电力系统故障分析

电力系统故障分析

1 故障基础知识

电力系统的故障一般分为简单故障和各种复杂故障。简单故障是指电力系统正常运行时某一处发生短路或断线故障的情况，其又可分为短路故障（横向故障）和断线故障（纵向故障），而复杂故障则是指两个或两个以上简单故障的组合。短路故障有4种类型：三相短路（(3)K ）、两相短路（(2)K ）、单相接地短路（(1)K ）和两相短路接地（(1.1)K ）；断线故障分为一相断线和两相断线。其中发生单相接地短路故障的概率最高，占65%。在本次设计中，对这六种故障都进行了建模仿真，由于单相接地短路故障发生的几率最高，因此本文将该故障作为典型例子来分析建模仿真过程。

2 单相短路接地故障分析

假设系统短路前空载，短路模拟图如图1所示。

图1 单相接地短路

当系统中的f 点发生单相（A 相）直接短路接地故障时，其短路点的边界条件为A 相在短路点f 的对地电压为零，B 相和C 相从短路点流出的电流为零，即：

00fA fB fC U I I ===

将式子（1）转换成各个序分量之间的关系。对于0fA U =，有如下关系：

(1)(2)(0)0fA fA fA fA U U U U =++=

根据0fB fC I I ==可以得出：

2(1)2(2)(0)1111033

1110fA fA fA fA fA fA fA I I a

a I I a

a I I I ⎡⎤⎡⎤

⎡⎤

⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥==⎢⎥⎢⎥

⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦

于是，单相短路接地时，用序分量表示的边界条件为：

(1)(2)(0)(1)(2)(0)0

fA fA fA fA fA fA fA U U U U I I I ⎧=++=⎪⎨==⎪⎩

(1) (2) (3)

由边界条件组成复合序网（复合序网是指在短路端口按照用序分量表示的边界条件，将正序、负序和零序三个序网相互连接而成的等值网络）从A 相短路接地的序分量边界条件式（3）可见，它相当于三序序网的端头进行串联，如图2所示

图2 单相接地短路复合序网

复合序网直观地表达了不对称短路故障的地点和类型，对复合序网进行分析计算，可以解出短路点处的各序电压，电流分量，如下：

（1）电流分量

序电流分量为 ： 00(1)(2)(0)(1)(2)(0)fA fA fA fA fA U U I I I Z Z Z Z ∑∑∑====++∑ 三相电流为：

(1)033/0fA fA fA fB fC I I U Z I I ⎧==∑⎪⎨==⎪⎩

（2）电压分量

序电压分量为：

(1)(1)(1)(2)(0)00(2)(2)0(0)(0)0()/fA fA fA fA fA fA fA fA U U I Z U Z Z Z Z U U Z

Z U U Z

∑∑∑∑∑⎧⎡⎤=-=+∑⎪⎣⎦

⎪⎪=-⎨∑⎪⎪=-⎪∑⎩

三相电压为：

(4) (5) (6) ()()()()(1)(2)(0)2

22(1)(2)(0)(2)(2)(1)

22

(1)(2)(0)(2)(2)(1)

11fA fA fA fA fB fA fA fA fA fC fA fA fA fA U U U U U a U aU U a a Z a Z I U aU a U U a a Z a Z I ∑∑∑∑⎧=++=⎪⎪⎡

⎤=++=-+-⎨⎣⎦⎪⎡⎤⎪

=++=-+-⎣⎦⎩(7)