三相接地短路过电压

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1、三相接地短路过电压三相接地系统短路一、三相接地短路故障工况分析三相接地系统的短路故障包括：1.单相接地故障；2.两相不接地短 路、两相接地短路； 3.三相短路等。故障情况不同,限流器的控制策略 也不同。为了得到有效、合理的控制策略,下面对三相短路故障情况下 系统的主要电压、电流变化规律进行分析。三相短路同样分两种情况,即三相接地短路和三相不接地短路。在三相不接地短路的情况下，亦即A、B、C这3点短接，则一 次侧电压、电流关系如下：u x + u x + iR = 0式中：R表示三相负载电阻的并联；i表示总并联负载电阻中的电 流。由于电路结构和电源电压的对称性，电流i二i U +i V +i W

2、 =0。 所以，负载电阻为 0 与否，都没有关系。也就是说，三相接地短路故 障状态和三相不接地短路故障状态完全相同。在此先具体分析简单三相电路中发生突然对称短路的暂态过程。 在此电路中假设电源端电压幅值和频率都保持恒定，内阻抗为零，即 为对于无限大功率电源供电的三相短路电流进行分析。电源内阻抗小 于短路回路总阻抗的 10%，即可认为是无限大功率电源。例如：多台 发电机并联运行、短路点远离电源等。RRL1RRf打:厂 Grnisin(-120。u c_ C,rjns i ii (+12 0專RG短路前电路处于稳态：假定t二0s时刻发生短路电路一分为二，a 相的微分方程式如下： 其解就是短路的全电

3、流，由两部分组成：稳 态分量(强制分量、交流分量或周期分量)和暂态分量(自由分量、直 流分量或非周期分量)。特解即为强制分量稳态短路电流，又称交流分量获周期分量：由 通解对应齐次方程 的解，即为暂态分量电流 ： (C 为由初始 条件决定的积分常数)其中：一暂态分量电流衰减时间常数：特征方程pL+R=O根的负 倒数短路的全电流表达式为： 由短路电流不突变，得到三相电流表达式：)sin(|0|0|?a3_+二11 i m a 222|0|)()(L L R R U I m m + + + =wR R L L tg +=-)(1|0|3?)s in (a3 +二+t U dtdi L Ri m a

4、a )si n( ?a3- + =8t I i i m pa a 0=+dt di L Ri a a 22)(L R U I m m 3+二R L tg 3?1-二a T t a Ce i - =aa T a T t m a pa a Ce t I i i i /)s in (- + - +二 + 二？a3aa T t m m m a e I I t I i /|0|0|)sin()sin()sin(+ = ?a?a?aw|0|0|/si n( 120)si n( 120)si n( 120)abm m t T m i I t I I e 3a?a?a?-二+|0|0|/sin(120)sin

5、(120)sin(120)a c m m t T mi I t I I e 3a?a?a?-二+ + ?-+ + ?-+?-三相短路电流周期分量是对称正弦量，幅值由电源电压幅值及短 路回路总阻抗决定；各相短路电流非周期分量具有不同的初始值，指 数衰减。其中，交流分量为对称正弦电流，直流分量使 t=0 时短路电 流值与短路前瞬间的电流值相等，直流分量曲线为短路电流曲线的对 称轴。直流分量值越大，短路电流瞬时值越大。直流分量起始值与电 源电压的初始相角a短路前回路中的电流值有关。三相短路电流波形图在三相短路时，三相电源电压全部加在耦合变压器上，经变压器 降压、三相全桥整流后，加在限流电抗器上。三相

6、短路时，限流电抗 器上所加电压最大，电流上升率最高。在1.5 倍额定负载的过载情况下 发生三相短路故障，为最恶劣的故障状态。总之，限流电抗器上的电压，在单相短路时，为故障相电压的 1/N 的单相桥式整流值；在两相短路时，为两故障相构成的线电压的 1/N的单相桥式整流值；在三相端详电源电压的1/N的三相桥式整流 值。一.三相故障限流器的拓扑结构图 1 所示为三相接地系统示意图，虚线框内为短路故障限流器主 电路拓扑结构，由可控硅T1T8和限流电抗器组成。U8为三相交流 电源，Z U，Z V，Z W为三相负载。正常运行期间,T1T8触发脉冲 常加，忽略电感和可控硅上的内阻引起的功耗，则电抗器L1中通

7、过的 电流为恒定的直流电流，其数值等于三相负载电流的最大值。因此电 抗器上无压降，无功耗。当系统中出现接地故障时，电源电压经整流 二极管加到限流电感上，引起电感电流的增加，当检测电路检测到接 地故障后，或封锁可控硅触发脉冲，或控制整流桥工作于有源逆变状 态，将故障电流切断。图1三相接地系统固态短路限流器主电路拓扑Figrt c i re nit iaultcurTcnt limiter viih coupling transiomirr在正常情况下，T1T8常通，稳态时，限流电抗器L1中的电流为 负载电流最大值，近似恒定，L1两端电压近似为0,所以，耦合变压 器副边电压近似为 0，耦合变压器原

