第12章 電力系統(tǒng)故

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,第,12,章 電力系統(tǒng)故障分析的計(jì)算機(jī)方法,12.1,電力系統(tǒng)故障分析常規(guī)方法的原理,12.2,規(guī)范化的計(jì)算機(jī)故障分析計(jì)算方法,12.1,電力系統(tǒng)故障分析常規(guī)方法的原理,故障分析的主要目的是通過數(shù)值仿真的方法來研究各種故障對(duì)電力系統(tǒng)的影響，主要用于繼電保護(hù)定值整定計(jì)算和在線校核，也用于斷路器遮斷容量的計(jì)算。,故障分析中的關(guān)鍵步驟是要計(jì)算出故障端口處的電量。研究故障端口處的電流電壓，可從故障端口處將電力網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行戴維南等值，然后用等值系統(tǒng)和故障電路連接。,如圖,12.2,，（,a,）圖中故障端口左側(cè)的有源電力網(wǎng)

2、只在故障端口處和故障電路相連。電力網(wǎng)絡(luò)模型用節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣,Z,描述，端口處電壓為 ，故障電流為 ，故障電路用 表示。將故障電流 用一個(gè)等值電流源代替，如圖,12.2,（,b,），并利用疊加定理變換成圖,12.2,（,c,）和（,d,）的疊加。,圖,12.2,故障分析計(jì)算過程說明,（,a,）故障后電力系統(tǒng)；（,b,）故障電路用電流源模擬；（,c,）系統(tǒng)內(nèi)電源單獨(dú)作用的結(jié)果；（,d,）故障電流單獨(dú)作用的結(jié)果；（,e,）圖（,a,）的電力系統(tǒng)用戴維南等值電路代替；（,f,）將圖（,e,）的戴維南等值變成諾頓等值,圖,12.2,（,c,）是故障電路開路時(shí)由電力網(wǎng)內(nèi)部電源作用的結(jié)果，由故障前運(yùn)行狀態(tài)決定

3、。圖,12.2,（,d,）是電力網(wǎng)內(nèi)部電壓源短路，電流源開路，由故障電流 單獨(dú)作用的結(jié)果。故障后電網(wǎng)內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)的電壓由這兩部分電壓的疊加求得。只要求出 ，就可計(jì)算出故障后全系統(tǒng)內(nèi)部的各節(jié)點(diǎn)電壓。,在圖,12.2,（,e,）中，電力網(wǎng)絡(luò)的戴維南等值電路的內(nèi)電動(dòng)勢(shì) 即是故障端口的開路電壓，等值阻抗即故障端口向電力網(wǎng)看進(jìn)去的端口阻抗矩陣 ，其階次和端口數(shù)相等。端口可以是面向節(jié)點(diǎn)的（對(duì)橫向故障），也可以是面向支路的（對(duì)總縱向故障）。,將電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的戴維南等值變成諾頓等值，如圖,12.2,（,f,）所示。,式中，,I,為單位矩陣。故障端口電流為,由于故障后的網(wǎng)絡(luò)解是圖,12.2,（,c,）和,(d),

4、的疊加，則故障后系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓為：,其中，為圖,12.2,（,c,）的解，由故障前系統(tǒng)的潮流情況決定，是已知的；節(jié)點(diǎn)電壓 代表了故障后的故障電量，是故障電流作用在節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣,Z,描述的無源網(wǎng)絡(luò)上的結(jié)果。,令 為節(jié)點(diǎn),-,端口關(guān)聯(lián)矩陣，它的每一列和一個(gè)故障端口的關(guān)聯(lián)矢量相對(duì)應(yīng)。對(duì)橫向故障，相應(yīng)的關(guān)聯(lián)矢量只在故障節(jié)點(diǎn)處有一個(gè)非零元素,1,，其余都是零元素；對(duì)縱向故障，相應(yīng)的關(guān)聯(lián)矢量在斷線開口的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)上分別有非零元素,1,和,-1,，其余為零元素。如果是單重故障，只有一個(gè)故障端口，則 是列矢量。,圖,12.2,（,d,）中，規(guī)定注入節(jié)點(diǎn)的電流為正。電流源在原網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)電壓就是式（,12-4,

5、）中的故障分量 ，則,故障后系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓為：,總結(jié)以上計(jì)算過程，主要由以下三步組成：,（,1,）將故障前網(wǎng)絡(luò)等值到由故障類型確定的故障端口?？梢韵冗M(jìn)行戴維南等值，然后再轉(zhuǎn)換成諾頓等值。,（,2,）將諾頓等值電路和故障電路在故障端口處連接，求解式（,12-3,）得到故障端口處的故障電流。,（,3,）利用故障電流計(jì)算全網(wǎng)其他節(jié)點(diǎn)的故障電量，并與圖,12.2,（,c,）中的正常分量疊加，最后計(jì)算全網(wǎng)各支路電流。,常規(guī)方法的,缺點(diǎn),是，當(dāng)線路中間發(fā)生故障時(shí)，要對(duì)原網(wǎng)絡(luò)修正，增加節(jié)點(diǎn)，處理起來顯得復(fù)雜和麻煩。,12.2,規(guī)范化的計(jì)算機(jī)故障分析計(jì)算方法,12.2.1,基本思想,任何故障都可看作是一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)

