电力系统短路计算..doc
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南昌工程学院
课程设计（论文）任务书
一、课程设计（论文）题目：
电力系统短路计算
二、课程设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求：
1、系统图及参数见附录
2、分组分别计算K1、K2、K3点单相接地短路、两相短路、两相短路接地及三相短路下的短路电流:
周期分量有效值的有名值、短路冲击电流的有名值、短路容量；
3、对上述情况下的短路电流进行分析比较。
三、课程设计（论文）工作内容及完成时间：
共2周
1、复习短路计算基本方法（11.18～11.20）
2、对各短路点进行短路电流计算（11.21～11.26）
3、整理设计说明书（11.27～11.30）
四、主要参考资料：
1、《电力系统分析》孟祥萍高等教育出版社
2、《电力系统基础》陈光会王敏中国水利电力出版社
3、《电力系统分析》（上册）何仰赞等华中理工大学出版社
机械与电气工程学院10电气工程及其自动化专业班
学生：
日期：
自2013年11月18日至2013年11月30日
指导教师：
章顺华
助理指导教师（并指出所负责的部分）：
教研室：
电气工程教研室主任：
附录：
短路点的设置如下：
计算时桥开关和分段开关都处于闭合状态。
一、取基准容量：
SB=100MVA基准电压：
UB=Uav
二、计算各元件电抗标幺值：
（1）XL=0.401Ω／km，L1=16.582kmL2=14.520km，Xd1=Xd2=X=0.0581
系统电抗标幺值X=0.0581，两条110kV进线为LGJ-150型。
线路长度一条为16.582km,另一条为14.520km.。
（2）主变铭牌参数如下：
1﹟主变：
型号SFSZ8-31500/110
接线YN/YN/d11
变比110±4×2.5%∕38.5±2×2.5%∕10.5
短路电压（%）UK（1-2）=10.47UK（3-1）=18UK（2-3）=6.33
短路损耗（kw）PK（1-2）=169.7 PK（3-1）=181PK（2-3）=136.4
空载电流（%）I0（%）=0.46
空载损耗（kW）P0=40.6
2﹟主变：
型号SFSZ10-40000/110
接线YN/YN/d11
变比110±8×1.25%∕38.5±2×2.5%∕10.5
短路电压（%）UK（1-2）=11.79UK（3-1）=21.3UK（2-3）=7.08
短路损耗（kW）PK（1-2）=74.31PK（3-1）=74.79PK（2-3）=68.30
空载电流（%）I0（%）=0.11
空载损耗（kW）P0=26.71
（3）转移电势E∑=1
目录
第一章引言…………………………………………………………………………1
1.1电力系统故障分析的基本知识…………………………………………………1
1.1.1故障概述…………………………………………………………………1
1.1.2故障类型…………………………………………………………………1
1.2电力系统故障分析………………………………………………………………1
1.2.1发生短路故障的主要原因………………………………………………1
1.2.2短路后果…………………………………………………………………1
1.2.3短路电流计算的主要目……………………………………………………1
第二章短路电流计算……………………………………………………………2
2.1三相短路分析……………………………………………………………………2
2.1.1标么值法…………………………………………………………………2
2.1.2短路冲击电流……………………………………………………………2
2.1.3短路功率…………………………………………………………………2
2.2对称分量法以及序网络…………………………………………………………3
2.2.1对称分量法…………………………………………………………………3
2.2.2序网络………………………………………………………………………3
2.3简单的不对称故障的分析…………………………………………………………4
2.3.1单相接地短路………………………………………………………………4
2.3.2两相短路……………………………………………………………………4
2.3.3两相短路接地………………………………………………………………5
