【正文】 信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文） 1 信息工程系 20212021 學(xué)年度下學(xué)期電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì) 電力系統(tǒng)短路故障的計(jì)算機(jī) 算法程序設(shè)計(jì) 姓 名 學(xué) 號(hào) 班 級(jí) K0309414 指導(dǎo)教師 鐘建偉 信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文） 2 信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 成 績(jī) 設(shè)計(jì)題目 電力系統(tǒng)短路故障的計(jì)算機(jī)算法程序設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容 電力系統(tǒng)故障的計(jì)算程序設(shè)計(jì)及編制和調(diào)試。 1．計(jì)算機(jī)計(jì)算原理 2．電力系統(tǒng)短路計(jì)算計(jì)算機(jī)算法 （ 1）對(duì)稱(chēng)短路計(jì)算 （ 2）簡(jiǎn)單不對(duì)稱(chēng)短路計(jì)算 設(shè) 計(jì) 要 求 1．在對(duì)稱(chēng)短路計(jì)算、簡(jiǎn)單不對(duì)稱(chēng)短路計(jì)算中任選一種計(jì)算作為計(jì)算作業(yè)。 2．計(jì)算機(jī)語(yǔ)言自選。 3．設(shè)計(jì)、編制、調(diào)試出相關(guān)的通用計(jì)算程序。 4．輸入／輸出數(shù)據(jù)一律以文件格式形成。 （ 1）對(duì)稱(chēng)短路計(jì)算的輸入／輸出數(shù)據(jù) （ 2）簡(jiǎn)單不對(duì)稱(chēng)短路計(jì)算的輸入／輸出數(shù)據(jù) 5．要求計(jì)算的題目 （ 1）采用所編制的程序進(jìn)行《電力系統(tǒng)分析》例 63題，習(xí)題 6 611對(duì)稱(chēng)短路計(jì)算； 時(shí) 間 安 排 周一：分析短路計(jì)算的原因、類(lèi)型、后果。 周二：電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算。 周三：畫(huà)出程序流程圖。 周四：寫(xiě)出程序。 周五 :實(shí)例計(jì)算。 參 考 資 料 （ 1）《電力系統(tǒng)分析》（上冊(cè)） 華中科技大學(xué)出版社 何仰贊 （ 2）《電力系統(tǒng)故障的計(jì)算機(jī)輔助分析》 重慶大學(xué)出版社 米麟書(shū)等 （ 3）《電力系統(tǒng)故障分析》 清華大學(xué)出版社 周榮光 （ 4）《短路電流實(shí)用計(jì)算方法》 電力工業(yè)出版社 西安交通大學(xué)等 （ 5）《電網(wǎng)計(jì)算與程序設(shè)計(jì)》 湖南科學(xué)技術(shù)出版社 周作仁等 （ 6）《電力系統(tǒng)計(jì)算》 水利電力出版社 周孝信等 （ 7）《電力系統(tǒng)計(jì)算》 水利電力出版社 西安交通大學(xué)等 信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文） 3 電力系統(tǒng)短路故障的計(jì)算機(jī)算法程序設(shè)計(jì) 目錄 1前言………………………………………………………………………………… 4 短路的原因…………………………………………………………………… 4 短路的類(lèi)型…………………………………………………………………… 4 短路計(jì)算的目的…………………………………………………………… … 4 短路的后果…………………………………………………………………… 5 2電力系統(tǒng)三相短路電流計(jì)算……………………………………………………… 6 電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的原始參數(shù)…………………………………………………… 6 制定等值網(wǎng)絡(luò)及參數(shù)計(jì)算…………………………………………………… 6 標(biāo)幺制的概念…………………………………………………………… 6 有三級(jí)電壓的的網(wǎng)絡(luò)中各元件參數(shù)標(biāo)幺值的計(jì)算…………………… 7 計(jì)算各元件的電抗標(biāo)幺值……………………………………………… 