单电源系统金属性不对称短路时序电压分布图分析

都小利;马娟;田彦;赵庆华;秦晓佳

【摘 要】文章从各种金属性短路时故障点各序电压的求法出发,对各序电压分布图进行详细分析,便于大家对各序电压的分布规律有更好的理解和应用. 【期刊名称】《安徽水利水电职业技术学院学报》 【年(卷),期】2017(017)002 【总页数】4页(P30-33)

【关键词】单电源系统;不对称短路;各序电压 【作 者】都小利;马娟;田彦;赵庆华;秦晓佳

【作者单位】安徽电气工程职业技术学院,安徽合肥230051;国网安徽省电力公司培训中心,安徽合肥230022;安徽电气工程职业技术学院,安徽合肥230051;国网安徽省电力公司培训中心,安徽合肥230022;安徽电气工程职业技术学院,安徽合肥230051;国网安徽省电力公司培训中心,安徽合肥230022;安徽电气工程职业技术学院,安徽合肥230051;国网安徽省电力公司培训中心,安徽合肥230022;安徽电气工程职业技术学院,安徽合肥230051;国网安徽省电力公司培训中心,安徽合肥230022

【正文语种】中 文 【中图分类】TM711

在继电保护进行整定计算或者故障波形分析时,不仅需要知道故障点的电压,往往还需要知道非故障点的电压,尤其是保护安装处的各相电压情况。在很多参考资料中,

都直接给出了单电源系统发生各种金属性短路时各序电压分布图,但并没对该图的由来做过多的说明,本文主要从正序、负序和零序电压的计算出发,进而得出单电源系统发生各种金属性短路时各序电压分布规律。

根据电力系统故障分析知识,我们知道不对称短路故障进行分析时主要采用对称分量法,即先通过复合序网图求出故障点的各序电压,再按照各自的序等值电路计算出系统中其他节点的各序电压,最后结合对称分量法将所求得的各序电压量进行合成,得出系统中非故障处的各相电压。

如图1所示单电源系统,在K点发生各种不对称金属性短路,文章以此系统为例分别分析在单相接地短路、两相短路和两相接地短路下的正序、负序和零序电压分布情况。

单电源系统发生各种不对称金属性短路时各序电压的分布如图2所示。

由图1所示系统可得出在K点发生故障时正序、负序和零序网络图,如图3所示。其中,Zk1、Zk2、Zk0分别为母线M处至故障点K之间的各序阻抗;ZS1、ZS2、ZS0分别为电源的各序阻抗。

当系统和故障点确定后,该系统的正序、负序和零序等值网络图就可以确定了,只是在不同故障类型时各序网络的连接关系即复合序网图不同而已。本文分析前提假定Z1Σ=Z2Σ,Z0Σ>Z1Σ,其中Z1Σ、Z2Σ、Z0Σ分别为正序、负序和零序网络的等值综合阻抗。

母线M处的正序电压为: 由式(1)得

根据式(2)可知,当故障点确定后,不同短路类型时正序电压的分布,决定于不同短路类型下正序电流和故障点的正序电压。 2.1 单相接地短路

单相接地短路时的复合序网图是正序、负序和零序网络串联连接的关系,根据电路

知识,可得出故障点的正序电流和正序电压分别如式(3)和式(4)所示。 2.2 两相短路

两相短路时的复合序网图是正序、负序网络并联连接的关系,不存在零序网络,同样由电路知识,可得出故障点的正序电流和正序电压分别如式(5)和式(6)所示。 2.3 两相接地短路

两相接地短路时的复合序网图是正序、负序和零序网络并联连接的关系,根据电路知识,可得出故障点的正序电流和正序电压分别如式(7)和式(8)所示。

比较式(3)、(5)、(7)可得出,再结合式(2)得出两相接地短路故障时正序电压下降最厉害,单相接地短路故障时正序电压下降最缓慢,两相短路故障时处于前两者中间;比较式(4)、(6)、(8)可得出,即单相接地短路时故障点的正序电压最大,两相接地短路时故障点的正序电压最小,两相接地短路时处于前两者中间。

