电力系统短路故障的分析计算.doc

(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)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 (4)二、设计内容 (4)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。

(4)2.化简各序等值电路并求出各序总等值电抗。

(7)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。

(8)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 (13)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。

算算3【例1】在图1所示网络中，设8.1;;100===M av B BK U U MVA S，求K 点发生三相短路时的冲击电流、短路电流的最大有效值、短路功率？解：采用标幺值的近似计算法 ①各元件电抗的标幺值1008.03.610008.05.0222.13.03.631001004100435.0301001005.10121.01151004.0402*2**2*1=⨯⨯==⨯⨯⨯=⨯==⨯==⨯⨯=L N B R T L X I I X X X②从短路点看进去的总电抗的标幺值： 7937.1*2***1*=+++=∑L R T L X X X X X③短路点短路电流的标幺值，近似认为短路点的开路电压fU 为该段的平均额定电压avU5575.01****===∑∑XX U I f f4④短路点短路电流的有名值kA I I I Bf f113.53.631005575.0*=⨯⨯=⨯=⑤冲击电流kAI i f M 01.13113.555.255.2=⨯== ⑥最大有效值电流kAI I f M 766.7113.552.152.1=⨯==⑦短路功率MVAI I S S S B f B f f 75.551005575.0**=⨯=⨯=⨯=[例2] 电力系统接线如图2（a ）所示，A 系统的容量不详，只知断路器B 1的切断容量为3500MV A ，C 系统的容量为100MV A ，电抗X C ＝0.3，各条线路单位长度电抗均为0.4Ω/km ，其他参数标于图中，试计算当f 1点发生三相短路时短路点的起始次暂态电流''1f I 及冲击电流i M ，(功率基准值和电压基准值取avBBU U MVA S ==,100)。

50km40kmf 1(3)A40km40km B 135kV(a)f 2(3)5X AX CX 1 X 2X 3X 4 X 5 f 1S AS C(b)S CX 9 X 7 X 8 X 10f 1X CS A(c)X 1X 11 (d)图2 简单系统等值电路(a) 系统图 (b)、(c)、(d)等值电路简化解：采用电源电势|0|''1E ≈和忽略负荷的近似条件，系统的等值电路图如图7-7(b)所示。

电力系统分析上机报告——短路计算程序设计姓名：学号：班级:一、目的根据所给的电力系统，编制短路电流计算程序，通过计算机进行调试，最后完成一个切实可行的电力系统计算应用程序。

通过自己设计电力系统计算程序使同学对电力系统分析有进一步理解，同时加强计算机实际应用能力的训练。

二、上机内容电力系统故障的计算程序设计及编制和调试。

采用所编制的程序进行《电力系统分析》例6-3题的对称短路计算。

有关数学模型和原理框图以及已知结果的例题，参见《电力系统分析》第六章。

常用的计算方法为节点导纳矩阵法或节点阻抗矩阵法，其形成方法分别参见《电力系统分析》第四章。

三、选择所用计算机语言的理由我们使用的是第四代计算机语言的MATLAB，利用其丰富的函数资源，它的优点如下：1.语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富。

MATLAB程序书写形式自由，利用起丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务，压缩了一切不必要的编程工作。

