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实验2 电力系统横向故障分析实验


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、 掌握变压器中性点接地方式对零序电流分布和大小的影响 4、 分析比较各种短路故障对系统运行的危害; 二、 实验内容 1、 各种短路电流实验 观察、计算、比较各种短路时不对称的三相电流; 2、 各种短路

的母线电压分布 3、 变压器中性点接地方式对零序电流的影响 4、 空载状态短路与负载状态短路 三、 实验使用工程文件及参数 输入参数: 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=18/220, 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。 四、 实验方法和步骤 打开名为“电力系统横向故障(有限电源系统)”的工程文件,该工程为一 个双回线有限电源系统。 网络结构图如下: 将给定参数输入, 完成实验系统建立。

其参数设定分别为: (1) 、发电机参数设置:

变压器 B1 参数设置:

(3)变压器 B2 参数设置:

(4)电流互感器参数设置:

(5)线路参数的设置:

(6)负荷参数设置:

1、 短路实验 利用已建立系统,按照不计负荷电流在故障点设置故障类型(单相接地 短路、两相相间短路、两相接地短路)分别完成以下内容: (1) 运行仿真,在输出图页上观察故障点 CT 和 CVT 的波形; 单相短路

由仿真结果 CVT 图可以看出来,在还未出现故障之前,电压波形为正弦波形。故 障后,A 相电压突然下降,且波动比较大。这对电力系统是相当不利的。同时我 们可以看出: 故障线路的点电压下降比较明显, 而非故障线路电压下降缓慢一点, 没有故障线路那么明显, 这主要是由于两条线路是并联的,这样就会对另一条非 故障线路有一定的影响。在故障刚消除的时候,又有一个较大的冲击电压,这是 由于相当于刚接上一个电源, 所以就有一个较大的冲击电压。在电压恢复前几个 周期,电压波形有很大的纹波。 由仿真结果 CT 图可以看出来,在故障前,A 相电流按照正弦波形进行运行。而 在故障的时候,A 相电流突然增加,且在故障刚开始时的纹波比较大,这时由于 刚发生故障时,有一些非周期分量。周期分量依然呈正弦波形。而过了一定时间 之后,波形开始稳定。且在刚开始时,有一个较大的冲击电流。在故障消除了, 电流又逐渐恢复到原来的运行状态, 且在刚稳定的前两个周期电流波形上也有很 大的纹波电流。这与理论相差不多。 AB 相间短路

电压互感器与电流互感器仿真图如下:

由仿真结果 CVT 图可以看出来, 电压波形和单相短路时相差不多,也是在故障发 生之后,电压幅值开始下降,且开始时有一定的纹波。在故障消除之后,电压开 始逐渐恢复到原来的电压幅值。 由仿真结果 CT 图可以看出来,在故障前,电流波形呈正弦波形,而故障发生之 后, 故障相 AB 两相的电流波形突然增大, 而非故障相 C 相得电流波形的幅值基 本上没有发生变化,但是波形发生了一定的变形。且故障相 AB 两相电流波形还 是依然相差 120°。 而在故障消除之后, 故障相的电流波形又恢复到原来的状态。 依然呈正弦波形,只是电流幅值是缓慢恢复到原来的电流幅值。在故障时根据 IA=-IB。由仿真结果也可以看出来,AB 两相电流,大小基本相等,而方向相反。 两相接地短路,潮流图如下:

其电压互感器与电流互感器仿真图如下:

由仿真结果 CVT 图可以看出来, 电压波形和单相短路时相差不多,只是故障相由 原来的一相变成了两相, 同是在故障发生之后, 电压幅值开始下降, 且文波严重, 在故障消除之后,电压开始逐渐恢复到原来的电压幅值。 由仿真结果可以看出来,在 AB 两相发生接地短路故障时,两相电流波形都发生 了变化,非故障相 C 相电流波形基本上没有发生变化。在故障消除之后,电流 波形逐渐恢复到原来的电流波形。

解:SB=300MVA,VB=VAV

xG * ? x d
''

SB SN

? 0 .1 3 ?