7 系統(tǒng)的等值網(wǎng)絡(luò)圖…………………………………………………… 10 3程序設(shè)計(jì)………………………………………………………………………… 11 主流程圖………………………………………………………………… 11 詳細(xì)流程圖……………………………………………………………… 12 創(chuàng)建系統(tǒng)流程圖…………………………………………………… 12 加載系統(tǒng)函數(shù)流程圖……………………………………………… 13 計(jì)算子函數(shù)流程圖………………………………………………… 14 改變短路點(diǎn)流程圖………………………………………………… 15 數(shù)據(jù)及變量說(shuō)明………………………………………………………… 15 程序代碼及注釋………………………………………………………… 16 測(cè)試?yán)印? 17 4結(jié)論……………………………………………………………………………… 23 5參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………… 24 信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文） 4 1 前言 因?yàn)樗鼈儠?huì)破壞對(duì)用戶的供電和電氣設(shè)備的正常工作 ，而 且還可能對(duì)人生命財(cái)產(chǎn)產(chǎn)生威脅 。從在電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，都必須考慮到可能發(fā)生的故障和不正常運(yùn)行 的 情況，電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況看，這些故障 絕大多數(shù) 多數(shù)是由短路引起的，因此除了對(duì)電力系統(tǒng)的短路故障有一較深刻的認(rèn)識(shí)外，還必須熟練掌握電力系統(tǒng)的短路計(jì)算。 短路是電力系統(tǒng)的嚴(yán)重故障。所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或相與地（對(duì)于中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)）發(fā)生通路的情況。 短路的原因 產(chǎn)生短路的原因很多，主要有如下幾個(gè)方面：（ 1）元件損壞，例如絕緣材料的自然老化、設(shè)計(jì)、安裝及維護(hù)不良所帶來(lái)的設(shè)備缺陷發(fā)展成短路等； （ 2）氣象條件惡劣，例如雷擊造成的網(wǎng)絡(luò)放電或避雷器動(dòng)作，架空線路由于大風(fēng)或?qū)Ь€覆冰引起電桿倒塌等；（ 3）違規(guī)操作，例如運(yùn)行人員帶負(fù)荷拉閘，線路或設(shè)備檢修后未拆除接地線就加上電壓等；（ 4）其他，如挖溝損傷電纜，鳥(niǎo)獸跨接在裸露的載流部分等。 短路的類(lèi)型 在三相系統(tǒng)中，可能發(fā)生的短路有：三相短路、兩相短路、兩相短路接地和單相接地短路。三相短路也稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)短路，系統(tǒng)各項(xiàng)與正常運(yùn)行時(shí)一樣仍處于對(duì)稱(chēng)狀態(tài)。其他類(lèi)型的短路都是不對(duì)稱(chēng)短路。 電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在各種類(lèi)型的短路中，單相短路占大多數(shù)，兩相短路 較少，三相短路的機(jī)會(huì)最少。三相短路雖然很少發(fā)生，但情況較嚴(yán)重，應(yīng)給予足夠的重視。況且，從短路計(jì)算方法來(lái)看，一切不對(duì)稱(chēng)短路的計(jì)算，在采用對(duì)稱(chēng)分量法后，都?xì)w結(jié)為對(duì)稱(chēng)短路的計(jì)算。因此，對(duì)三相短路的的研究是具有重要意義的。 短路計(jì)算的目的 在電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和電氣設(shè)備的運(yùn)行中，短路計(jì)算是解決一系列問(wèn)題的不可缺少的基本計(jì)算，這些問(wèn)題主要是： （ 1） 選擇有足夠機(jī)械穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度的電氣設(shè)備，例如斷路器、互感器、瓷瓶、母線、電纜等，必須以短路計(jì)算作為依據(jù)。