由于库函数都由本领域的专家编写，用户不必担心函数的可靠性。

可以说，用MATLAB进行科技开发是站在专家的肩膀上。

2.运算符丰富。

由于MATLAB是用C语言编写的，MATLAB提供了和C语言几乎一样多的运算符，灵活使用MATLAB的运算符将使程序变得极为简短。

3.MATLAB既具有结构化的控制语句（如for循环，while循环，break语句和if语句），又有面向对象编程的特性。

4.程序限制不严格，程序设计自由度大。

例如，在MATLAB里，用户无需对矩阵预定义就可使用。

5.程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系统上运行。

6.MATLAB的图形功能强大。

在FORTRAN和C语言里，绘图都很不容易，但在MATLAB里，数据的可视化非常简单。

MATLAB还具有较强的编辑图形界面的能力。

7.MATLAB的缺点是，它和其他高级程序相比，程序的执行速度较慢。

由于MATLAB的程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，所以速度较慢。

2.7电力系统各序网络的建立2.7.1概述当电力系统发生不对称短路时，三相电路的对称条件受到破坏，三相电路就成为不对称的了。

但是，应该看到，除了短路点具有某种三相不对称的部分外，系统其余部分仍然可以看成是对称的。

因此，分析电力系统不对称短路可以从研究这一局部的不对称对电力系统其余对称部分的影响入手。

现在根据图7-32所示的简单系统发生单相接地短路（a 相）来阐明应用对称分量法进行分析的基本方法。

设同步发电机直接与空载的输电线路相连，其中性点经阻抗接地。

若在a 相线路上某一点发生接地故障，故障点三相对地阻抗便出现不对称，短路相0Z a =，其余两相对地阻抗则不为零，各相对地电压亦不对称，短路相0U a =，其余两相不为零。

但是，除短路点外，系统其余部分每相的阻抗仍然相等。

可见短路点的不对称是使原来三相对称电路变为不对称的关键所在。

因此，在计算不对称短路时，必须抓住这个关键，设法在一定条件下，把短路点的不对称转化为对称，使由短路导致的三相不对称电路转化为三相对称电路，从而可以抽取其中的一相电路进行分析、计算。

实现上述转化的依据是对称分量法。

发生不对称短路时，短路点出现了一组不对称的三相电压（见图7-33(a)） 。

这组三相不对称的电压，可以用与它们的大小相等、方向相反的一组三相不对称的电势来替代，如图7-33(b) 所示。

显然这种情况同发生不对称短路的情况是等效的。

利用对称分量法将这组不对称电势分解为正序、负序及零序三组对称的电势（见图7-33(c)） 。

由于电路的其余部分仍然保持三相对称，电路的阻抗又是恒定的，因而各序具有独立性。

根据叠加原理，可以将图7-33(c)分解为图7-33(d)(e)(f) 所示的三个电路。

图7-33(d) 的电路称为正序网络，其中只有正序电势在起作用，包括发电机电势及故障点的正序电势。

网络中只有正序电流，它所遇到的阻抗就是正序阻抗。

图7-33(e)的电路称为负序网络。

由于短路发生后，发电机三相电势仍然是对称的，因而发电机只产生正序电势，没有负序和零序电势，只有故障点的负序分量电势在起作用，网络中只有负序电流，它所遇到的阻抗是负序阻抗。

目录引言 (2)1电力系统短路故障说明 (3)2短路故障分析计算（解析法） (6)2.1各元件电抗标幺值的计算 (6)2.2短路次暂态电流标幺值计算 (9)2.3三相短路电流及短路功率计算 (11)3 Y 矩阵计算法 (12)4两种算法分析 (15)4.1解析法计算结果 (15)4.2 Y 矩阵计算结果 (15)致谢 (16)参考文献 (17)引言在电力系统可能发生的各种故障中，对系统危害最大，而且发生概率最高的是短路故障。

所谓短路，是指电力系统中相与相之间或相与地之间的非正常连接。

在电力系统正常运行时，除了中性点外，相与相或相与地之间是相互绝缘的。

如果由于绝缘破坏而造成了通路，电力系统就发生了短路故障。

电力系统短路出现的原因：①电气设备载流部分的绝缘损坏；②操作人员违反安全操作规程而发生误操作；③鸟兽跨越在裸露的相线之间或相线与接地物体之间，或咬坏设备、导线绝缘层。

电力系统短路的后果：①短路时会产生很大电动力和很高温度，使短路电路中元件受到损坏和破坏，甚至引发火灾事故。

②短路时，电路的电压骤降，将严重影响电气设备的正常运行。

③短路时保护装置动作，将故障电路切除，从而造成停电，而且短路点越靠近电源，停电范围越大，造成的损失也越大。

④严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列。

⑤不对称短路将产生较强的不平衡交变电磁场，对附近的通信线路、电子设备等产生电磁干扰，影响其正常运行，甚至发生误动作。

短路电流的计算目的：短路计算是为了正确选择和校验电气设备，准确地整定供配电系统的保护装置，避免在短路电流作用下损坏电气设备，保证供配电系统中出现短路时，保护装置能可靠动作。