6、構(gòu)的變更。把故障影響的元件劃分為一組，它們對(duì)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的貢獻(xiàn)用矩陣,y,表示，把這組元件從電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中分離出來。為了保持原電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不變，可以通過并聯(lián)負(fù)阻抗支路,-y,的辦法模擬這組元件的移出。如圖,12.5,所示，和 是故障前電力系統(tǒng)的多端口諾頓等值參數(shù)。,受故障影響的這組元件對(duì)節(jié)電導(dǎo)納矩陣的貢獻(xiàn)是 ，當(dāng) 時(shí)，右側(cè)總導(dǎo)納為零，表示沒有故障發(fā)生。,軸線左側(cè)是故障前電力系統(tǒng)模型，它不受故障發(fā)生與否的影響；軸線右側(cè)是因故障的不同引起的變化部分的電路模型。,從受故障影響的元件端口向 軸線左側(cè)原電力網(wǎng)絡(luò)看進(jìn)去，并將其用諾頓等值電路表示，將 軸線右側(cè)的電路化簡(jiǎn)處理，保留和 軸線左側(cè)接口的端口處節(jié)點(diǎn)

7、，消去 軸線右側(cè)電路中的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)，然后合并這兩部分電路，并計(jì)算兩部分電路接口處的電流，最后再利用接口處的電流計(jì)算原網(wǎng)絡(luò)的電量，這樣就完成了故障電流的計(jì)算。,12.2.2,一條輸電線元件發(fā)生短路故障的情況,如圖,12.6,，線路,(,i,j,),的中間點(diǎn),k,處發(fā)生單相接地故障，接地導(dǎo)納為 。該支路的阻抗為 ，分成兩段分別是 和 ，支路導(dǎo)納為 和 。,1,、模型和方法,其中,在圖,12.5,中，要移出的這條支路對(duì)節(jié)電導(dǎo)納矩陣的貢獻(xiàn)是：,圖,12.6,中電路的節(jié)電導(dǎo)納矩陣為：,式中，,因?yàn)楣?jié)點(diǎn),k,不是原電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，用星網(wǎng)變換將其消去得：,式中，,所以,因?yàn)橹罚?i,，,j,）兩個(gè)端點(diǎn)

8、相對(duì)地形成了兩個(gè)端口，所以當(dāng)支路中間發(fā)生接地故障時(shí)，節(jié)點(diǎn),i,，,j,對(duì)地導(dǎo)納不是零。,令,并有：,是節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣受故障影響的部分。,對(duì)于圖,12.6,所示的故障，圖,12.5,可用圖,12.7,表示。,圖中原網(wǎng)絡(luò)諾頓等值參數(shù)是,式中，和 分別為戴維南等值阻抗和電動(dòng)勢(shì)。,戴維南等值阻抗中，是原網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣在故障支路端節(jié)點(diǎn),i,和,j,處的自阻抗和互阻抗。,圖,12.7,中補(bǔ)償電流是,注意：,這個(gè)電流不是故障點(diǎn)的電流，而是為模擬故障而接入的補(bǔ)償電路的等值支路導(dǎo)納上的電流。利用這個(gè)電流可求出故障后電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的電壓,式中，為故障前電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓列矢量；為原始網(wǎng)絡(luò)節(jié)電阻抗矩陣中和節(jié)點(diǎn),i,，,j,相對(duì)應(yīng)的列組成的,Nx2,階矩陣；為節(jié)點(diǎn),i,和,j,的補(bǔ)償注入電流列矢量，它只在節(jié)點(diǎn),i,和,j,兩處有非零元素。,2,、算法流程,（,1,）根據(jù)故障影響元件確定原網(wǎng)絡(luò)諾頓等值端口，計(jì)算原網(wǎng)絡(luò)諾頓等值參數(shù)；,（,2,）根據(jù)故障影響元件和故障類型用式（,12-18,）計(jì)算 ，用式（,12-19,）計(jì)算 ；,（,3,）利用 ，用式（,12-20,）計(jì)算故障后電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓。,步驟（,1,）和步驟（,3,）應(yīng)使用序分量計(jì)算；步驟（,2,）既可用序分量也可用相分量計(jì)算，一般建議采用序分量形式計(jì)算。步驟（,3,）計(jì)算出故障后電網(wǎng)的序分量電量后還應(yīng)轉(zhuǎn)換到相分量形式。,