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1、. . . . 基于PSCAD超高压系统输电线路故障分析摘 要故障计算和分析是电力系统规划、设计和运行中的一项重要工作， 随着我国电网的快速发展， 传统方法已经不能满足需要， 运用计算机进行仿真和计算是大势所趋。文章以PSCAD为工具， 对电力系统进行故障模拟， 并以国家电网公司750kV输变电示工程为基本模型，人为地设置系统部分参数和故障类型， 求其故障电流和故障电压以与相关数据， 避免了采用一般程序设计语言建立电力系统模型的繁琐步骤， 快速而准确地实现了电力系统故障的仿真实验和数据分析。关键词: 超高压系统; PSCAD软件; 仿真分析System based on PSCAD EHV t
2、ransmission line fault analysisAbstractThe analysis and calculation of fault is an important task for theprogramming， designing and running of power system. Withthe rap id growth of power system， the traditionalwaysand means cant satisfy needs， it is necessary to use computerto simulate andcalculate
3、. This paper simulates the faults， sets the system parameters and fault types， And to the State Grid Corporation of 750kV transmission pilot project for the basic model， calculates the fault current and voltage byPSCAD. It avoids the cockamamie app roaches of commonly programming language， it realiz
4、es the fault simulation experiment and analyzesfast and exactly.Key words: EHV system; PSCAD; Simulation / 目录摘要IAbstractII第一章引言11.1 750kV输变电示工程简介11.2超高压系统输电线路故障基本知识11.2.1超高压系统输电线路故障分类11.2.2短路的故障的危害21.2.3非全相运行的特点31.3本文的章节安排3第二章输电线路故障的分析计算52.1三相短路电流的实用计算52.2不对称故障的分析计算102.2.1对称分量法的基本原理112.2.2单相接地短路故障的分
5、析计算122.2.3两相短路故障的分析计算152.2.4两相短路接地故障的分析计算172.2.5一相断线故障的分析计算202.2.6两相断线故障的分析计算212.3 750kV输变电示工程未知量计算23第三章超高压输电系统故障的仿真研究253.1仿真软件的简介253.2短路故障的仿真分析283.2.1正常情况的仿真分析283.2.2单相接地短路的仿真分析313.2.3两相短路接地的仿真分析353.2.4两相短路的仿真分析383.2.5三相短路的仿真分析423.3断线故障的仿真分析453.3.1正常情况的仿真分析453.3.2.一相断线故障的仿真分析473.3.3两相断线故障的仿真分析493.4
6、本章小结52第四章电力线路相关继电保护的介绍534.1继电保护的基本原理534.2电网的电流保护544.2.1单侧电源网络相间短路的电流保护544.2.2方向性电流保护的工作原理574.2.3大电流接地系统的零序电流保护584.3电网的距离保护594.4 750kV与以上特高压输电线上重合闸的应用604.4.1三相重合闸在特高压输电线上的应用问题604.4.2单相重合闸在特高压输电线上的应用问题614.5继电保护的发展简史61第五章结论64参考文献66致67第一章 引言1.1750kV输变电示工程简介我国第一个750kV级超高压输变电工程国家电网公司750kV输变电示工程，现已投产运行。该工程
7、的建设，对于西部大开发，实现资源优化配置，推动我国输变电装备和电网建设的自主创新，具有重要意义。该工程西起省民和县境的官亭变电站，东至位于省榆中县的东变电站，线路全长140.705km是我国第一个自主设计、自主设备制造、自主 调试、自主运行管理的具有世界领先水平的750kV输变电工程。该工程于2003年3月正式立项，2003年9月开工建设，2005年9月26日投入运行，是我国目前电压等级最高、世界上一样电压等级中海拔最高的输变电工程。该工程的开工建设和顺利投产，填补我国500kV以上电压等级超高压输变电工程技术和标准方面的空白，对加强和发展西北的骨干输电网架，提升我国在超高压输电领域的研究、设
