課

程

設(shè)

計(jì)（論文）

課程名稱

電力系統(tǒng)分析

題目名稱

電力系統(tǒng)短路計(jì)算

學(xué)生學(xué)部（系）

機(jī)械電氣學(xué)部電氣工程系

專業(yè)班級(jí)

電氣工程及其自動(dòng)化班

學(xué)

號(hào)

學(xué)生姓名

指導(dǎo)教師

2012年X

月X日

課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書

題目名稱

電力系統(tǒng)短路計(jì)算

學(xué)生學(xué)部（系）

機(jī)械電氣學(xué)部電氣工程系

專業(yè)班級(jí)

電氣工程及其自動(dòng)化班

姓

名

學(xué)

號(hào)

一、課程設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容

1、掌握比較復(fù)雜的電網(wǎng)進(jìn)行電力系統(tǒng)三相短路起始次暫態(tài)電流的計(jì)算，短路后指定時(shí)刻短路電流周期分量的計(jì)算。

2、給短路點(diǎn)處賦予平均額定電壓及基準(zhǔn)容量，求解等值網(wǎng)絡(luò)數(shù)值并根據(jù)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)畫出等值網(wǎng)絡(luò)。

3、不對(duì)稱短路時(shí)短路點(diǎn)故障相電流和非故障相電壓的計(jì)算。

4、對(duì)稱和不對(duì)稱短路后任意支路故障電流和節(jié)點(diǎn)電壓的計(jì)算。

5、書寫課程設(shè)計(jì)說明書（電子版），并打印紙質(zhì)版上交。

二、課程設(shè)計(jì)（論文）的要求與數(shù)據(jù)

二、課程設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)完成的工作

1、按照規(guī)范的格式，獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)說明書的撰寫；

2、完成電力系統(tǒng)三相短路電流、對(duì)稱短路電流、不對(duì)稱短路電流的計(jì)算三相短路起始次暫態(tài)電流的計(jì)算，短路后指定時(shí)刻短路電流周期分量的計(jì)算。

3、完成計(jì)算的手算過程

4、運(yùn)用計(jì)算機(jī)的計(jì)法。

四、課程設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)程安排

序號(hào)

設(shè)計(jì)（論文）各階段內(nèi)容

地點(diǎn)

起止日期

資料收集，完成電力系統(tǒng)三相短路電流計(jì)算

圖書館

2012.5.25-6.1

電力系統(tǒng)不對(duì)稱短路電流計(jì)算

圖書館

6.2-6.3

課程設(shè)計(jì)說明書撰寫

C8-323

6.12-6.18

課程設(shè)計(jì)上交

1-110

五、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)

[1]

科技創(chuàng)新報(bào)導(dǎo)[J]．武昌:華中科技大學(xué)出版社,2010年第9期

[2]

何仰贊．電力系統(tǒng)分析題解[M]．武漢:華中科技大學(xué)出版社2008.7

[3]

蔣春敏.電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與分析計(jì)算[M].北京:中國水利水電出版社,2011.2

[4]

戈東方.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國電力出版社,1998.12

[5]

李梅蘭、盧文鵬.電力系統(tǒng)分析

[M]

北京:中國電力出版社,2010.12．

發(fā)出任務(wù)書日期：

2012

年

X

月

X

日

指導(dǎo)教師簽名：

計(jì)劃完成日期：

2012

年

X

月

X

日

教學(xué)單位責(zé)任人簽章：

電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路故障造成的危害性是最大的。作為電力系統(tǒng)三大計(jì)算之一，分析與計(jì)算三相短路故障的參數(shù)更為重要。設(shè)計(jì)示例是通過兩種不同的方法進(jìn)行分析與計(jì)算三相短路故障的各參數(shù)，進(jìn)一步提高短路故障分析與計(jì)算的精度和速度，為電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、安全運(yùn)行、設(shè)備選擇、繼電保護(hù)等提供重要依據(jù)。