這里包括計(jì)算沖擊電流以校驗(yàn)設(shè)備的電動(dòng)力穩(wěn)定度；計(jì)算若干時(shí)刻的 短路電流周期分量以校驗(yàn)設(shè)備的熱穩(wěn)定度；計(jì)算指定時(shí)刻的短路電流有效值以校驗(yàn)斷路器的斷流能力等。 （ 2） 為了合理地配置各種繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置并確定其參數(shù)，必須對(duì)電力網(wǎng)中發(fā)生的各種短路進(jìn)行計(jì)算和分析。在這些計(jì)算中不但要知道故障支路中的電流值，還必須知道電流在網(wǎng)絡(luò)中的分布情況。有時(shí)還要知道系統(tǒng)中某些節(jié)點(diǎn)的電壓值。 （ 3） 在設(shè)計(jì)和選擇發(fā)電廠和電力系統(tǒng)主接線時(shí)，為了比較各種不同方案的接線圖，確定是否需要采取限制短路電流的措施等，都要進(jìn)行必要的短路電流計(jì)算。 （ 4）進(jìn)行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算，研究短 路對(duì)用戶工作的影響等，也含有一部分短路計(jì)算的內(nèi)容 信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文） 5 此外，確定輸電線路對(duì)通訊的干擾，對(duì)已發(fā)生故障進(jìn)行分析，都必須進(jìn)行短路計(jì)算。 在實(shí)際工作中，根據(jù)一定的任務(wù)進(jìn)行短路計(jì)算時(shí)，必須首先確定計(jì)算條件。所謂計(jì)算條件，一般包括，短路發(fā)生時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行方式，短路的類(lèi)型好發(fā)生的地點(diǎn)，以及短路發(fā)生后所采取的措施等。從短路計(jì)算的角度來(lái)看，系統(tǒng)運(yùn)行方式指的是系統(tǒng)中投入運(yùn)行的發(fā)電、變電、輸電、用電的設(shè)備的多少以及它們之間相互聯(lián)接的情況，計(jì)算不對(duì)稱(chēng)短路時(shí)，還包括中性點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)于不同的計(jì)算目的，所采用的計(jì)算條件是不同的。 短路的后果 隨著短路類(lèi)型、發(fā)生地點(diǎn)和持續(xù)時(shí)間的不同，短路的后果可能指破壞局部地區(qū)的正常供電，也可能威脅整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。短路的危險(xiǎn)后果一般有以下的幾個(gè)方面： （ 1）短路故障使短路點(diǎn)附近的支路中出現(xiàn)比正常值大許多倍的電流，由于短路電流的電動(dòng)力效應(yīng)，導(dǎo)體間將產(chǎn)生很大的機(jī)械應(yīng)力，可能使導(dǎo)體和它們的支架遭到破壞。 （ 2）短路電流使設(shè)備發(fā)熱增加，短路持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，設(shè)備可能過(guò)熱以致?lián)p壞。 （ 3）短路時(shí)系統(tǒng)電壓大幅度下降，對(duì)用戶影響很大。系統(tǒng)中最主要的電力負(fù)荷是異步電動(dòng)機(jī)，它的電磁轉(zhuǎn)矩同端電壓的平方成正比，電壓下降 時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩顯著減小，轉(zhuǎn)速隨之下降。當(dāng)電壓大幅度下降時(shí)，電動(dòng)機(jī)甚至可能停轉(zhuǎn)，造成產(chǎn)品報(bào)廢，設(shè)備損壞等嚴(yán)重后果。 （ 4）當(dāng)短路發(fā)生地點(diǎn)離電源不遠(yuǎn)而持續(xù)時(shí)間又較長(zhǎng)時(shí)，并列運(yùn)行的發(fā)電廠可能失去同步，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定，造成大片地區(qū)停電。這是短路故障最嚴(yán)重后果。 （ 5）發(fā)生不對(duì)稱(chēng)短路時(shí)，不平衡電流能產(chǎn)生足夠的磁通在鄰近的電路內(nèi)感應(yīng)出很大的電動(dòng)勢(shì)，這對(duì)于架設(shè)在高壓電力線附近的通訊線路或鐵道訊號(hào)系統(tǒng)等會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。 