电力系统潮流短路计算课程设计.docx

一、 设计题目：

图1 潮流计算用图
变压器T1、T2：SFL1-16000/110，（121±2×2.5﹪）/6.3，ΔPk=110kW，ΔP0=18.5kW，uk﹪=10.5，I0﹪=0.9；
变压器T3：SFL1-8000/110，（110±5﹪）/6.6，ΔPk=52kW，ΔP0=9.76kW,
uk﹪=10.5，I0﹪=1.1；
变压器T4：2×SFL1-16000/110，（110±2×2.5﹪）/10.5，ΔPk=62kW，ΔP0=11.6kW，uk﹪=10.5，I0﹪=1.1。
导线型号均为LGJ-150，参数r0=0.21Ω/km，x0=0.4Ω/km，b0=2.8×10-6S/km。
电网潮流计算
（1）计算各元件参数，画出等值电路；
（2）进行网络潮流计算；
（3）不满足供电要求，进行调压计算。
二、 题目分析：
这是一道潮流计算题，按照一般潮流计算的步骤将元件转换为等值参数，这里我们进行真实值的直接计算，并用近似计算计算。由于负载给出，线路长度已知，我们可以将如图闭环的潮流计算分解成4个开环单电源的潮流问题进行计算，并计算是否有调压的必要。
三、 潮流计算过程：
(一) 各元件参数计算：
① 120Km线路
R1=r0 l1=0.21×120Ω=25.2Ω
X1=x0 l1=0.4×120Ω=48Ω
B1=b0 l1=2.8×10-6×120S=3.36×10-4S
② 100Km线路
R2=r0 l2=0.21×100Ω=21Ω
X2=x0 l2=0.4×100Ω=40Ω
B2=b0 l2=2.8×10-6×100S=2.8×10-4S
③ 70Km线路
R3=r0 l3=0.21×70Ω=14.7Ω
X3=x0 l3=0.4×70Ω=28Ω
B3=b0 l3=2.8×10-6×70S=1.96×10-4S
④ 变压器 T1，T2
RT1=RT2=∆PkUN2SN2×103=110×1212160002×103Ω=6.188Ω
XT1=XT2=UK%UN2100SN×103=10.5×1212100×16000×103Ω=96.082Ω
∆S1=∆P0+jI0%100SN=18.5+j0.9×16000100KVA=0.0185+j0.144MVA
⑤ 变压器 T3
RT3=∆PkUN2SN2×103=52×110280002×103Ω=9.831Ω
XT3=UK%UN2100SN×103=10.5×1102100×8000×103Ω=158.813Ω
∆S3=∆P0+jI0%100SN=9.76+j1.1×8000100KVA=0.00976+j0.0088MVA
⑥ 变压器 T4
RT4=∆PkUN2SN2×103=62×1102160002×103Ω=2.93Ω
XT4=UK%UN2100SN×103=10.5×1102100×16000×103Ω=79.406Ω
∆S4=∆P0+jI0%100SN=11.6+j1.1×16000100KVA=0.0116+j0.176MVA
(二) 绘制等效电路：
(三) 功率分布计算：
1、各元件功率损耗：
① 两台T4变压器并联损耗：
ΔSo'=2ΔS0=0.232+j0.352
ΔST4=S2UN212RT4+12XT4=10.22+6.2211021.465+j34.705=0.0173+j0.468MVA
② T3变压器损耗：
ΔST3=S2UN2RT3+XT3=5.62+4.4211029.831+j158.813=0.0412+j0.666MVA
③ 100Km与70Km线路交点4 末端功率损耗
S4=∆ST4+∆SLD4+ΔSo'=0.0173+10.2+0.0232+j0.468+6.2+0.352MVA=10.2405+7.02MVA
④ 120Km与100Km线路交点3末端功率损耗
S3=∆ST3+∆SLD3+ΔS0=0.0412+0.00976+5.6+j0.666+0.088+4.4MVA=5.651+j5.154MVA
⑤ 1.4间100Km线路损耗
SLD14=717S4=71710.2405+j7.02=4.217+j2.891MVA
SLD14'=SLD14-jB22UN2=4.217+j1.197MVA
S11=SLD14'+SLD14'2UN2R2+X2-jB22UN2=4.217+j1.197+0.0333-j1.6305MVA=4.2503-j0.433MVA
⑥ 1.3间120Km线路损耗
SLD13=1022S3=10225.651+j5.154=2.569+j2.343MVA
SLD13'=SLD13-jB12UN2=2.569+j0.3102MVA
S12=SLD13'+SLD13'2UN2R1+X1-jB12UN2=2.596+j0.3102+0.0139+j0.0266-j2.0328MVA=2.61-j1.696MVA
⑦ 2.4间70Km线路损耗
SLD24=1017S4=101710.2405+j7.02=6.0238+j4.1294MVA
SLD24'=SLD24-jB42UN2=6.0238+j2.9436MVA
S21=SLD24'+SLD24'2UN2R4+X4-jB42UN2=6.0238+j2.9436+0.0546+j0.104-j1.1856MVA=6.0784+j1.862MVA
⑧ 2.3间100Km线路损耗
SLD24=1222S4=12225.651+j5.154=3.082+j2.811MVA
SLD23'=SLD23-jB32UN2=3.082+j1.1172MVA
S22=SLD23'+SLD23'2UN2R3+X3-jB32UN2=3.082+j1.1172+0.0187+j0.0355-j1.694MVA=3.101-j0.5413MVA
位置1点总损耗
S1=S11+S12=4.2503-j0.433+2.61-j1.696=6.8603-j2.129MVA
位置2点总损耗
S2=S21+S22=6.0784+j1.862+3.101-j0.5413=9.1794+j1.3207MVA
(四) 调压计算
1. 计算1.4线路上的电压值：
S11'=S11+jB22UN2=SLD14'+SLD14'2UN2R2+X2=4.2503+j1.261MVA
位置4由G1提供的电压为：
U41=U1-∆U1=U1-P11'R2+Q11'X2U1=121-4.2503×21+1.261×40121=121-1.155=119.84KV
由于119.84的输入电压大于110额定值，所以调压关系不满足。（经验证其他3路均不满足关系）
所以需要降低121KV端的输出电压 和提高110的输入额定值
T1 121±2×2.5%/6.3 的变压器取输出 121×1-5%=114.95Kv
T4 110±2×2.5%/10.5 的变压器取输入 110×1+5%=115.5Kv
调压后：
U41=U1-∆U1=U1-P11'R2+Q11'X2U1=114.95-4.2503×21+1.261×40114.95=114.95-1.155=113.73KV<115.5Kv
所以满足调压关系。经验证其他三路均满足，调压成功。
结论：
将变压器 T1，T2 置于121-2×2.5%和
将变压器 T3，T4 置于110+2×2.5%调压档可满足条件。