2.4正序等效定则………………………………………………………………………6
第三章实例计算……………………………………………………………………8
3.1例题………………………………………………………………………………8
3.2各序网络图……………………………………………………………………10
3.3计算步骤………………………………………………………………………11
3.4计算结果分析…………………………………………………………………14
结语………………………………………………………………………………………15
15
南昌工程学院本（专）科课程设计（论文）
第一章引言
1.1电力系统故障
1.1.1.故障概述
电力系统运行有三种状态：
正常运行状态、非正常运行状态和短路故障。
短路故障就是指正常运行情况以外的相与相之间或相与地之间的连接。
1.1.2.故障类型
短路分对称短路和不对称短路，对称短路即三相短路，而对称短路包括两相短路，两相接地短路，单相接地短路。
1.2电力系统故障分析
1.2.1.发生短路故障的主要原因
（1）短路的主要原因是电气设备载流部分绝缘损坏。
（2）误操作及误接。
（3）飞禽跨接裸导体。
（4）其它原因。
1.2.2.短路后果
电力系统发生短路，短路电流数值可达几万安到几十万安。
（1）产生很大的热量，很高的温度，从而使故障元件和其它元件损坏。
（2）产生很大的电动力，该力使导体弯曲变形。
（3）短路时，电压骤降。
（4）短路可造成停电。
（5）严重短路要影响电力系统运行的稳定性，造成系统瘫痪。
（6）单相短路时，对附近通信线路，电子设备产生干扰。
1.2.3.短路电流计算的主要目的
为选择和校验各种电气设备的机械稳定性和热稳定性提供依据。
为此计算短路冲击电流校验设备的机械稳定性，计算短路电流的周期分量以校验设备的热稳定性；
为设计和选择发电厂的电气主接线提供必要的数据；
为配合电力系统中各种继电保护和自动装置并正确整定其参数提供可靠的依据。
第二章短路电流计算
2.1三相短路分析
2.1.1标么值法
标幺值（标么值）是电力系统分析和工程计算中常用的数值标记方法，表示各物理量及参数的相对值
选择基准电压和基准容量
基准电压可以选择短路点所在的电网额定电压。
表2.1电网额定电压和平均额定电压
（kV）
0.38
3
6
10
35
110
220
500
UN（kV）
0.4
3.15
6.3
10.5
37
115
230
525
基准容量可以选择100MVA或系统短路容量S。
元件的电抗标么值如下：
变压器电抗标么值：
（2.1）
式中，为变压器的额定容量，kVA；为变压器的百分阻抗值。
架空、电缆线路电抗标么值：
（2.2）
2.1.2短路冲击电流
短路电流最大可能的瞬时值称为短路冲击电流，以表示，即
（2.3）
式中，称为冲击系数，即冲击电流值相对于故障后周期电流幅值的倍数。
其值与时间常数有关，通常取为1.8~1.9。
2.1.3短路功率
短路功率也成为短路容量，等于短路电流有效值与短路点处的正常工作电压（一般用平均额定电压）的乘积，t时刻的短路功率为
（2.4）
用标幺值表示时，有
（2.5）
2.2对称分量法以及序网络
2.2.1对称分量法
电力系统正常运行时可认为是对称的，即各元件三相阻抗相同，各自三相电压、电流大小相等，具有正常相序。
电力系统正常运行方式的破坏主要与不对称故障或者断路器的不对称操作有关。
由于整个电力系统中只有个别点是三相阻抗不相等，所以一般不使用直接求解复杂的三相不对称电路的方法，而采用更简单的对称分量法进行分析。
对称分量法就是将一组不对称的三相相量分解为三组对称的三相相量，或者将三组对称的三相相量合成一组不对称的三相相量的方法。
2.2.2序网络
序网络分为正序，负序，零序。
利用对称分量法分析电力系统的各种不对称故障，首先应该绘出与系统各序阻抗相对应的序网络，利用序网络一次求得待求电量的各序分量之后，在进行合成，求的最终结果。
正序网络：
用以计算对称三相短路时的网络，流过正序电流的全部元件的阻抗均用正序阻抗表示。
正序网络首先在短路点加入短路点电压的正序分量，正序分量电流流经的原件，用相应的正序阻抗表示，电源中性点与负荷中性点等电位，直接用导线相连，设为等电位。
负序网络：
与正序网络相似，在短路点加上短路点电压的负序分量，发电机没有负序电动势，中性点阻抗不计入负序网络。
因为发电机的负序电势为零，所以负序网络中电源支路负序阻抗的终点不接电势，而与零电位相连，并作为负序网络的起点，短路点就是该网络的终点。
零序网络：
在零序网络中，不包含电源电势。
