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北京交通大学电力系统横向故障分析实验报告


Beijing Jiaotong University

电力系统分析

电力系统横向故障 分析实验
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实验 2
一、实验目的

电力系统横向故障分析实验

1、对电力系统各种短路现象的认识; 2、掌握各种短路故障的电压电流分布

特点; 3、分析比较仿真运算与手动运算的区别;

二、实验内容 1.各种短路电流实验 观察比较各种短路时的三相电流、三相电压; 2.归纳总结各种短路的特点 3.仿真运算与手动运算的比较分析

三、实验方法和步骤 1.辐射形网络主接线系统的建立 输入参数(系统图如下) :额定电压:220KV;负荷 F1:100+j42MVA;负荷处 母线电压:17.25V; 变压器 B1: Un=360MVA, 变比=18/242, Uk%=14.3%, Pk=230KW, P0=150KW, I0/In=1%; 变压器 B2: Un=360MVA, 变比=220/18, Uk%=14.3%, Pk=230KW, P0=150KW, I0/In=1%; 线路 L1、L2:长度:100km,电阻:0.04Ω/km,电抗:0.3256Ω/km。 发电机:按汽轮机默认参数

辐射形网络主接线图

潮流计算:

2.短路实验波形分析 利用已建立系统, 在 L2 线路上进行故障点设置, 当故障距离为 80%时, 分别完成以下内容(记录波形长度最少为故障前 2 周期,故障后 5 周期) :

(1)设置故障类型为“单相接地短路” ,运行仿真,在输出图页上观察记录线路 始端 CT 和 CVT 的波形;

(2)设置故障类型为“两相相间短路” ,运行仿真,在输出图页上观察记录线路 始端 CT 和 CVT 的波形;

(3)设置故障类型为“两相接地短路” ,运行仿真,在输出图页上观察记录线路 始端 CT 和 CVT 的波形;

(4)设置故障类型为“三相短路” ,运行仿真,在输出图页上观察记录线路始端 CT 和 CVT 的波形;

(5)根据不同故障情况下电流电压输出波形,归纳各种情况下故障电流电压的 特点。 单相(A 相)接地短路: Ua=0,Ib=Ic=0,复合序网为各序网络的串联,因此故障相短路相电流为正 序网络相电流的 3 倍。非故障相对地电流为零,故障相对地电压为零,非故障相

? ? 对地电压相等,由于 X 0 ? 2 ~ 3.5 X 1 ,所以其值较正常时升高,其相位差也发生
了变化,不再是 120°,而与 X 0 / X1 有关。 两相(A 相和 B 相)相间短路: Ic=0,Ia+Ib=0,Ua=Ub,复合序网为正序和负序网络的串联,由于零序电流 没有通路,所以没有零序网络。故障相电流为正序网络电流的 3 倍,而非故障 相电压等于故障前电压,故障相电压只是非故障相电压的一半而且方向相反。

两相(A 相和 B 相)接地短路: Ic=0,Ua=Ub=0,复合序网为三序网络的并联。故障相电流大小相等,相位 差与 X 2和X0 有关,非故障相电压为正序电压的 3 倍。 三相短路: 故障点出三相电压均为零,短路电流各相大小相等,相位仍差 120°,仍然 为对称的,且等于正序电流。

3.短路故障比较分析 利用已建立系统, 在 L2 线路上进行故障点设置, 当故障距离线路末端时, 设置故障类型为“三相短路” ,运行仿真,在输出图页上观察记录故障点电压电 流的波形。

(1)根据故障后 1-2 个周期内波形,计算故障点短路电流周期分量值。 周期电流稳态值为 2.2KA

? =arctan(0.3256/0.04)=83°

ip= I pm sin??t ? ? ? ? ? ? 2.2 sin?100?t ? ? ? 83??A
(2)手动计算故障点周期电流起始值。 取 SB ? 100MVA , VB ? Vav ,计算各元件电抗的标幺值 发电机: x1 ? 0.13?100/ 300? 0.85 ? 0.0368 变压器: x1 ? x2 ? 14.3 / 100?100/ 360 ? 0.0397 无故障线路: x3 ? 0.3256?100?100/ 2302 ? 0.062 故障线路: x4 ? 0.3256?100?100/ 2302 ? 0.06155 转移电抗: xGf ? 0.0368? 0.0397? 0.5 ? 0.06155? 0.1073 计算电抗: x js.G ? 0.1073? 300/ 0.85/ 100 ? 0.3786 查表得: IG(0)* ? 2.81 故障点周期电流起始值:
I ( 0) ? I G ( 0)* ? I NG ? 2.81 ? 300 / 0.85 /( 3 ? 230 ) ? 2.49( KA)

(3)误差分析 手动计算存在误差:一方面,在等值电路中忽略发电机、变压器和输电 线路的电阻,不计输电线的电容,略去了变压器的励磁电流,负荷制作近似 估计; 另一方面, 在标幺参数计算方面在选取各级额定电压作为基准电压时,

忽略各元件的额定电压和相应电压等级平均额定电压的区别,认为变压器变 比等于其对应侧平均额定电压之比,即所有元件仅用电抗表示,简化了电路 但同时也带来了误差,与仿真软件计算相比误差大。

四、思考题 1.什么叫电力系统的横向故障?是如何分类的? 答:常见的三相短路,两相和单相短路通常称为横向故障,它是指网络的节点 k (也就是短路点) 处出现了相与相之间或相与地之间的不正常接通情况。短路类 型常分为三相短路,两相短路,单相接地短路,两相接地短路。 2.电力系统各种短路电流计算时,不计负荷电流与计及负荷电流,结果有什么不 同? 答:其结果差别不大。一般短路电流都在几 KA 以上,正常的负荷电流电流也就 几百。 计算短路时也无法考虑到负荷电流。负荷电流与段路电流是两种不同状态 下的电流。短路时只考虑电感的大小。 3.计算机仿真模拟各种短路运算与手动进行短路计算有什么区别?各有何特 点? 答: 利用计算机软件进行各种短路运算更加简便快捷并且误差小。手动运算由于 手算的精确度问题,在等值电路中忽略发电机、变压器和输电线路的电阻,不计 输电线的电容,略去了变压器的励磁电流,负荷制作近似估计,在标幺参数计算 方面在选取各级额定电压作为基准电压时, 忽略各元件的额定电压和相应电压等 级平均额定电压的区别, 认为变压器变比等于其对应侧平均额定电压之比,即所 有元件仅用电抗表示, 简化了电路但同时也带来了误差,与仿真软件计算相比误 差大。


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