一、 设计题目：

（1）绘出等值网络并化简；
（2）计算各元件的标幺值，求出计算电抗；
（3）计算短路后0s、0.2s、0.5s时刻的短路电流。
二、 题目分析：
题中要求最终进行短路电流的计算，三道小题目已经给出了计算短路电流的思路，考虑到有两个短路点同时作用，需进行分解分析，F1发生三相短路，只有火电厂的发电机对其有作用。F2点发生短路，水电厂的所有发电机，火电厂单台发电机还有无穷大电源对其产生影响，由于无穷大系统距离短路点较远，所以产生的影响在下面计算忽略不计。

二、短路计算过程：
取Sd=100MVA Ud=Uav
(一) 各元件电抗的标幺值：
① 发电机
G1，G2: X1=X2=0.141×10080=0.176
G3，G4: X3=X4=0.14×10060=0.233
G5，G6: X5=X6=0.142×100100=0.142
② 变压器
T1，T2: X7=X8=10.5100×10090=0.117
T3，T4: X9=X10=10.5100×10063=0.167
T5，T6: X11=X12=10.5100×100120=0.0875
③ 线路
L1 : X13=0.44×160×1001152=0.532
L2 : X14=0.44×80×1001152=0.266
L3 : X15=0.44×110×1001152=0.366
④ 电抗器
X16=XL%100×UN3IN×SdUd2=0.07×103×1.5×1006.32=0.679
(二) 绘制等效电路图