一、基礎(chǔ)資料

1．電力系統(tǒng)簡單結(jié)構(gòu)圖

電力系統(tǒng)簡單結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2．電力系統(tǒng)參數(shù)

如圖1所示的系統(tǒng)中K（3）點(diǎn)發(fā)生三相短路故障，分析與計(jì)算產(chǎn)生最大可能的故障電流和功率。

（1）發(fā)電機(jī)參數(shù)如下：

發(fā)電機(jī)G1：額定的有功功率110MW，額定電壓=10.5kV；次暫態(tài)電抗標(biāo)幺值=0.264，功率因數(shù)=0.85。

發(fā)電機(jī)G2：火電廠共兩臺(tái)機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組參數(shù)為額定的有功功率25MW；額定電壓UN=10.5kV；次暫態(tài)電抗標(biāo)幺值=0.130；額定功率因數(shù)=0.80。

（2）變壓器銘牌參數(shù)由參考文獻(xiàn)《新編工廠電氣設(shè)備手冊(cè)》中查得。

變壓器T1：型號(hào)SF7-10/110-59-16.5-10.5-1.0，變壓器額定容量10MV·A，一次電壓110kV，短路損耗59kW，空載損耗16.5kW，阻抗電壓百分值UK%=10.5，空載電流百分值I0%=1.0。

變壓器T2：型號(hào)SFL7-31.5/110-148-38.5-10.5-0.8，變壓器額定容量31.5MV·A，一次電壓110kV，短路損耗148kW，空載損耗38.5kW，阻抗電壓百分值UK%=10.5，空載電流百分值I0%=0.8。

變壓器T3：型號(hào)SFL7-16/110-86-23.5-10.5-0.9，變壓器額定容量16MV·A，一次電壓110kV，短路損耗86kW，空載損耗23.5kW，阻抗電壓百分值UK%=10.5，空載電流百分值I0%=0.9。

（3）線路參數(shù)由參考文獻(xiàn)《新編工廠電氣設(shè)備手冊(cè)》中查得。

線路1：鋼芯鋁絞線LGJ-120，截面積120㎜2，長度為100㎞，每條線路單位長度的正序電抗X0（1）=0.408Ω／㎞；每條線路單位長度的對(duì)地電容b0(1)=2.79×10﹣6S／㎞。

對(duì)下標(biāo)的說明

X0(1)=X單位長度（正序）；X0（2）=X單位長度（負(fù)序）。

線路2：鋼芯鋁絞線LGJ-150，截面積150㎜2，長度為100㎞，每條線路單位長度的正序電抗X0（1）=0.401Ω／㎞；每條線路單位長度的對(duì)地電容b0(1)=2.85×10﹣6S／㎞。

線路3：鋼芯鋁絞線LGJ-185，截面積185㎜2，長度為100㎞，每條線路單位長度的正序電抗X0（1）=0.394Ω／㎞；每條線路單位長度的對(duì)地電容b0(1)=2.90×10﹣6S／㎞。

（4）負(fù)載L：容量為8＋j6（MV·A），負(fù)載的電抗標(biāo)幺值為；電動(dòng)機(jī)為2MW，起動(dòng)系數(shù)為6.5，額定功率因數(shù)為0.86。

3．參數(shù)數(shù)據(jù)

設(shè)基準(zhǔn)容量SB=100MV·A；基準(zhǔn)電壓UB=UavkV。

（1）SB的選取是為了計(jì)算元件參數(shù)標(biāo)幺值計(jì)算方便，取SB-100MV·A，可任意設(shè)值但必須唯一值進(jìn)行分析與計(jì)算。

（2）UB的選取是根據(jù)所設(shè)計(jì)的題目可知系統(tǒng)電壓有110kV、6kV、10kV，而平均額定電壓分別為115、6.3、10.5kV。平均電壓Uav與線路額定電壓相差5%的原則，故取UB=Uav。