信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文） 6 2 電力系統(tǒng)三相短路電流計(jì)算 電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的原始參數(shù) ～S1～S22 3 0 k V3 4 5 k Vf2f1～G1～G2～G3T4T1 T2T3f3L1L3L21 5 .7 5 k V 圖 電力系 統(tǒng)接線圖 電力系統(tǒng)接線如上圖所示。 S1 ， S2 為無(wú)窮大電源系統(tǒng)，電抗為零。 發(fā)電機(jī) G1 G2 為汽輪發(fā)電機(jī)，每臺(tái) 400MVA， xd‘’ =，負(fù)序電抗 x2 =； 發(fā)電機(jī) G3 為水輪發(fā)電機(jī)， 280MVA， xd‘’ =，負(fù)序電抗 x2 =； 變壓器 T1 、 T2 ，每臺(tái) 410MVA， Vs %=， x0 ≈x 1 ； T3變壓器， 260MVA， Vs %=， x0 ≈x 1 ； T4變壓器， 360MVA， Vs %=， x0 ≈x 1 ； L1 線路， 180km， x1 =， x0 ≈3x 1 ； L2 線路， 220km， x1 =， x0 ≈3x 1 ； L3 線路， 95km， x1 =， x0 ≈3x 1 ； 制定等值網(wǎng)絡(luò)及參數(shù)計(jì)算 標(biāo)幺制的概念 信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文） 7 在一般的電路計(jì)算中，電壓、電流、功率和阻抗的單位分別用 V， A， W， Ω 表示，這種用實(shí)際有名單位表示物理量的方法稱(chēng)為有名單位制。在電力系統(tǒng)計(jì)算中，還廣泛的使用標(biāo)幺制。標(biāo)幺制是相對(duì)單位制的一種，在標(biāo)幺制中各物理量都用標(biāo)幺值表示。標(biāo)幺值定義由下式給出： 標(biāo)幺值 =位）基準(zhǔn)值（與有名值同單 ）實(shí)際有名值（任意單位 （ 21） 由此可見(jiàn)，標(biāo)幺值是一個(gè)沒(méi)有量綱的數(shù)值，對(duì)于同一個(gè)實(shí)際的有名值，基準(zhǔn)值選得不同，其標(biāo)幺值也就不同。因此，當(dāng)我們說(shuō)明一個(gè)量的標(biāo)幺值時(shí)，必須同時(shí)說(shuō)明它的基準(zhǔn)值，否則，標(biāo)幺值的意義是不明確的。 當(dāng)選定電壓、電流、功率和阻抗的基準(zhǔn)值分別為 BV ,BI , BS 和 BZ 時(shí)，相應(yīng)的標(biāo)幺值如下： ? ?*** * ** * *22BBB B B BB B B BVVVIIIS P jQ P QS j P jQS S S SZ R jX R XZ j R jXZ Z Z Z?? ???? ????? ?? ? ? ? ? ???? ?? ? ? ? ? ??? ? ?22? 標(biāo)幺值的選擇 在電力系統(tǒng)分析中，主要涉及對(duì)稱(chēng)三相電路計(jì)算。計(jì)算時(shí)習(xí)慣上多采用線電壓 V，線電流 I，三相功率 S和一相等值阻抗 Z，各物理量之間存在下列關(guān)系： ?????????SVP PVISZIV3333 （ 2） 同單相電路一樣，應(yīng)使各量基準(zhǔn)值之間的關(guān)系與其有名值間的關(guān)系具有相同的方程式： ????????????? SIVIVS VIZVBPBBPBBBBPBBB33333 (3) 選擇在標(biāo)幺制中便有： ????????? SIVS VIZVPP******** (4) 由此可見(jiàn)，在標(biāo)幺制中，三相電路的計(jì)算公式與單相電路的計(jì)算公式完全相同，線電壓和相電壓的標(biāo)幺值相等，三相功率和單相功率的標(biāo)幺值相等。在選擇基準(zhǔn)值時(shí)，習(xí)慣上也只信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文） 8 選 VB和 SB 。由此得： SVIVZ BBBBB23 ?? VSIBBB 3? 這樣，電流和阻抗的標(biāo)幺值則為： ???????????????VSVSxRZZSVIIBBBBBBBBjxRjjxRII22****3(5) 采用標(biāo)幺值進(jìn)行計(jì)算，所得結(jié)果最后還要換算成有名值，其換算公式為： ????????????