于大范围的传送和方便变换，易于控制，损耗小，效率高等特点。 电力系统在运行中相与相之间或相与地(或中性线)之间发生非正常连接(短路)时流过的电流称为短路电流。在三相系统中发生短路的基本类型有三相短路、两相短路、单相对地短路和两相对地短路。三相短路因短路时的三相回路依旧是对称的，故称为对称短路；其他几种短路均使三相电路不对称，故称为不对称短路。在中性点直接接地的电网中，以一相对地的短路故障为最多，约占全部短路故障的90%。在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。发生短路时，由于电源供电回路阻抗的减小以及突然短路时的暂态过程，使短路回路中的电流大大增加，可能超过回路的额定电流许多倍。短路电流的大小取决于短路点距电源的电气距离，例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达发电机额定电流的10～15倍，在大容量的电力系统中，短路电流可高达数万安培。 1.1短路电流的危害 短路电流将引起下列严重后果：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。 1.2短路电流的限制措施 为保证系统安全可靠地运行，减轻短路造成的影响，除在运行维护中应努力设法消除可能引起短路的一切原因外，还应尽快地切除短路故障部分，使系统电压在较短的时间内恢复到正常值。为此，可采用快速动作的继电保护和断路器，以及发电机装设自动调节励磁装置等。此外，还应考虑采用限制短路电流的措施，如合理选择电气主接线的形式或运行方式，以增大系统阻抗，减少短路电流值；加装限电流电抗器；采用分裂低压绕阻变压器等。主要措施如下： 一是做好短路电流的计算，正确选择及校验电气设备，电气设备的额定电压要和线路的额定电压相符。 二是正确选择继电保护的整定值和熔体的额定电流，采用速断保护装置，以便发生短路时，能快速切断短路电流，减少短路电流持续时间，减少短路所造成的损失。
目录 目录 (1) 1课程设计任务 0 1.1设计题目 0 1.2设计要求 0 1.3题目要求分析 (1) 1.3.1序网络的制定及标幺值的计算 (1) 1.3.2复合序网的绘制 (1) 1.3.3短路点入地电流及A相电压有名值的计算 (1) 1.3.4发电机侧线路流过的各相电流有名值的计算 (1) 2对称分量法在不对称短路计算中的应用 (2) 2.1不对称分量的分解 (2) 2.2序阻抗的概念 (3) 2.3对称分量法在不对称短路计算中的应用 (4) 3简单不对称短路的分析 (6) 3.1单相（a相）接地短路 (6) 3.2两相（b相和c相）短路 (7) 3.3两相（b相和c相）短路接地 (7) 4电力系统不对称短路计算解题过程 (8) 4.1计算网络各元件序参数标幺值 (8) 4.2制定正、负、零序网并计算各序组合电抗及电源组合电势 (9) 4.2.1系统各序等值网络 (9) 4.2.2计算各序组合电抗及电源组合电势 (10) 4.3计算短路点的入地电流有名值和A相电压有名值 (11) 4.4计算短路时发电机侧线路流过的各相电流有名值 (12) 总结 (14) 参考文献 (15)
电力系统不对称短路计算 1课程设计任务 1.1设计题目 3、系统接线如下图，线路f 处发生金属性B、C 相接地短路。已知各元件参数为： 发电机G： S =60MVA, V =10.5KV，X ″=0.2, X =0.25，E″=11KV； N N d 2 变压器T-1： S =60MVA, Vs（%）=10.5， K =10.5 / 115kV； N T1 变压器T-2： S =60MVA, Vs（%）=10.5， K =115 / 10.5kV； N T2 线路L：长L=90km, X =0.4Ω/km,X =3.5X ； 1 0 1 负荷LD：S =40MVA，X =1.2, X =0.35。 LD 1 2 选取基准功率S=60M V A，基准电压为平均额定电压。 B 1.2设计要求 （1）制定正、负、零序网，计算网络各元件序参数标幺值。 （2）计算各序组合电抗及电源组合电势并绘制复合序网。 （3）计算短路点的入地电流有名值和A 相电压有名值。 （4）计算短路时发电机侧线路流过的各相电流有名
1、替代定理 在任意具有唯一解的电路中，某支路的电流为i k，电压为u k，那么该支路可以用独立电压源u k，或者独立电流源i k来等效替代，如下图所示。替代后的电路和原电路具有相同的解。 图1.1 2、叠加定理 由全部独立电源在线性电阻电路中产生的任一电压或电流，等于每一个独立电源单独作用所产生的相应电压或电流的代数和。 注意点：（1）只适用于线性电路；（2）一个电源作用，其余电源为零，如电压源为零即电压为零——>短路，电流源为零即电流为零——>开路；（3）各回路电压和电流可以叠加，但功率不能叠加。 3、三相系统及相量图的应用 3.1 交流变量