（3）為次暫態(tài)短路電流有效值，短路電流周期分量的時(shí)間t等于初值（零）時(shí)的有效值。滿足產(chǎn)生最大短路電流的三個(gè)條件下的最大次暫態(tài)短路電流作為計(jì)算依據(jù)。

（4）為沖擊電流，即為短路電流的最大瞬時(shí)值（滿足產(chǎn)生最大短路電流的三個(gè)條件及時(shí)間=0.01s）。一般取沖擊電流=××=2.55。

（5）為短路電流沖擊系數(shù)，主要取決于電路衰減時(shí)間常數(shù)和短路故障的時(shí)刻。其范圍為1≤≤2，高壓網(wǎng)絡(luò)一般沖擊系數(shù)=1.8。

二、電抗標(biāo)幺值定義

（1）發(fā)電機(jī)電抗標(biāo)幺值

公式①

式中

——發(fā)電機(jī)電抗百分?jǐn)?shù)，由發(fā)電機(jī)銘牌參數(shù)的；

——已設(shè)定的基準(zhǔn)容量（基值功率），；

——發(fā)電機(jī)的額定有功功率，MW

——發(fā)電機(jī)額定有功功率因數(shù)。

（2）負(fù)載電抗標(biāo)幺值

公式②

式中

U——元件所在網(wǎng)絡(luò)的電壓標(biāo)幺值；

——負(fù)載容量標(biāo)幺值；

——負(fù)載無功功率標(biāo)幺值。

（3）變壓器電抗標(biāo)幺值

公式③

變壓器中主要指電抗，因其電抗，即可忽略，由變壓器電抗有名值推出變壓器電抗標(biāo)幺值為

公式④

式中

%——變壓器阻抗電壓百分?jǐn)?shù)；

——基準(zhǔn)容量，MVA、——變壓器銘牌參數(shù)給定額定容量，MVA、額定電壓，kV；

——基準(zhǔn)電壓取平均電壓，kV。

（4）線路電抗標(biāo)幺值

公式⑤

式中

——線路單位長度電抗；

——線路長度，km；

——基準(zhǔn)容量，MVA；

——輸電線路額定平均電壓，基準(zhǔn)電壓，kV。

輸電線路的等值電路中有四個(gè)參數(shù)，一般電抗，故0。由于不做特殊說明，故電導(dǎo)、電納一般不計(jì)，故而只求電抗標(biāo)幺值。

（5）電動(dòng)機(jī)電抗標(biāo)幺值（近似值）

cos

公式⑥

式中

——設(shè)定的基準(zhǔn)容量，MVA；

——電動(dòng)機(jī)額定的有功功率，MW；

cos——電動(dòng)機(jī)額定有功功率因數(shù)。

三、短路次暫態(tài)電流（功率）標(biāo)幺值計(jì)算

（1）短路次暫態(tài)電流標(biāo)幺值（）

（取）

（kA）

公式⑦基準(zhǔn)容量；基準(zhǔn)電壓(kV)。

（2）沖擊電流（）的計(jì)算

（kA）

公式⑧

（3）短路容量的計(jì)算

（）

公式⑨

四、各元件電抗標(biāo)幺值

1.電力系統(tǒng)等值電路如圖2

2.各元件電抗標(biāo)幺值的計(jì)算

設(shè)基準(zhǔn)容量；

基準(zhǔn)電壓。

（1）發(fā)電機(jī)電抗標(biāo)幺值由公式①得

;

（2）變壓器電抗值標(biāo)幺值由公式③得

；；

（3）線路電抗標(biāo)幺值由公式④得

；；

（4）負(fù)載電抗標(biāo)幺值由公式②得

（5）電動(dòng)機(jī)電抗標(biāo)幺值由公式⑥得

3.等值簡化電路圖

（1）

等值電路簡化過程如圖2和圖3所示。

（2）

考慮電動(dòng)機(jī)的影響后，短路點(diǎn)的等值電抗為五、三相短路電流及短路功率

短路次暫態(tài)電流標(biāo)幺值

短路次暫態(tài)電流有名值

沖擊電流

短路功率

六、Y矩陣形成于計(jì)算

計(jì)算機(jī)編程計(jì)算中，考慮了對(duì)地電容標(biāo)幺值和變壓器實(shí)際變比標(biāo)幺值。

(1)

