电力系统短路计算电力系统分析课程设计

课 程 设 计（论文）
课程名称 电力系统分析 题目名称 电力系统短路计算 学生学部（系）
机械电气学部电气工程系 专业班级 电气工程及其自动化班 学 号 学生姓名 指导教师 2012年X 月X日 课程设计（论文）任务书 题目名称 电力系统短路计算 学生学部（系）
机械电气学部电气工程系 专业班级 电气工程及其自动化班 姓 名 学 号 一、 课程设计（论文）的内容 1、 掌握比较复杂的电网进行电力系统三相短路起始次暂态电流的计算，短路后指定时刻短路电流周期分量的计算。

2、 给短路点处赋予平均额定电压及基准容量，求解等值网络数值并根据电力系统网络画出等值网络。

3、 不对称短路时短路点故障相电流和非故障相电压的计算。

4、 对称和不对称短路后任意支路故障电流和节点电压的计算。

5、 书写课程设计说明书（电子版），并打印纸质版上交。

二、课程设计（论文）的要求与数据 二、 课程设计（论文）应完成的工作 1、 按照规范的格式，独立完成课程设计说明书的撰写；

2、 完成电力系统三相短路电流、对称短路电流、不对称短路电流的计算三相短路起始次暂态电流的计算，短路后指定时刻短路电流周期分量的计算。

3、 完成计算的手算过程 4、 运用计算机的计法。

四、课程设计（论文）进程安排 序号 设计（论文）各阶段内容 地点 起止日期 1 资料收集，完成电力系统三相短路电流计算 图书馆 2012.5.25-6.1 2 电力系统不对称短路电流计算 图书馆 6.2-6.3 3 课程设计说明书撰写 C8-323 6.12-6.18 4 课程设计上交 1-110 五、应收集的资料及主要参考文献 [1] 科技创新报导[J]．武昌:华中科技大学出版社,2010年第9期 [2] 何仰赞．电力系统分析题解[M]．武汉:华中科技大学出版社2008.7 [3] 蒋春敏.电力系统结构与分析计算[M].北京:中国水利水电出版社,2011.2 [4] 戈东方.电力工程电气设计手册[M].北京:中国电力出版社,1998.12 [5] 李梅兰、卢文鹏. 电力系统分析 [M] 北京:中国电力出版社,2010.12． 发出任务书日期：
2012 年 X 月 X 日 指导教师签名：
计划完成日期：
2012 年 X 月 X 日 教学单位责任人签章：
电力系统发生三相短路故障造成的危害性是最大的。作为电力系统三大计算之一，分析与计算三相短路故障的参数更为重要。设计示例是通过两种不同的方法进行分析与计算三相短路故障的各参数，进一步提高短路故障分析与计算的精度和速度，为电力系统的规划设计、安全运行、设备选择、继电保护等提供重要依据。

一、基础资料 1．电力系统简单结构图 电力系统简单结构图如图1所示。

2．电力系统参数 如图1所示的系统中K（3）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。

（1）发电机参数如下：
发电机G1：额定的有功功率110MW，额定电压=10.5kV；
次暂态电抗标幺值=0.264，功率因数=0.85 。

发电机G2：火电厂共两台机组，每台机组参数为额定的有功功率25MW；
额定电压UN=10.5kV；
次暂态电抗标幺值=0.130；
额定功率因数=0.80。

（2）变压器铭牌参数由参考文献《新编工厂电气设备手册》中查得。

变压器T1：型号SF7-10/110-59-16.5-10.5-1.0，变压器额定容量10MV·A，一次电压110kV，短路损耗59kW，空载损耗16.5kW，阻抗电压百分值UK%=10.5，空载电流百分值I0%=1.0。

变压器T2：型号SFL7-31.5/110-148-38.5-10.5-0.8，变压器额定容量31.5MV·A，一次电压110kV，短路损耗148kW，空载损耗38.5kW，阻抗电压百分值UK%=10.5，空载电流百分值I0%=0.8。

变压器T3：型号SFL7-16/110-86-23.5-10.5-0.9，变压器额定容量16MV·A，一次电压110kV，短路损耗86kW，空载损耗23.5kW，阻抗电压百分值UK%=10.5，空载电流百分值I0%=0.9。

（3）线路参数由参考文献《新编工厂电气设备手册》中查得。

线路1：钢芯铝绞线LGJ-120，截面积120㎜2，长度为100㎞，每条线路单位长度的正序电抗X0（1）=0.408Ω／㎞；
每条线路单位长度的对地电容b0(1)=2.79×10﹣6S／㎞。

对下标的说明 X0(1)=X单位长度（正序）；
X0（2）=X单位长度（负序）。

线路2：钢芯铝绞线LGJ-150，截面积150㎜2，长度为100㎞，每条线路单位长度的正序电抗X0（1）=0.401Ω／㎞；
每条线路单位长度的对地电容b0(1)=2.85×10﹣6S／㎞。

线路3：钢芯铝绞线LGJ-185，截面积185㎜2，长度为100㎞，每条线路单位长度的正序电抗X0（1）=0.394Ω／㎞；
每条线路单位长度的对地电容b0(1)=2.90×10﹣6S／㎞。

（4）负载L：容量为8＋j6（MV·A），负载的电抗标幺值为；
电动机为2MW，起动系数为6.5，额定功率因数为0.86。

3．参数数据 设基准容量SB=100MV·A；
基准电压UB=UavkV。

（1）SB的选取是为了计算元件参数标幺值计算方便，取SB-100MV·A，可任意设值但必须唯一值进行分析与计算。

（2）UB的选取是根据所设计的题目可知系统电压有110kV、6kV、10kV，而平均额定电压分别为115、6.3、10.5kV。平均电压Uav与线路额定电压相差5%的原则，故取UB=Uav。