因此,在绘制各种不对称短路时正序电压分布图,可得:① 在电源处正序电压都相等,即起点相同,随着与故障点的接近,正序电压将逐渐降低;② 发电机和变压器是高阻抗,故在这2段里正序电压下降的多;③ 从母线到故障点这一段,单相接地短路时下降的最缓慢,两相短路时下降程度次之,两相接地短路时下降最快。

由于负序网络是无源网络,根据图2(b)可得,母线M处的负序电压计算公式为 或

则由式(10)可得出,故障点的负序电压最高,远离故障点负序电压逐渐降低,直至发电机中性点降低为0。根据式(10)还可得出不同类型短路故障时负序电压的大小关系与负序电流的大小关系一致。 3.1 单相接地短路

单相接地短路时,故障点的正序电流和负序电流是相等的,则故障点的负序电流和负序电压为

由本文假定前提条件Z1Σ=Z2Σ,可得

3.2 两相短路

两相短路时,故障点的正序电流和负序电流大小相等,相位相反;正序电压等于负序电压,则可得出 3.3 两相接地短路

两相接地短路时的等值电路是负序综合阻抗和零序综合阻抗并联以后再与正序综合阻抗串联的关系,故可得出故障点的负序电流和负序电压分别为

综合比较式(11)、(13)和(15)可得出,两相短路时负序电流绝对值最大,即两相短路时负序电压下降程度最大,单相接地短路和两相接地短路时负序电压下降相对缓慢些,具体大小与Z0Σ和Z1Σ的值有关,由于本文假定Z0Σ>Z1Σ,所以可得两相接地短路时负序电流的绝对值大于单相接地短路时的负序电流,即单相接地短路时负序电压下降最缓慢,两相接地短路次之。

与负序网络一样,零序网络也是无源网络,故零序电压的大小关系类同于负序电压,即零序电压大小关系也是与零序电流的大小关系相一致。并且对于两相短路,复合序网并不包括零序网络,即在两相短路中不存在零序电压的分布关系。因此,只需比较单相接地故障和两相接地故障时零序电流大小关系即可,其计算公式分别如式(17)和(18)所示。

由于本文假定Z0Σ>Z1Σ,可得出,即单相接地短路故障时零序电压下降幅度大;并且由于本文系统中主变是Y,d接线,所以零序电压经过变压器三角形侧后不能传输到外电路中,即零序电压则到变压器三角形侧的出线端处降至为0。

综合上述分析,可得出不对称短路时各序电压分布规律为:正序电压故障点处最低,远离故障点逐渐升高,直至电源处为正常电源电压;下降程度两相接地短路最快,单相接地短路最缓慢,两相短路处于两者中间;故障点处单相接地短路起点最高,两相接地短路最低,两相短路处于两者中间;负序和零序电压故障点处最高,远离故障点逐渐降低,负序电压在电源处降低为0,零序电压在变压器三角形侧出线处降低为0;在故障点

处两相短路的负序电压与正序电压起点一致,单相接地短路负序电压低于零序电压,两相接地短路的负序电压与零序、正序电压地点相同。

【相关文献】

[1] 刘万顺，电力系统故障分析[M]，北京：中国电力出版社，2008．

[2] 吴义纯,严 波，电力网故障分析基础[M]，合肥：合肥工业大学出版社，2014．

[3] 王晓兰,鲜 龙,包广清, 张晓英, 马呈霞. 不对称电网故障下的正序电压分量补偿法[J]. 电气传动，2015，45(2)：63-68．

[4] 郑国华，张 丽，电力系统电压的不平衡度讨论[J]，交通运输工程与信息学报，2005，(4)：46-49．

[5] 刘义成, 张学广，景 卉，等.电网电压正负序分量快速检测算法[J]，电工技术学报，2011，26(9)：217-222．

[6] 刘宝稳，王崇林，李晓波.不对称电网不完全接地故障零序电压轨迹及应用[J]，中国电机工程学报，2014，(28)：4959-4967．