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1、电力系统分析实验报告一、实验目的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
2、 =220/18，Uk =14.3，Pk=230KW，P0=150KW，I0/In=1 ；线路 L1、L2：长度： 100km，电阻： 0.04/km ，电抗： 0.3256/km 。发电机：按汽轮机默认参数辐射形网络主接线图建立实验电路图，按照实验要求设置系统元件参数。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；根据实验要求进行故障的设置：电压、电流互感器输出波形(A、
3、 B、 C 三相的二次侧电压、电流)：设置故障点出现时间为0.5s，故障时间为 0.01s。由仿真结果图可以看出来，在还未出现故障之前，电压波形为正弦波形。而在 1s 时刻出现了故障，此时 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。 且由仿真结果可以看出来，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
4、果可以看出来，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， 且可以看出来， 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。（ 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；根据实验要求进行故障的设置：电压、电流互感器输出波形(A、 B、 C 三相的二次侧电压、电
5、流)：由仿真结果可以看出来， 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 A、B 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 A、B 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
6、，大小基本相等，而方向相反。（ 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；对故障类型进行设置：电压、电流互感器输出波形(A、 B、 C 三相的二次侧电压、电流)：（ 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；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。进行故障类型设置：电压、电流互感器输出波形(A、 B、 C 三相的二次侧电压、电流)：在系统发生
7、三相故障时， 非故障支路的电压和前面一样都有所下降， 但是并没有减为 0。而故障支路的三相电压迅速下降为 0。在故障消除之后，电压幅值开始逐渐上升。且后来基本上稳定在原来的幅值。（ 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。答：由仿真结果可以知道， 当系统发生不同故障时， 电流和电压的特点是各不相同的。1.在各种故障中，故障相的电流相对于原来的正常运行时的电流幅值都急剧增加，而故障消除之后， 电流幅值又开始逐渐减小， 并且最终稳定在原来的幅值。2.在发生故障之后，电流和电压之间的相位差发生了变化。3.在系统发生故障时，非故障支路的电流也会有所增加，这是由于它们之
8、间形成的是并联关系，也有相应的电流流过。4.非故障支路的电压幅值会有所降低，但是不管发生什么样的故障，其电压幅值都不会降为 0。5.而故障支路当发生非接地故障时，电压幅值会有所下降，但是并不会下降为 0；当发生接地故障时，电压幅值会马上降为 0。6.发生三相故障时，短路电流是对称的，且短路电流比较大，短路电压基本上为 0；7.发生单相短路时，故障相电压变为 0，非故障相电压不为 0，故障相电流比较大，非故障相电流为 0；8.发生两相故障时，故障相的电压相等，都等于电源电压的一半，非故障相的电压为电源电压，故障相电流大小相等方向相反，非故障相电流为0；9.发生两相短路接地时，故障相电压相等，都等
9、于 0，非故障相不为 0，故障相电流不为 0，且与短路阻抗和非故障相的正序电流成正比，非故障相电流为0。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 99%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。故障点 A、 B、C 三相电压、电流：电压、电流互感器输出波形(A、 B、 C 三相的二次侧电压、电流)：与上面故障发生在 80%时相比较可以看出来， 在线路末端发生三相短路故障时，故障点的电压马上变为 0，不像发生在 80%时的电压波形，故障点电压是缓慢变到 0。而非故障支路的电压比原来高，且波动也比较大。由上面的电流波形
10、和 80%处的三相故障电流波形比较可以看出来， 在线路末端发生故障时， 非故障支路的电流波形基本上相差不多， 但是故障支路的电流波形波动比原来的更大。纹波也比较大，这对系统来说是比较不利的。（ 1）根据故障后 12 个周期内波形，计算故障点短路电流周期分量值。由仿真结果图可以读出来，在第一个周期内i pmh 2.5kA ,i pmL0.22kA 。所以 i pm1 (i pmhi pml )2 1.36kA 。在 第二个周 期内 i pmh2.1kA，i pmL 0.75kA， 所 以i pm 2 (i pmh i pml )21.425kA 。对两个周期求平均值： i pm (i pm1i
11、pm 2)21.3925kA 。i pm 1.39250.985kA所有周期分量有效值为：22。（ 2）手动计算故障点周期电流起始值。等值电路：解： SB=300MVA，VB=VAVSB300xG*xd S0.133000.13NxT *Vs % SB14.33000.1192100SN100360x1 x l SB1 0.32561003000.0923L*2 l VB222302x *0.130.11920.09230.3415I *E*1.083.1625x *0.3415起始暂态电流I I *I B3.16253002.3816kA3230冲击电流iimkim2I 1.822.3816
12、6.0616kA短路电流最大有效值I im1.52I 1.52 2.38163.6200kA（ 3）误差分析答：在手动短路潮流计算是近似计算， 在正常工作时负荷电流比较小， 和短路电流比起来比较小， 所以在手算潮流计算时通常将负荷电流忽略。 在等值计算时忽略负荷， 忽略线路对地支路的影响， 即线路对地电容和变压器励磁支路， 忽略线路阻抗。 而在计算机计算中， 这些因素都没有忽略， 即短路电路的阻抗就比手算潮流大，而电压是固定的，因此，计算机潮流计算结果就比手算潮流值小。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
13、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：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。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：手动计算是近似计算， 由于负荷电流远小于短路电流， 所以在等值计算时忽略负荷， 忽略线路对地支路的影响， 即线路对地电容和变压器励磁支路， 忽略线路阻抗。计算机仿真模拟各种短路运算时， 由于是考虑了整个系统中所有的情况，因此计算结果比较接近于实际情况， 计算会复杂一点。 而手动进行短路计算则对电路进行了化简， 忽略了负荷电流的影响， 这样使计算简单， 但是误差会较大。