第七章电力系统三相短路的分析与计算

课程设计报告

题 目 电力系统课程设计

《三相短路故障分析计算》

课 程 名 称 电力系统课程设计

院 部 名 称 龙蟠学院

专 业 电气工程及其自动化

班 级 M08电气工程及其自动化

学 生 姓 名

学 号 *******

课程设计地点 C304

课程设计学时 一周

指 导 教 师 朱一纶

金陵科技学院教务处制 成绩

目录

摘要…………………………………………………………………………………..ii

一、 基础资料………………………………………………………………………..3

1.电力系统简单结构图................................................ ....... . ..... .. ... . .... . .. ....3

2.电力系统参数…………………………………………… ……………………3

3参数数据………………………………………………… ………………...….4

二、元件参数标幺值的计算及电力系统短路时的等值电路………………………..4

1.发电机电抗标幺值..................................................... ....... . ..... .. ... ...............4

2.负载电抗标幺值………………………………………… ……………………4

3变压器电抗标幺值……………………………………… ………………...….4

电力系统三相短路的分析与计算

电力系统三相短路的分析与计算

3

【例1】在图1所示网络中，设8.1;;100MavBBKUUMVAS，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LNBRTLXIIXXX

②从短路点看进去的总电抗的标幺值：

7937.1*2***1*LRTLXXXXX

③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avU

5575.01****XXUIff

4 ④短路点短路电流的有名值

kAIIIBff113.53.631005575.0*

⑤冲击电流

kAIifM01.13113.555.255.2

⑥最大有效值电流

kAIIfM766.7113.552.152.1

⑦短路功率

MVAIISSSBfBff75.551005575.0**

[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B1的切断容量为3500MVA，C系统的容量为100MVA，电抗XC＝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f1点发生三相短路时短路点的起始次暂态电流''1fI及冲击电流iM，(功率基准值和电压基准值取avBBUUMVAS,100)。

50km 40km

f1(3)

A C

40km 40km

B1 35kV

(a) f2(3)

5

XA XC X1

X2 X3

X4 X5

f1 SA SC

(b)

SC X9 X7 X8

X10

f1

XC

电力系统短路电流计算

电力系统短路电流计算是电力系统设计和运行中非常重要的一项工作。短路电流是指在系统发生故障时电流的最大值，通常由短路电流计算来确定。短路电流的计算对于保护设备的选择、电路设计和系统运行状态的分析都具有重要意义。

短路电流计算主要分为对称分量法和非对称分量法两种方法。下面将对这两种方法进行详细介绍。

1.对称分量法：

对称分量法是一种传统的短路电流计算方法，它将三相电流分解为正序、负序和零序三个对称分量，然后再计算每个分量的短路电流。

对称分量法的计算步骤如下：

a.首先需要确定系统的短路电流初始值。可以通过测量系统的各个节点电压和电流来获得。一般来说，短路电流初始值取系统额定电流的2-3倍。

b.将系统的正常运行条件下的三相电流表示为复数形式：iA,iB和iC。

c.计算三相电流的正序分量：I1=(iA+α^2*iB+α*iC)/3，其中α=e^(j2π/3)，j为虚数单位。

d.计算三相电流的负序分量：I2=(iA+α*iB+α^2*iC)/3

e.计算三相电流的零序分量：I0=(iA+iB+iC)/3

f.计算每个分量的短路电流。可以使用短路电流公式和阻抗矩阵来计算。例如，正序分量的短路电流I1'=Z1*I1，其中Z1为正序阻抗。 g.将三个分量的短路电流叠加得到总的短路电流。

2.非对称分量法：

非对称分量法是一种更加准确的短路电流计算方法，它考虑了系统故障时的非对称特性，可以更好地反映系统的短路电流分布。

非对称分量法的计算步骤如下：

a.获取系统正常运行条件下的三相电流。

b. 将三相电流转换为abc坐标系下的矢量形式。

c.计算叠加故障电流矢量。

d. 将叠加故障电流矢量转换为dq0坐标系的正序、负序和零序分量。

e.根据正、负、零序分量计算短路电流。

非对称分量法相比于对称分量法更加准确，但在计算过程中需要考虑更多的参数和细节，计算复杂度较高。

需要注意的是，短路电流计算是在假设系统中所有设备均采用理想的电气参数的情况下进行的。实际系统中，电气参数变化、系统结构变化和工作方式改变都可能对短路电流产生影响，因此需要定期进行短路电流计算和分析。

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0Za，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0Ua，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。图7-33(f) 的电路称为零序网络，只有故障点的零序分量电势在起作用，网络中通过的是零序电流，它所遇到的阻抗是零序阻抗。由此可见，不对称短路时的负序及零序电流，可以看作是由短路点处出现的负序及零序电势所产生的。 图7-32简单系统的单相短路