(三) 化简等效电路图

X17=12X1+X8+X14=120.176+0.117+0.266=0.413
X18=12X5+X11+X15=120.0875+0.142+0.366=0.481
X19=X9+X3=0.167+0.233=0.4

X20=X3+X16=0.912
X21=X4=0.233
(四) 计算各电源电抗：
f2 G1.2: Xc1=0.413×80×2100=0.661
G3 : Xc2=0.4×60100=0.24
G5.6 : Xc3=0.481×100×2100=0.961
f1 G3 : Xc4=0.912×60100=0.547
G4 : Xc5=0.233×60100=0.140
(五) 查计算曲线数字表，求电流周期分量的标幺值
f2点短路计算结果：
短路计算时间
电流值
提供短路电流的机组
短路点总电流KA
G1.20.661
G30.24
G5.60.967
0
标幺值
1.633
4.526
1.105
4.006
有名值
1.312
1.363
1.331
0.2
标幺值
1.530
3.286
1.090
3.532
有名值
1.229
0.990
1.313
0.5
标幺值
1.632
2.816
1.145
3.539
有名值
1.311
0.848
1.380
(六) 计算短路电流的有名值
归算至短路点电压级的各等值电源的额定电流和基准电流
IN1∥2=IN1+IN2=2×803×115=0.833KA
IN3=603×115=0.3012KA
IN5∥6=IN5+I6=2×1203×115=1.2049KA
基准电流：Id115=1003×115=0.3012KA
f1点短路计算结果：
短路计算时间
电流值
提供短路电流的机组
短路点总电流
G30.547
G40.14
0
标幺值
1.913
7.718
2.901
有名值
0.576
2.325
0.2
标幺值
1.665
4.878
1.910
有名值
0.501
1.469
0.5
标幺值
1.581
3.829
1.629
有名值
0.476
1.153
归算至短路点电压级的各等值电源的额定电流
IN3=IN3=603×115=0.3012KA
四、 结论（期间工作）
ü 对两道题目分别进行分析，在演草纸上进行演算。与同学探讨做题思路、方法，初步得出几轮。
ü 计算机运用Word输入公式，计算结果，应用AutoCad绘制等值电路图，输出图文文件，插入Word文档。
ü 增加文字叙述，排版校对，打印出稿。
参考资料
1、熊信银、张步涵编.电力系统工程基础.华中科技大学出版社,2008.2
2、水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册.中国电力出版社，1989.12
3、韩学山、张文编.电力系统工程基础.机械工业出版社,2003.2

五、 内容扩展
n 系统的发展过程
4 输电技术全部发展史的特征便是不断地提高线路电压。
4 早期的电力系统线损很大，为了降低线损，必须增加导线截面积和提高线电压，增加导线截面积势必增加导线材料及成本，而提高线路电压相对较为经济
4 提高线路电压与线路的绝缘有着密切的关系。随后线路的绝缘成为输电发展的制约因素
4 针式绝缘子所能达到的极限电压为80kV，1906年悬式绝缘子的发明使线路电压提高到110~120kV。这样高的电压当导线截面不够大时会剧烈增加电晕损耗，从而导致钢芯铝线的应用。此时线电压可以提高到150kV
n 我国电压等级的标准
4 除我国规定的交流额定电压等级外，现在正在研究增设1000kV特高压电压等级
4 直流输电目前还无标准电压等级，我国已投入运行的直流电压为±500kV，正在建设的有±800kV，正在研究中的有直流±1000kV
4 所有连接于电力网中的用电设备均用交流电源
n 直流输电
4 我国负荷与能源分布的矛盾造成了电能需要远距离传送
4 当前我国的现实任务是提高500kV送电线路的输送能力，当电网的电压等级更高，距离超过300km时，则属于超高压长距离输电网
4 超高压长距离输电在稳定控制、参数补偿及快速继电保护方面都提出了新的要求
n 超高压交流输电的特点
4 保持同步发电机并列运行的稳定性成为突出问题。300km以上线路受制于静态稳定的限制。500kV线路故障时，先是电压下降，而后电压崩溃，然后两侧电势间功角增大失去稳定。
4 解决无功功率流动及电压调节问题比较困难，如空载时受端电压太高，无功补偿对输送容量起重要作用
4 内部过电压的影响大于大气过电压
4 电晕现象严重
4 对通讯线路的危险影响和对无线电干扰较重
n 直流输电的主要优点
4 导线电流密度相同的情况下，输送同样的功率三相交流输电需三根导线，而直流输电仅需两根导线（一根线故障时还可暂时用大地或海水作回路继续送电）。在导线截面、电流密度及绝缘水平相同的条件下，直流线路和交流线路传送的有功功率基本相同，而线路功率损耗减少大约。因而直流输电节省有色金属、钢材及绝缘子等。
4 交流输电的主要间题之一是稳定性间题，直流输电不存在稳定性间题，与交流输电线路并列运行时还能提高交流系统的稳定性。
4 直流输电传输的功率容易调节，而且调节速度快
n 直流输电的主要缺点是换流站的投资大，当输电距离足够长，直流线路的节约克服了换流站的价格，换流站增加的这部分投资可因线路投资小而得到补偿时，直流输电的增量价格才低于交流输电。