在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路、两相短路、两相短路接地以及单相短路接地。

其中三相短路造成的危害最大，本次课程设计的目的是在三相短路故障出现时分析与计算最大可能的故障电流和功率。

1电力系统短路故障说明（3 ）如图 1 所示的系统中 K点发生三相短路故障，分析与计算产生最大可能的故障电流和功率。

电力系统中的短路故障分析与处理电力系统是现代社会不可或缺的基础设施之一，但在使用过程中，由于各种原因可能会发生短路故障。

短路故障的发生不仅会影响电力系统的正常运行，还可能对设备造成损坏，甚至引发火灾等严重后果。

因此，对电力系统中的短路故障进行分析与处理显得尤为重要。

一、短路故障的定义与分类短路故障是指电路中两个相邻节点之间发生的电路异常连接，导致电流异常增大的现象。

根据故障的性质和原因，短路故障可以分为外部短路故障和内部短路故障。

外部短路故障是指由于外部原因，如树木、动物、天气等引起的短路现象。

这种故障通常出现在输电线路上，需要及时排除以恢复电力供应。

内部短路故障是指电力系统中的设备或元件本身出现故障，导致电路短路。

这种故障包括线路本身的短路、设备内部绝缘击穿等。

内部短路故障通常需要通过检修和更换故障设备来解决。

二、短路故障的分析方法1. 短路电流计算在分析短路故障时，首先需要计算短路电流。

短路电流计算是通过利用电气参数和故障点位置来确定短路电流的数值。

常用的短路电流计算方法包括对称分量法、复序分量法和有限元法等。

2. 故障点定位确定短路故障点的位置是解决故障的关键。

可以利用保护装置的故障信息提供线索，也可以通过现场实地勘查来确定故障点位置。

通过准确确定故障点位置，可以缩小故障范围，提高故障处理的效率。

3. 故障原因分析分析短路故障的原因是防止类似故障再次发生的关键。

故障原因可能涉及设备老化、材料缺陷、设计错误等众多方面。

通过仔细分析故障原因，可以制定合理的预防措施，提高电力系统的可靠性和安全性。

三、短路故障的处理方法1. 快速隔离故障在发生短路故障后，第一步是要及时隔离故障点，防止故障扩大。

可以通过保护装置的动作来实现快速隔离。

2. 检修故障设备隔离故障后，需要对故障设备进行检修或更换。

对于外部短路故障，可以进行简单的绝缘修复或清理工作。

对于内部短路故障，根据具体情况进行检修和更换。

3. 恢复正常供电在隔离和检修后，需要进行供电恢复工作，确保电力系统能够正常运行。

电力系统短路故障的检测与分析电力系统是现代社会不可或缺的重要基础设施之一，然而电力系统运行中难免会遇到各种故障，其中短路故障是最常见的一种。

短路故障会导致电网电压异常，甚至引起火灾、爆炸等严重后果，因此短路故障的检测与分析具有重要的意义和紧迫性。

本文将从故障原因、检测方法、分析技术等方面，探讨电力系统短路故障的检测与分析。

一、短路故障的原因1.设备故障电力系统中存在各种设备，如变压器、开关、继电器等，这些设备由于长时间的运行、维护不当等原因，容易出现故障，导致短路发生。

2.外力作用外界因素也是导致短路故障的一个重要原因。

例如：人为损坏、鸟类触碰、动物攀爬、风力推动导线等，都可能导致短路故障发生。

3.环境影响环境因素也会对电力系统产生负面影响，如雨水侵入导线的接头处，导致接触失效，不能及时发现并处理；电线杆和电缆管的腐蚀老化等环境因素也会影响电力系统的正常运行。