（3）为次暂态短路电流有效值，短路电流周期分量的时间t等于初值（零）时的有效值。满足产生最大短路电流的三个条件下的最大次暂态短路电流作为计算依据。

（4）为冲击电流，即为短路电流的最大瞬时值（满足产生最大短路电流的三个条件及时间=0.01s）。一般取冲击电流=××=2.55。

（5）为短路电流冲击系数，主要取决于电路衰减时间常数和短路故障的时刻。其范围为1≤≤2，高压网络一般冲击系数=1.8。

二、电抗标幺值定义 （1）发电机电抗标幺值 公式① 式中 ——发电机电抗百分数，由发电机铭牌参数的；

——已设定的基准容量（基值功率），；

——发电机的额定有功功率，MW ——发电机额定有功功率因数。

（2）负载电抗标幺值 公式② 式中 U——元件所在网络的电压标幺值；

——负载容量标幺值；

——负载无功功率标幺值。

（3）变压器电抗标幺值 公式③ 变压器中主要指电抗，因其电抗，即可忽略，由变压器电抗有名值推出变压器电抗标幺值为 公式④ 式中 %——变压器阻抗电压百分数；

——基准容量，MVA 、——变压器铭牌参数给定额定容量，MVA、额定电压，kV；

——基准电压取平均电压，kV。

（4）线路电抗标幺值 公式⑤ 式中 ——线路单位长度电抗；

——线路长度，km；

——基准容量，MVA；

——输电线路额定平均电压，基准电压，kV。

输电线路的等值电路中有四个参数，一般电抗，故0。由于不做特殊说明，故电导、电纳一般不计，故而只求电抗标幺值。

（5）电动机电抗标幺值（近似值）
cos 公式⑥ 式中 ——设定的基准容量，MVA；

——电动机额定的有功功率，MW；

cos——电动机额定有功功率因数。

三、短路次暂态电流（功率）标幺值计算 （1）短路次暂态电流标幺值（）
（取）
（kA）
公式⑦基准容量；
基准电压(kV)。

（2）冲击电流（）的计算 （kA）
公式⑧ （3）短路容量的计算 （）
公式⑨ 四、各元件电抗标幺值 1.电力系统等值电路如图2 2.各元件电抗标幺值的计算 设基准容量；

基准电压。

（1）发电机电抗标幺值由公式①得 ; （2）变压器电抗值标幺值由公式③得 ；
；

（3）线路电抗标幺值由公式④得 ；
；

（4）负载电抗标幺值由公式②得 （5）电动机电抗标幺值由公式⑥得 3.等值简化电路图 （1）
等值电路简化过程如图2和图3所示。

（2）
考虑电动机的影响后，短路点的等值电抗为 五、三相短路电流及短路功率 短路次暂态电流标幺值 短路次暂态电流有名值 冲击电流 短路功率 六、Y矩阵形成于计算 计算机编程计算中，考虑了对地电容标幺值和变压器实际变比标幺值。

(1) 导纳矩阵等值电路如图4所示，节点数为⑥，电抗标幺值参考图2。

(2)导纳计算公式为：
公式⑩ 式中 （3）变压器变比的定义 式中 变压器变比标幺值 （4）Y矩阵的形成。

对地电纳 Y= 短路点的电抗标幺值为 短路点次暂态短路电流为 短路点次暂态短路电流有名值为(kA) 短路点冲击电流为(kA) 短路点短路功率为(MVA) 两种算法的次暂态短路电流比较误差为ΔI=10.08-9.22=0.86(kA) 七、结论 1．解析法 短路点的电抗标幺值为 短路点的次暂态短路电流为 2.Y矩阵 短路点的电抗标幺值为 短路点的导纳标幺值为 短路点的次暂态短路电流为 3.优缺点 （1）解析法误差大，每一短路处需要逐一分析与计算。

（2）Y矩阵计算时考虑对地电容，变压器实际变比，则误差小；
Y矩阵对角元素将各节点的等值短路电抗（阻抗）均求出；
使分析其他点的短路故障提供了更容易更直观的参数值；
Y矩阵程序通用性强等特点。

（3）两种分析与计算三相短路故障的各参数结果如图5 心 得 体 会 通过这次课程设计,我发现自己有很多不足的地方,如基础知识掌握不牢固,很多知识点都忘记了,计算速度慢及准确性低,分析问题能力不够全面等等。同时，在设计的过程中遇到很多问题，如怎样使用WORD的工具,计算公式输入，画图等。明白了有些东西看起来很简单，但一旦做起来却需要很多心思，要注意到很多细节问题。要做到能好好理解课本的内容，一定要认认真真做一次计算。因此，完成课程设计使我对课本的内容加深了理解。总体来说，这次的课程设计不单在专业基础方面反映了我的学习还要加倍努力，还在对一些软件的应用需要加强。

由于一开始找的网络是开路的，列不出导纳矩阵，所以再找了一个环形网络作补充。但对C语言编程的计算机计法有待探究，只是基本上明白程序过程，还不能明白的彻底。随着科技发展及计算机计法的方便，简单，我将认真学好这种方法，以便以后工作的需要。

总体而言，这次的课程设计对我们运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题、锻炼实践能力的考察，使我们更清楚地知道不足之出，从而提高我们。

学生签名：
2012年X 月 X 日 教 师 评 语 年 月 日 成 绩 及 签 名 指导教师签名：
年 月 日