正常的电力系统为三相系统，每相的电压和电流分量均随着时间作正弦变化，三相间相互角偏差为120°，比如以A 相为基准，A 相超前B ，B 相超前C 各120°，就构成正序网络，如下式所示： )120sin()360240sin()240sin(); 120sin(); sin( t U t U t U u t U u t U u m m m c m b m a 以A 相为例，因为三角函数sin 是以360°（或2π）为周期变化，所以随着时间t 的流逝，当 t 值每增长360°（或2π）时，电压ua 就经过了一个周期的循环，如下图所示： 图3.1 如上图，t 代表时间， 代表t=0时刻的角度（例如上图中ua 当t=0时位于原点，即代表0 ）， 表示角速度即每秒变化多少度。 例如电网的频率为50Hz ，每秒变化50个周期，即变化50*360°或者50*2π。此处360°和2π仅是单位制的不同，分别为角度制和弧度制，都是代表一个圆周；值得注意的是用360°来分
目录 目录 (1) 1 课程设计任务 (1) 1.1 设计题目 (1) 1.2 设计要求 (1) 1.3 题目要求分析 (2) 1.3.1 序网络的制定及标幺值的计算 (2) 1.3.2 复合序网的绘制 (2) 1.3.3 短路点入地电流及A相电压有名值的计算 (2) 1.3.4发电机侧线路流过的各相电流有名值的计算 (2) 2 对称分量法在不对称短路计算中的应用 (3) 2.1 不对称分量的分解 (3) 2.2 序阻抗的概念 (4) 2.3 对称分量法在不对称短路计算中的应用 (5) 3 简单不对称短路的分析 (7) 3.1 单相（a相）接地短路 (7) 3.2 两相（b相和c相）短路 (8) 3.3 两相（b相和c相）短路接地 (8) 4 电力系统不对称短路计算解题过程 (9) 4.1 计算网络各元件序参数标幺值 (9) 4.2 制定正、负、零序网并计算各序组合电抗及电源组合电势 (10) 4.2.1 系统各序等值网络 (10) 4.2.2 计算各序组合电抗及电源组合电势 (11) 4.3 计算短路点的入地电流有名值和A相电压有名值 (12) 4.4 计算短路时发电机侧线路流过的各相电流有名值 (13) 总结 (15) 参考文献 (16)
电力系统不对称短路计算 1 课程设计任务 1.1 设计题目 3、系统接线如下图，线路f处发生金属性B、C相接地短路。已知各元件参数为： 发电机G： S N =60MVA, V N =10.5KV，X d ″=0.2, X 2 =0.25，E″=11KV； 变压器T-1： S N =60MVA, Vs（%）=10.5， K T1 =10.5 / 115kV； 变压器T-2： S N =60MVA, Vs（%）=10.5， K T2 =115 / 10.5kV； 线路L：长L=90km, X 1=0.4Ω/km, X =3.5X 1 ； 负荷LD：S LD =40MVA，X 1 =1.2, X 2 =0.35。 选取基准功率S B=60MV A，基准电压为平均额定电压。 1.2 设计要求 （1）制定正、负、零序网，计算网络各元件序参数标幺值。 （2）计算各序组合电抗及电源组合电势并绘制复合序网。 （3）计算短路点的入地电流有名值和A相电压有名值。 （4）计算短路时发电机侧线路流过的各相电流有名
摘要 电力系统发生不对称短路故障的可能性是最大的，本课题要求通过对电力系统分析不对称短路故障进行分析与计算，为电力系统的规划设计、安全运行、设备选择和继电保护等提供重要的依据。 关键字：标么值；等值电路；不对称故障
目录 一、基础资料 (3) 二、设计内容 (3) 1.选择110kV为电压基本级，画出用标幺值表示的各序等值电路。并求出各序元件的 参数。 (3) 2.化简各序等值电路并求出各序总等值电抗。 (6) 3.K处发生单相直接接地短路，列出边界条件并画出复合相序图。求出短路电流。 (7) 4.设在K处发生两相直接接地短路，列出边界条件并画出复合相序图。求出短路电 流。 (9) 5.讨论正序定则及其应用。并用正序定则直接求在K处发生两相直接短路时的短路电 流。 (11) 三、设计小结 (12) 四、参考文献 (12) 附录 (12)
一、基础资料 1. 电力系统简单结构图如图1所示。 图1 电力系统结构图 在K 点发生不对称短路，系统各元件标幺值参数如下：（为简洁，不加下标*） 发电机G1和G2：S n =120MV A ，U n =10.5kV ，次暂态电动势标幺值1.67，次暂态电抗标幺值0.9，负序电抗标幺值0.45； 变压器T1：S n =60MV A ，U K %=10.5 变压器T2：S n =60MV A ，U K %=10.5 线路L=105km ，单位长度电抗x 1= 0.4Ω/km ，x 0=3 x 1, 负荷L1：S n =60MV A ，X 1=1.2，X 2=0.35 负荷L2：S n =40MV A ，X 1=1.2，X 2=0.35 取S B =120MV A 和U B 为所在级平均额定电压。 二、设计内容 1.选择110kV 为电压基本级，画出用标幺值表示的各序等值电路。并求出各序元件的参数（要求列出基本公式，并加说明） 在产品样本中，电力系统中各电器设备如发电机、变压器、电抗器等所给出的都是标么值，即以本身额定值为基准的标么值或百分值。 计算系统各元件表么值（取基准容量：120B S MVA =；基准电压：B av U U =（kv ））