二、短路故障的检测方法1.物理方法物理方法包括对电线杆、导线等进行检查，以发现短路故障。

物理方法主要通过观察导线附近空气中是否有火花进而判断是否存在短路故障。

2.机电方法机电方法主要是通过对电力设备的检测，判断设备是否存在故障。

通过检测，可以发现设备是否损坏，导致电流走了捷径，从而引发短路故障。

3.电气方法电气方法能够更好地检测到电力系统的短路故障。

例如：电流互感器、电压互感器、电表、保护装置等能够对电力系统的电压、电流、电阻等进行测量，以便及时发现短路故障。

三、短路故障分析技术1.时域分析时域分析是一种分析技术，可以对电力系统故障进行处理。

通过时域分析，可以判断故障的类型和位置，并及时对故障进行处理。

2.频域分析频域分析是一种重要的分析技术，在电力系统短路故障分析中应用广泛。

通过对电力系统信号的频率分析，可以得到系统中各种频率成分的特点，并进一步判断故障类型及其位置。

3.阻抗分析阻抗分析是一种比较常见的分析技术，也是电力系统短路故障的重要检测手段之一。

一、单相(A 相)接地短路故障点边界条件...0;0;0kB kC kA U I I ===即....1200kA kA kA kA U U U U =++=又 . (2)111()33kA kA kB kC kA I I a I a I I =++=. (2)211()33kA kA kB kC kA I I a I a I I =++= . 011()33k kA kB kC kA I I I I I =++= 所以...120kA kA k III== 以上就是以对称分量形式表示的故障点电压和电流的边界条件。

向量图如下：由向量图可知A相电流增大，B、C相电流为零，A相电压为零，B、C相电压增大。

二、B 、C 相接地短路。

故障点边界条件为...0;0;0kA kB kC I U U ===同上用对称分量表示，则 ...1200kA kA k I I I ++=...12013kA kA k kA U U U U === 相量图如下：有向量图可知，A 相电流为零，B 、C 相电流增大；A 相电压增大，B 、C 相电压为零。

故障点的边界条件为.....0;;kA kB kC kB kC I I I U U ==-=以对称分量形式表示故障点电压、电流边界条件：.....12120;;kA kA kA kA kA I I I U U ==-=向量图如下：由向量图可知，A 相电流为零，B 、C 相电流增大；A 相电压增大，B 、C 相电压减小。

故障点边界条件为......0;kA kB kC kA kB kC I I I U U U ++===以对称分量法表示，则...0120;0;0k kA kA I U U ===三相短路电流向量图如下：即短路电流向量仍然保持平衡，各项短路电压为零。

. .。

电力系统三相短路的分析计算
三相短路是指电力系统中三相导体之间发生短路故障，通常是由于设
备故障或外部原因引起的。

三相短路可能引起电流突然增大，电流过大很
容易导致设备的损坏或损坏。

因此，对三相短路进行及时的分析和计算非
常重要。

三相短路的分析计算主要包括以下几个方面：
1.短路电流计算：根据电力系统的拓扑结构和设备参数，通过计算和
仿真得到短路电流。

这是确定系统中短路故障的重要步骤，可以帮助工程
师了解系统中电流的大小和方向。

2.短路电流传播计算：根据系统中设备的参数，计算短路电流在系统
中的传播路径和传播过程。

这可以帮助工程师确定短路故障的类型和位置，以及各个设备受到的短路电流大小。

3.设备保护装置设定计算：根据短路电流的计算结果，确定设备保护
装置的动作时间和动作电流。

这可以帮助工程师对电力系统的保护装置进
行设置和校验，确保系统中的设备在短路故障发生时能够及时动作，保护
设备的安全运行。

4.短路电流对设备的影响计算：根据短路电流的计算结果，分析短路
故障对系统中设备的影响。

这可以帮助工程师评估设备的稳定性和可靠性，确保设备能够在短路故障发生时正常运行。

总之，电力系统三相短路的分析计算是电力系统工程中的重要任务之一、通过对短路电流的计算和分析，可以帮助工程师了解系统中的故障状态，确定短路故障的类型和位置，并对设备的保护装置进行设置和校验，
以确保系统的安全运行。