8、边电压也近似为 0，固态桥式短路 限流器对系统电压、电流关系几乎无影响。在该短路故障限流器中 ,可 控硅整流桥和限流电抗器都位于耦合变压器的副边，所以只能断开副 边电流，在耦合变压器的原边还有较小的激磁电流流过。要想使原边 和电网完全断开，仍需使用断路器。在断路器断开原边电路时，在变 压器原边可能产生一个高电压，应考虑采用氧化锌避雷器和吸收电路 来进行过电压吸收。一、三相接地短路故障工况分析 三相接地系统的短路故障包括：1.单相接地故障；2.两相不接地短 路、两相接地短路；3.三相短路等。故障情况不同,限流器的控制策略 也不同。为了得到有效、合理的控制策略 ,下面对三相短路故障情况下 系统的主

9、要电压、电流变化规律进行分析。三相短路同样分两种情况,即三相接地短路和三相不接地短路。在三相不接地短路的情况下，亦即A、B、C这3点短接，则一次 侧电压、电流关系如下：u x + u x+ iR = 0式中：R表示三相负载电阻的并联；i表示总并联负载电阻中的电 流。由于电路结构和电源电压的对称性，电流i = i U + i V+i W=0。所 以，负载电阻为 0 与否，都没有关系。也就是说，三相接地短路故障 状态和三相不接地短路故障状态完全相同。在三相短路时，三相电源电压全部加在耦合变压器上，经变压器 降压、三相全桥整流后，加在限流电抗器上。三相短路时，限流电抗 器上所加电压最大，电流上升率最

10、高。在1.5倍额定负载的过载情况下 发生三相短路故障，为最恶劣的故障状态。总之，限流电抗器上的电压，在单相短路时，为故障相电压的 1/N 的单相桥式整流值；在两相短路时，为两故障相构成的线电压的 1/N 的单相桥式整流值；在三相端详电源电压的 1/N 的三相桥式整流 值。三、三相桥式固态短路限流器的控制策略 由于可控硅为半控器件，一旦导通，只有等到过零点才能关断。考虑到信号检测电路的延时，从发生短路故障到控制命令起作用，最 大延时不超过1.5个周期，即15ms,为方便于分析和留出充分裕量，我 们去20ms。由第二节分析可知，发生短路后，限流电抗器两端的电压 将迅速从 0 增加到一个相当大的数值

11、，电抗器电流将在该电压的作用 下不断增大。因此，限流电抗器电感值的设计原则是：在最恶劣情况 下（三相短路），短路电流从额定负载电流最大值开始上升，20ms内 不超过极限值。在短路发生时，人们总希望尽快将故障切除，并力求将故障的影 响限制在最小范围内。例如，在发生单相短路是，希望在切除故障相 的同时能保持另外两个非故障相照常工作；在发生两三短路故障时， 希望切除两个故障的同时保持非故障相能正常工作。只有在发生三相 短路故障是，才希望完全切断电源。切断故障的方法有续流式保护和逆变式保护两种。续流式保护是 在检测到短路发生后，将整流桥中的T7 , T8管触发导通，同时封锁故 障所对应的桥臂的触发脉冲

12、，线路中的故障电流即可被切除，但限流 电抗器的内阻很小，电流减小到非故障相负载电流最大值的时间很长， 这对重合闸很不利，一般不采用。逆变式保护是在检测到短路发生后， 使整流桥工作于逆变状态，将电抗器中的磁能反馈给电网，从而切断 故障电流。在逆变式控制方式中，可以通过闭环调节，实电抗器电流 或系统中的故障电流按照一定的规律变化，以满足电力系统继电保护 的需要。图芍闭环系统组战框图Fig. 3 Diagram of close loop controlsystem of die liinilcr图3所示为闭环系统的组成框图。由第二节分析所得结论和上述 原则，在发生接地短路时，才有下述控制策略：A.

13、 当建测得单相短路故障时，以u相为例，将闭环系统的输出作 为该相桥臂和 T7,T8 管组成的单相整流桥的出发延迟角，使该单相整 流桥工作于逆变状态；B. 当检测到两相短路（包括接地和不接地）时，将闭环系统的输 出作为由两个故障相桥臂组成的单相整流桥的延迟触发角，使该单相整流桥工作于逆变状态；C .当检测到三相短路时，先封锁T7 , T8两管的触发脉冲，将闭 环系统的输出作为由其他 6 个可控硅组成的三相桥式整流桥的触发延 迟角，使三相整流桥工作于逆变状态；d.在根据故障特征采取合适的控制策略，将故障电流限制到非故 障相负载电流最大值之后，可以封锁故障相负载电流的可控硅的触发 脉冲，并给T7，T

14、8管家触发信号，系统即可进入切除故障相之后的缺 相工作状态，当然，三相短路故障除外。策略，对图 2 所示系统进行了仿真研究，参数如下：耦合变压器变比 取10000=380 ,负载电阻取19Q,系统允许的短路电流最大值1KA , PI调节器的增益取6，积分时间取0.06s。仿真结果如图4所示，在t=0时电抗器充磁，在t=0.05s时电磁 器充磁完毕，系统进入稳定的负载运行状态，在t=0.152s时，发生短 路故障，闭环系统开始起作用，对电抗器电流和短路电流进行限制、 调节。仿真结果分别为3段：0-0.05S的充磁阶段，0.05s-0.15s的正 常稳定运行阶段，0.15-0.30S的短路限流阶段。从仿真结果可以看出，采用本文所述控制策略，该限流器可以对 故障电流进行有效的控制，反应速度快，而且不会再电网中激发附加 振荡，限流性能理想。JO0上.述0.2J OJGi：BfKffiTaW * Ji*WO4C0vw-wV yCJ C