300 300

? 0 .1 3

xT * ?

Vs % S B 100 S N

?

1 4 .3 100

?

300 360

? 0 .1 1 9 2

x L* ?

1 2

xl l

SB VB
2

?

1 2

? 0 .3 2 5 6 ? 1 0 0 ?

300 230
2

? 0 .0 9 2 3

x ? * ? 0.13 ? 0.1192 ? 0.0923 ? 0.3415
I * '' ? E * '' x?* ? 1 .0 8 0 .3 4 1 5 ? 3 .16 2 5

起始暂态电流

I '' ? I * I B ? 3 .16 2 5 ?
''

300 3 ? 230

? 2 .38 1 6 kA

冲击电流

iim ? k im

2 I '' ? 1 .8 ?

2 ? 2 .38 1 6 ? 6 .0 6 1 6 kA

短路电流最大有效值

I im ? 1.52 I '' ? 1.52 ? 2.3816 ? 3.6200 kA

3、 变压器中性点接地方式对零序电流的影响 选择某一种接地短路类型,变压器 B1、B2 中性点分别设置为不同的接地方式, 进行短路实验,结果填入下表: 单相短路时,中性点接地情况下:

单相短路,中性点不接地情况下:

比较发现:当中性点不接地系统发生单相短路时,中性点电压升至相电压,而非 故障相相电压升至线电压。

相间短路,中性点不接地情况下

相间短路,中性点接地情况下:

相间接地短路,中性点接地情况下:

相间接地短路,中性点不接地情况下:

对于两相短路接地,中性点不接地系统,非故障相电压升高最多,为正常的 1.5 倍,但仍小于但单相接地时电压的升高。 4、 负载状态短路 利用已建立系统,按照负载状态(计及负荷电流)在故障点设置故障类 型(单相接地短路、两相相间短路、两相接地短路)分别完成以下内容: (1) 运行仿真,在输出图页上观察故障点 CT 和 CVT 的波形;

(a)A 相接地短路

从图中我们对比发现,在故障发生时,电压波形虽为正弦状,但明显波动,后故 障相成阻尼退出。点流向则为突然增大若干倍,经三周期后逐步恢复。 B、C 两相相间短路

故障发生时,非故障相电压升高,故障相电压降低,故障切除后,逐步恢复正常 状态。同时,故障相电流明显增加,而非故障相基本不变。在故障相切除后,也 同步恢复正常。 (b) B、C 两相接地短路

对于两相接地短路,故障相砸短路发生时,电压突降为 0,非故障相电压增加, 而对应的电流则增大若干倍。在故障切除后,都相应恢复正常,但电压波动相对 严重,文波较多。

一、 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.电力系统各种短路故障有什么特点?短路故障对电力系统都有哪些危害? 在电力系统各故障中,三相短路为对称短路,系统各相与正常运行时一样,处于 对称状态,其它各短路则为不对称短路,相对而言,三相短路最严重,但发生概 率小,短路发生的地点、持续时间以及短路类型都会影响短路的危害程度,短路 时,短路电流可能达到正常电流的十几到几十倍,当时间过长时,可能烧毁电气 设备,短路时,系统电压将大幅度降低,电动机可能甚至停转,造成产品报废等 等,对于不对称短路,产生的大磁场对于架空线路等影响很大。 3.变压器中性点接地方式对接地短路电流的大小和分布有什么影响?为什么产 生这样的影响? 不同类型的不对称短路类型对应不同的接地短路电流不同,但整体上说,中性点 接地后短路电流会增加, 因为在中性点不接地系统中, 对零序电流回路产生影响, 在中性点未接地系统, 4.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:短路电流一般比较大,在几 KA 左右,而负荷电流较短路电流较小,一般为 几百安左右, 在计算时常被忽略,因此不计负荷电流的结果比计及负荷电流的计 算结果小一点。


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