只在短路点存在有由故障条件所决定的不对称电势源中的零序分量。
各元件的阻抗均应以零序参数表示。
零序电流实际上是一个流经三相电路的单相电流，经过地或与地连接的其它导体（例如地线、电缆包皮等），再返回三相电路中。
只有当和短路点直接相连的网络中至少具有一个接地中性点时，才可以形成一个零序回路。
如果与短路点直接相连的网络中有好几个接地的中性点，那么有几个零序电流的并联支路。
在绘制等值网络时，只能把有零序电流通过的元件包括进去，而不通过零序电流的元件应舍去。
作出系统的三线图，在短路处将三相连在一起，接上一个零序电势源，并从这一点开始逐一的查明零序电流可能通行的回路。
画完各序网络并简化，并求出各序网络的点小电源电动势和各序等值电抗。
2.3简单的不对称故障的分析
2.3.1单相接地短路
故障边界条件（假定A相单相接地短路），短路处用相量来示的边界方程为
，（2.6）
用序分量便是的短路点边界条件为
（2.7）
（2.8）
复合序网如下图2.1
+
—
+
——
+
——
+
——
图2.1A单相接地短路的复合序网
可以得出（2.9）
则（2.10）
2.3.2两相短路
故障边界条件（假定BC两相短路），以相量表示的边界条件方程为
，，（2.11）
用序分量便是的短路点边界条件为
，（2.12）
（2.13）
复合序网如下图2.2
+
——
+
——
图2.2b，c两相短路复合序网络
可以得到（2.14）
2.3.3两相短路接地
故障边界条件（假定BC两相接地短路），短路处以相量表示的边界条件为：
，（2.15）
用序分量便是的短路点边界条件为
（2.16）
（2.17）
复合序网如下图2.3
图2.3b，c两相短路接地短路复合序网
+
——
+
——
+
——
可以得出（2.18）
得*（2.19）
2.4正序等效定则
综合三种不对称短路情况下的短路点路正序分量的计算式可以发现a相电流正序分量具有如下规律
（2.20）
式中，n代表短路的类型；表示附加的电抗，其值随短路的类型不同而不同。
故障相电流可以写为
（2.21）
系数为故障相短路电流相对于正序电流分量的倍数，其值与短路类型有关。
所谓正序等效定则，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。
根据正序等效定则很容易就能求出各种简单不对称短路电流。
根据短路类型的不同，总结如下表2.2。
表2.2简单电路的，及
短路类型
0
1
3
简单不对称短路电流的计算步骤，可以总结如下：
①根据故障类型，做出相应的序网。
②计算系统对短路电流的正序、负序、零序等效电抗。
③计算附加电抗。
④依据（2.20）计算短路点的正序电流。
⑤依据（2.21）计算短路点的故障相电流。
⑥进一步求得其他待求量。
南昌工程学院本（专）科课程设计（论文）
第三章实例计算
3.1例题
短路点的设置如下：
计算时桥开关和分段开关都处于闭合状态。
如下图3.1
图3.1例题图
一、取基准容量：
SB=100MVA基准电压：
UB=Uav
二、计算各元件电抗标幺值：
（1）XL=0.401Ω／km，L1=16.582kmL2=14.520km，Xd1=Xd2=X=0.0581
系统电抗标幺值X=0.0581，两条110kV进线为LGJ-150型。
线路长度一条为16.582km,另一条为14.520km.。
（2）主变铭牌参数如下：
1﹟主变：
型号SFSZ8-31500/110
接线YN/YN/d11
变比110±4×2.5%∕38.5±2×2.5%∕10.5
短路电压（%）UK（1-2）=10.47UK（3-1）=18UK（2-3）=6.33
短路损耗（kw）PK（1-2）=169.7 PK（3-1）=181PK（2-3）=136.4
空载电流（%）I0（%）=0.46
空载损耗（kW）P0=40.6
2﹟主变：
型号SFSZ10-40000/110
接线YN/YN/d11
变比110±8×1.25%∕38.5±2×2.5%∕10.5
短路电压（%）UK（1-2）=11.79UK（3-1）=21.3UK（2-3）=7.08
短路损耗（kW）PK（1-2）=74.31PK（3-1）=74.79PK（2-3）=68.30
空载电流（%）I0（%）=0.11
空载损耗（kW）P0=26.71
（3）转移电势E∑=1
此次计算我们是分组计算，我分到的内容是计算K2点短路，1#主变接地，2#主变不接地时的单相接地短路、两相短路、两相短路接地及三相短路下的短路电流:
周期分量有效值的有名值、短路冲击电流的有名值、短路容量。
3.2计算各元件的电抗标幺值
线路：
=0.401
=0.101*16.5826.649
=0.401*14.5205.823
==6.649*=0.05
=5.823*=0.044
1#主变：
2#主变：
由如上所示的参数，在根据所给的图绘制出正序、负序、零序网络图。
3.2各序网络图
-
+
-
+
+
-
-
-
+
+
（a）正序网络
（b）图（a）简化
-
-
+
+
-
（c）负序网络
（d）图（c）简化
+
-
（e）零序网络
图2.5K2点短路时的各序网络图
3.3计算步骤
①三相短路时
短路电流周期分量有效值的有名值：
kA
短路冲击电流的有名值：
短路容量：
②单相短路接地时
短路电流周期分量有效值的有名值：
短路冲击电流的有名值：
短路容量：
③两相短路时
短路电流周期分量有效值的有名值：
短路冲击电流的有名值：
短路容量：
④两相短路接地时
短路电流周期分量有效值的有名值：
短路冲击电流的有名值：
短路容量：
由其他几组得到的数据组合可得下表3.1
表3.1 K1、K2、K3各点短路的数据汇总
短路点
短路类型
K1
K2
K3
单相接地短路
（kA）
2.228
0
0
（kA）
5.672
0
0
（MVA）
443.7
0
0
两相相间短路
（kA）
8.266
5.798
14.516
（kA）
21.042
14.757
36.952
（MVA）
1646.5
579.8
264
两相相接地短路
（kA）
8.627
5.798
14.516
（kA）
21.961
14.757
36.952
（MVA）
1718.4
579.8
264
三相短路
（kA）
9.544
6.695
16.765
（kA）
24.295
17.040
42.677
（MVA）
1901.1
669.5
304.9
3.4计算结果分析
（1）由以上数据可以看出三点短路的三相短路电流是最大的，造成的伤害也是最大的。
（2）K2、K3点的两相短路电流和两相接地短路电流大小相等。
（3）在两相短路、两相短路接地及三相短路情况下，短路发生在K3点时短路电流最大，即当短路发生在低电压等级处短路所造成的危害更大。
（4）在K2点及K3点发生单相接地短路时，由于变压器星型侧未接地或者为三角形接法，零序电流无法通过，零序电抗为无穷大，导致其短路电流为零。
但由于还有较小的电容电流存在，其实际电流并不为零。
结语
经过两个礼拜的课程设计，对课程设计也比较了解了。
在设计程序之前，对电力系统基本知识要有所了解，要有一个清晰的思路；在设计课程过程中遇到问题是很正常的，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题的课程设计结束了，但是从中学到的知识会让我受益终身。
发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。
设计过程，好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，但毕竟这是第一次做，难免会遇到各种各样的问题。
在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
我们通过查阅大量有关资料，并在小组中互相讨论，交流经验和自学，遇到实在搞不明白的问题请教老师，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。
通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。
这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影响。
通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。
我觉得作为一名电气工程及其自动化专业的学生，电力系统的课程设计是很有意义的。
虽然自己对于这门课懂的并不多，很多基础的东西都还没有很好的掌握，觉得很难，也没有很有效的办法通过自身去理解，但是靠着这一个多礼拜的“学习”，在小组同学的帮助和讲解下，渐渐对这门课逐渐产生了些许的兴趣，自己开始主动学习并逐步从基础慢慢开始弄懂它。
我认为这个收获应该说是相当大的。
小组人员的配合﹑相处，以及自身的动脑和努力，都是以后工作中需要的。
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