8、计、工程建设和运行管理水平，具有极其重大和深远的意义。该工程的成功建设，将为我国交流特高压电网的发展积累并提供丰富和宝贵的经验。西北发展750kV电网，对于把潜在的地区能源优势转变为现实的经济优势，加快黄河上游水电和、陕北火电“打捆外送”，推进“西电东送”北通道的建设，带动西北电力和地区经济的大发展，实现资源优化配置，促进民族团结和社会稳定等，起着极为重要的作用。该工程由国家电网公司投资，西北电力设计，西北电网进行工程建设和运行管理1。1.2超高压系统输电线路故障基本知识1.2.1超高压系统输电线路故障分类电力系统故障表现各异，形式上又可分为短路故障、断线故障（非全相运行），按分析方法分为不对
9、称故障、对称故障（f（3）。对称故障一般指三相短路故障， 不对称故障则包括不对称短路(单相短路接地、两相短路、两相短路接地)和非全相运行(单相断路、两相断路) 2种。实际生产中，人们也把系统中只有一处发生故障的情况称为简单故障， 系统中同时有2处与以上发生不对称故障的情况称为复杂故障2。(a)单相短路 (b)两相接地短路 (c)两相短路 (d)三相短路 (e)单相断线 (f)两相断线图1.1 各类故障简化图1.2.2短路的故障的危害电力系统的运行经验表明，各类短路故障发生的概率是不同的。单相比例最高，约为65%，两相接地短路约占20%，两相短路约占10%，三两相短路5%。电力系统短路故障大多数
10、发生在架空线路部分(约占70%以上)，110kV以上的架空线路上发生的短路故障中单相接地短路占绝大多数3。电力系统发生短路时，伴随短路所发生的基本现象是：电流剧烈增加，线端处发生三相短路时，电流的最大瞬时值可能高达额定电流的10-15倍，从绝对值讲可达上万安培，甚至十几万安培。在电流急剧增加的同时，系统中的电压大幅度下降，例如系统发生三相短路时，短路点的电压将降到零，短路点附近各点的电压也将明显降低。由于电路短路时有上述现象发生，因而短路所引起的后果是破坏性的。具体表现在以下几个方面：(l)短路点的电弧有可能烧坏电气设备，同时很大的短路电流通过设备会使其发热增加，当短路持续时间较长时，可能使设
11、备过热而损坏；(2)很大的短路电流通过导体时，将引起导体间很大的机械应力，如果导体不够坚固，则可能遭到破坏；(3)短路时，系统电压大幅度下降，对用户工作影响很大。系统中最主要的负荷是异步电动机，它的电磁转矩同它的端电压平方成正比，电压下降时，电磁转矩将显著降低，电压低于70%以下时，转速急剧下降直至停转，以致造成产品报废以与设备损坏等严重后果；(4)当电力系统中发生短路时，有可能使并列运行的发电厂(发电机)失去同步，破坏系统的稳定性，使整个系统的正常运行遭到破坏，引起大片地区的停电，这是短路故障最严重的后果；(5)不对称接地短路所造成的不平衡电流会在邻会在邻近的平行线路(如通信线路、铁道信号系
12、统等)感应出很大的电动势，这将造成对通信与设备和人身的安全4。1.2.3非全相运行的特点非全相运行是指一相或两相断开的运行状态。造成非全相运行的原因很多，例如某一线路单相接地短路后，故障相断路器跳闸；导线一相或两相断线等等。电力系统在非全相运行时，在一般情况下没有危险的大电流或高电压产生（在某些情况下，例如对于带有并联电抗器的超高压线路，在一定条件下会产生工频谐振过电压）。但负序电流的出现对发电机转子有危害，零序电流对输电线路附近的通信线路有干扰。另外，负序和零序电流也可能引起某些继电保护误动作。因此，必须掌握非全相运行的分析方法。电力系统中某处发生一相或两相断线的情况，如图1.1 (e)和(
13、f)所示，图中表示未断线相qk间的阻抗，如果qk表示断路器断口，则=0，这种情况直接引起三相线路电流（从断口一侧到另一侧）和三相断口两端间电压不对称，而系统其他各处的参数仍是对称的，所以把非全相运行称为纵向故障。在不对称短路时，故障引起短路点三相电流（从短路点流出的）和短路点对地的三相电压不对称。因此通常短路故障为横向故障5。1.3本文的章节安排本文的主要工作是，利用PSCAD软件仿真电力线路故障，并对仿真结果进行分析，利用仿真结果数据来分析继电保护的动作行为。可以用它来评估、设计各种继电保护的方案和算法，以排除隐患。 本文分为五章：第一章 引言，主要介绍背景知识。第二章 输电线路故障的分析计
14、算，本章中主要对输电线路进行了短路故障计算。第三章 超高压输电系统故障的仿真研究，首先介绍了仿真软件PSCAD，其次运用该软件对六种故障进行了仿真。第四章 简单介绍了与所选系统相关的继电保护方式。第五章 结论对全文进行了总结。第二章 输电线路故障的分析计算短路计算是电网三大计算之一。1. 短路计算重要性电气设备选型、继电保护整定、确定限制短路电流措施。2.计算的基本步骤1) 制定电力系统故障时的等效网络；2) 网络化简； 3) 对短路暂态过程进行实用计算6。2.1三相短路电流的实用计算1.计算起始次暂态电流，用于校验断路器的断开容量和继电保护整定计算中2.运算曲线法，用于电气设备稳定校验一、起
15、始次暂态电流的计算含义：在电力系统三相短路后第一个周期认为短路电流周期分量是不衰减的，而求得的短路电流周期分量的有效值即为起始次暂态电流 。1.起始次暂态电流的精确计算 （1）系统元件参数计算（标幺值）。 （2）计算。 （3）化简网络。 （4）计算短路点k的起始次暂态电流：式（2.1）若，则： 式（2.2）若只计电抗，则：式（2.3）2.起始次暂态电流的近似计算（1）系统元件参数计算（标幺值）。（2）对电动势、电压、负荷进行简化。（3）化简网络。（4）短路点k起始次暂态电流的计算式为：式（2.4）二、电流分布系数和转移阻抗电流与短路点总电流之比用表示，称为支路电流分布系数。其表示式如下： 式（2.5）图2.
