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《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。
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31电力系统短路故障的基本概念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。
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。
不对称短路的分析和计算不对称短路是指电路中的短路现象不对称地分布在电路中的其中一侧。
简单来说，不对称短路是指电路中其中一侧的短路现象比另一侧更为严重，或者在电路中其中一侧出现了短路而另一侧没有出现短路的情况。
这种情况会导致电压和电流在电路中的分布不平衡，可能会破坏电路元器件，甚至引起火灾事故。
因此，对不对称短路进行分析和计算是非常重要的。
1.电路拓扑分析：首先，对电路的拓扑结构进行研究，分析电路中各个元器件的连接方式和途径，确定电路的供电路径和负载分布，找出可能导致不对称短路的因素。
2.元器件参数分析：对电路中的元器件进行参数分析，包括电阻、电容、电感等参数。
如果在电路中存在不对称短路现象，可能是一些元器件的参数偏离正常范围，导致该侧电流增加，从而引发不对称短路。
3.测试测量：通过使用合适的测试工具和仪器对不对称短路的存在与程度进行测试和测量。
常用的测试仪器包括数字万用表、示波器、短路测试仪等。
通过测试测量可以准确地了解不对称短路的情况，有助于后续的计算和处理。
1.电流计算：根据电路的拓扑结构和元器件参数，计算各个分支电路中的电流大小。
通过电路中的欧姆定律和基尔霍夫定律等电路定律，可以求解各个分支电路的电流。
2.电压计算：根据电路中的电源电压和各个分支电路的电流，计算各个节点处的电压大小。
通过电路中的基尔霍夫定律和电压分压定律等电路定律，可以求解各个节点处的电压。
3.规范检查：对计算得到的电流和电压进行规范检查。
根据电路的设计和规范要求，检查计算结果是否符合规范，包括各个元器件的额定电流、电压、功率等。
4.不对称短路分析：对计算得到的电流和电压进行分析，确定是否存在不对称短路现象。
如果其中一侧的电流明显偏高，而另一侧的电流较小或接近零，可能存在不对称短路。
5.故障诊断：根据不对称短路的分析结果，进行故障诊断，并采取合适的措施进行处理。
可能的处理方法包括更换元器件、调整电路连接方式、增加保护元器件等。
电力系统不对称故障仿真分析摘要：电力系统所发生的各类故障中，以不对称故障最为常见，不对称故障的分析主要采用对称分量法。
本文通过Matlab/Simulink中的电力系统元件库SimPowerSystems构建电力系统仿真模型,设置模型中各元件参数并对此系统发生不对称短路故障进行仿真分析。
结果表明，仿真结果与实际理论相符。
由此说明，应用Matlab 对电力系统故障仿真分析是切实可行的。
关键词：电力系统;不对称故障;对称分量法;仿真1电力系统短路故障电力系统运行中常见的故障是短路，短路是指电力系统运行中，由于某种原因导致相与相或相与地之间连接发生的故障。
电力系统短路分为对称和不对称两种，其中单相接地短路、两相短路和两相接地短路属于不对称短路，单相接地短路最常见。
短路故障的危害，短路时短路点产生的电弧可能会烧坏电气设备，短路电流热效应会导致设备绝缘的损坏；短路会引起电力系统电压大幅度下降，可能引起并列运行的发电机失去同步，破坏系统稳定运行，导致大面积停电。
电力系统中电气设备和载流导体的选择、自动装置的整定、继电保护和限制短路电流措施的确定都要进行短路电流计算分析。
2对称分量法对称分量法是将不对称的三相电气量分解成三组对称的分量，按对称三相电路进行求解，然后应用线性电路的叠加原理进行叠加。
在三相交流系统中，任意一组不对称的三相电气量、、，可分解为三组对称分量：正序分量（、、）:三相量大小相等，相位互差，与系统正常运行时的相序相同；负序分量（、、）：三相量大小相等，相位互差，与系统正常运行时的相序相反；零序分量（、、）：三相量大小相等。
电力系统发生不对称短路故障时，三相电气量电压、电流、阻抗不相同。
对于此三相系统不应只分析其中一相，通常应用对称分量法进行分析。
3电力系统建模与仿真分析3.1 MATLAB简介Matlab在电力系统领域的应用很广泛，Simulink中的电力系统模块库提供了各种相关电力系统的元件模块。
第七章复习题一、选择题1、发生概率最多的短路是( )A. 三相短路B. 两相短路接地C. 两相短路D. 单相接地短路2、无限大功率电源供电的三相对称系统,发生三相短路,短路电流的非周期分量的衰减速度（）A．A、B、C三相相同B．只有B、C两相相同C．只有A、B两相相同D．只有A、C两相相同3、无限大容量电源供电的简单系统三相短路暂态过程中( )A. 短路电流无限大B. 短路功率无限大C. 短路电流有周期和非周期分量D. 短路电流有2倍频分量4、由无限大容量电源供电的短路电流中，大小不变的分量是( )。
A. 直流分量B. 倍频分量C. 自由分量D. 周期分量6、短路冲击电流是指（）。
短路冲击电流在（）时刻出现。
(1) a. 短路电流瞬时值；b. 短路电流有效值；c. 短路电流最大瞬时值；d. 短路电流最大有效值；(2) a. 0秒；b. 半个周期； c. 一个周期7、短路冲击电流是指短路电流的（）。
A．有效值B．平均值C．均方根值D．最大可能瞬时值8、冲击系数k ch的数值变化范围是( )A．0≤k ch≤1 B．1≤k ch≤2 C．0≤k ch≤2 D．1≤k ch≤39、不属于无穷大电源特点的是（）A．电压恒定B．电流恒定C．功率无限大D．频率恒定10、将三个不对称相量分解为三组对称相量的方法是（）A．小干扰法B．对称分量法C．牛顿—拉夫逊法D．龙格—库塔法11、输电线路的正序阻抗与负序阻抗相比，其值要（）A．大B．小C．相等D．都不是12、在输电线路上各序阻抗间关系为（）A．Z1>Z2B．Z2>Z1C．Z0<Z1D．Z1=Z213、单回输电线零序阻抗Z(0)和有架空地线的单回输电线零序阻抗Z(0)(w)的关系为（）。
a. Z(0)大于Z(0)(w)；b. Z(0)小于Z(0)(w)；c. Z(0)等于Z(0)(w)14、当电力系统发生不对称短路时，变压器中性线上通过的电流为（）。
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、设计任务1、各元件参数标么值的计算，画出电力系统短路时的等值电路 （1）、进行电力系统计算时，采用没有单位的阻抗、导纳、电压、电流、功率等的相对值进行运算，成为标么值。
标么值的定义为：标么值=有名值/相应的基准值（2）、在作整个电力系统的等值网络图时，必须将其不同电压级的各元件参数阻抗、导纳以及相应的电压、电流归算至同一电压等级——基本级。
而基本级一般电力低通中取最高电压级。
有名值归算时按下式计算(3)、电力元件参数标么值计算，取B S =120MV A ，KV U U AVB 115==（4）变压器T1电抗标么值： ，，变压器中主要是指电抗，因其电抗T T R X =,即T R 忽略，由变压器电抗有名值推出其标为：式中K U %---变压器阻抗电压百分数B S ---基准容量，MVNTNT US ,---变压器铭牌参数给定额定容量，MV 、额定电压KV;B U ----基准电压B U 取平均电压av U ，KV(5)发电机1G 电抗标么值N N B d G S S X X ϕ1``11*=式中``d X ---发电机铭牌参数给定电抗； B S ---基准容量。