導(dǎo)納矩陣等值電路如圖4所示，節(jié)點(diǎn)數(shù)為⑥，電抗標(biāo)幺值參考圖2。

(2)導(dǎo)納計(jì)算公式為：

公式⑩

式中

（3）變壓器變比的定義

式中

變壓器變比標(biāo)幺值

（4）Y矩陣的形成。

對(duì)地電納

Y=

短路點(diǎn)的電抗標(biāo)幺值為

短路點(diǎn)次暫態(tài)短路電流為

短路點(diǎn)次暫態(tài)短路電流有名值為(kA)

短路點(diǎn)沖擊電流為(kA)

短路點(diǎn)短路功率為(MVA)

兩種算法的次暫態(tài)短路電流比較誤差為ΔI=10.08-9.22=0.86(kA)

七、結(jié)論

1．解析法

短路點(diǎn)的電抗標(biāo)幺值為

短路點(diǎn)的次暫態(tài)短路電流為

2.Y矩陣

短路點(diǎn)的電抗標(biāo)幺值為

短路點(diǎn)的導(dǎo)納標(biāo)幺值為

短路點(diǎn)的次暫態(tài)短路電流為

3.優(yōu)缺點(diǎn)

（1）解析法誤差大，每一短路處需要逐一分析與計(jì)算。

（2）Y矩陣計(jì)算時(shí)考慮對(duì)地電容，變壓器實(shí)際變比，則誤差小；Y矩陣對(duì)角元素將各節(jié)點(diǎn)的等值短路電抗（阻抗）均求出；使分析其他點(diǎn)的短路故障提供了更容易更直觀的參數(shù)值；Y矩陣程序通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。

（3）兩種分析與計(jì)算三相短路故障的各參數(shù)結(jié)果如圖5

心

得

體

會(huì)

通過這次課程設(shè)計(jì),我發(fā)現(xiàn)自己有很多不足的地方,如基礎(chǔ)知識(shí)掌握不牢固,很多知識(shí)點(diǎn)都忘記了,計(jì)算速度慢及準(zhǔn)確性低,分析問題能力不夠全面等等。同時(shí)，在設(shè)計(jì)的過程中遇到很多問題，如怎樣使用WORD的工具,計(jì)算公式輸入，畫圖等。明白了有些東西看起來很簡單，但一旦做起來卻需要很多心思，要注意到很多細(xì)節(jié)問題。要做到能好好理解課本的內(nèi)容，一定要認(rèn)認(rèn)真真做一次計(jì)算。因此，完成課程設(shè)計(jì)使我對(duì)課本的內(nèi)容加深了理解。總體來說，這次的課程設(shè)計(jì)不單在專業(yè)基礎(chǔ)方面反映了我的學(xué)習(xí)還要加倍努力，還在對(duì)一些軟件的應(yīng)用需要加強(qiáng)。

由于一開始找的網(wǎng)絡(luò)是開路的，列不出導(dǎo)納矩陣，所以再找了一個(gè)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)作補(bǔ)充。但對(duì)C語言編程的計(jì)算機(jī)計(jì)法有待探究，只是基本上明白程序過程，還不能明白的徹底。隨著科技發(fā)展及計(jì)算機(jī)計(jì)法的方便，簡單，我將認(rèn)真學(xué)好這種方法，以便以后工作的需要。

總體而言，這次的課程設(shè)計(jì)對(duì)我們運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問題、鍛煉實(shí)踐能力的考察，使我們更清楚地知道不足之出，從而提高我們。

學(xué)生簽名：

2012年X

月

X

日

教

師

評(píng)

語

****年**月**日

成績

及

簽

名

指導(dǎo)教師簽名：

****年**月**日