电力系统网络中常见的几种短路故障分析

张永祯 罗海洲

摘 要：在电力系统中发生故障的类型基本可分为两种：纵向故障和横向故障，本篇论文就电力系统中发生的横向故障做为重点研究对象，利用对称分量法分别分析讨论在电力输电网络发生单相接地短路、两相相间短路、两相接地短路以及三相短路发生时，输电线路中零序、负序电压，零序、负序电流和零序、负序阻抗之间的关系，从而确定相位角超前或者滞后，为电力系统中继电保护的准确动作确定前提条件。

关键词：横向故障;阻抗;基频分量

中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）08-0165-02

1单相接地短路分析计算

根据图1系统等效电路所示，当系统中发生单相接地短路故障时，系统中的三相电流电压都将会引起变化，尤其是故障相电压甚至变为0，电流增大为正常运行电流的几十倍甚至上百倍。首先，我们利用对称分量法对故障相电流和非故障相电压进行分析，然后根据故障前后系统中各个分量之间的关系，利用相量运算法则，将各个分量合成，求出故障后各相电流电压值。如图1（a）所示为任意一个复杂的电力系统在线路任意点发生短路故障，G1，G2代表发电机，在图1中所示为系统发生短路故障后利用对称分量法将系统的故障电压电流分解为各个分量，并且将各个分量分别利用戴维宁诺顿定律绘制等效电路图，等效的电路如图1（c）和图1（d）所示，假设f的自阻抗为Zff（1）也就是从f点看进网络的等值阻抗，当电流经过等值阻抗所产生压降即为，则为f点正常时的开路电压。负序等值电路如图1（e）和图1（f）所示，发电机的负序电抗可近似等于次暂态电抗即。同样，零序网络及其等值电路如图1（g）和图2-1（h）所示。在电力系统中，发电机一般是通过星形/三角形接线和升压变压器相连，又因为发电机侧的星形接线中性点不接地，所以零序电流没有与大地形成通路，故此处略去发电机零序电抗。同样，。综上所述，可得三序电压平衡方程式为式1。

根据电路知识可知，当A相接地时，对地电压不变，但是由于A相发生短路接地，因此B相和C相对地电流为0。由以上分析单相接地短路电流电压变化可以得出单相接地故障中各自的对地电流电压变化值，由此推出单相接地短路的边界条件为式2。

现取A相电流电压各序分量进行分析研究，由A相的各个序分量推导出非故障相电流电压变化为式3。又因为可得出式4：

将式代入式3中得。现对A相电压进行分析讨论，由于A相接地短路，所以A相电压为0用各序分量关系表示为：

由以上对称分量法推导过程可得A相复合序网图见图2。

将式5代入公式中得：

经化简整理得（由于各序分量对称，为为简便起见，未经注明，其都表示a相的综合阻抗）：

因为线路为静止元件，所以，由此可得：

发生短路后B相电压为：

因为零序阻抗不可能为负，所以K的取值范围为

当K=0时：零序阻抗等于0，即xa=0，此时，可以看出故障后B相的电压降低：

当K=1时;即Xa（0）=Xa（1），则此时，由上可以看出，故障后非故障相电压不变。当K>1时;即Xa（0）>Xa（1），此时非故障相电压比故障相电压高。

当零序阻抗无穷大时，零序电流不能构成通路，此时中性点电压升高为相电压，非故障相电压变为原来的倍，变为线电压。

根据选择故障相为特殊相时，得出非故障相在系统发生故障之后的电压电流变化。用相量表示随着零序阻抗与正序阻抗大小关系发生变化，故障后系统中的电流电压也随之发生变化。

2两相接地短路分析计算（见图3）

图5表示系统中发生两相接地短路故障，由对地电压电流发生突變可得边界条件为式9。根据式9两相接地边界条件与单相接地边界条件类似，只是电流电压互换，利用对称分量法对电压进行分析得式10。

对B相电流进行分析，为分析简单，现将上式实部和虚部分别进行分析计算。

在星形中性点不接地系统中，发生两相接地短路故障，非故障相电压升高为正常电压的倍，但仍小于中性点不接地而发生单相短路故障时正常相电压的升高值。