电力系统分析短路计算——电力系统各序网络的建立.doc

2.7电力系统各序网络的建立 2.7.1概述 当电力系统发生不对称短路时，三相电路的对称条件受到破坏，三相电路就成为不对称的了。但是，应该看到，除了短路点具有某种三相不对称的部分外，系统其余部分仍然可以看成是对称的。因此，分析电力系统不对称短路可以从研究这一局部的不对称对电力系统其余对称部分的影响入手。 现在根据图7-32所示的简单系统发生单相接地短路（a相）来阐明应用对称分量法进行分析的基本方法。 设同步发电机直接与空载的输电线路相连，其中性点经阻抗接地。若在a相线路上某一点发生接地故障，故障点三相对地阻抗便出现不对称，短路相，其余两相对地阻抗则不为零，各相对地电压亦不对称，短路相，其余两相不为零。但是，除短路点外，系统其余部分每相的阻抗仍然相等。可见短路点的不对称是使原来三相对称电路变为不对称的关键所在。因此，在计算不对称短路时，必须抓住这个关键，设法在一定条件下，把短路点的不对称转化为对称，使由短路导致的三相不对称电路转化为三相对称电路，从而可以抽取其中的一相电路进行分析、计算。 实现上述转化的依据是对称分量法。发生不对称短路时，短路点出现了一组不对称的三相电压（见图7-33(a)） 。这组三相不对称的电压，可以用与它们的大小相等、方向相反的一组三相不对称的电势来替代，如图7-33(b) 所示。显然这种情况同发生不对称短路的情况是等效的。利用对称分量法将这组不对称电势分解为正序、负序及零序三组对称的电势（见图7-33(c)） 。由于电路的其余部分仍然保持三相对称，电路的阻抗又是恒定的，因而各序具有独立性。根据叠加原理，可以将图7-33(c)分解为图7-33(d)(e)(f) 所示的三个电路。图7-33(d) 的电路称为正序网络，其中只有正序电势在起作用，包括发电机电势及故障点的正序电势。网络中只有正序电流，它所遇到的阻抗就是正序阻抗。图7-33(e)的电路称为负序网络。由于短路发生后，发电机三相电势仍然是对称的，因而发电机只产生正序电势，没有负序和零序电势，只有故障点的负序分量电势在起作用，网络中只有负序电流，它所遇到的阻抗是负序阻抗。图7-33(f) 的电路称为零序网络，只有故障点的零序分量电势在起作用，网络中通过的是零序电流，它所遇到的阻抗是零序阻抗。由此可见，不对称短路时的负序及零序电流，可以看作是由短路点处出现的负序及零序电势所产生的。 对于每一序的网络，由于三相对称，可以只取出一相来计算，如取a相为基准相，便得到相应的a相正序、负序及零序网络，如图7-34(a)(b)(c)所示。其中，，，，。 在a相的正序网络和负序网络中，由于正序电流和负序电流均不流经中性线，故可将中性点的接地阻抗除去。而在零序网络中，因三相的零序电流同相位，故流过中性点接地阻抗的电流为一相零序电流的三倍。所以在一相零序等值网络中，应接入 的接地阻抗，以反映三倍的一相零序电流在中性点接地电阻阻抗上产生的电压降。 虽然实际系统要比上述系统复杂得多。但是通过网络化简，总可以根据其各序的等值网络，列出各序网络在短路点处的电压方程式： （7-59） 式中，为正序网络相对短路点的组合电势；、及为正序、负序及零序网络中短路点的组合阻抗；、及分别为短路点的正序、负序及零序电流；、及分别为短路点的正序、负序及零序电压。 式（7-59）又称为序网方程，它说明了发生各种不对称故障时在故障处出现的各序电流和电压之间的相互关系，对各种不对称故障都适用。式中共有、、、、、六个未知量，故还需补充三个方程式才能联立求解。这三个补充方程式可以从各种不对称故障的边界条件得出。例如，对于单相（a相）接地短路，其故障的边界条件为和，用各序对称分量来表示，有 (7-60) 由式(7-59)和（7-60）六个方程式，就可以解出单相接地短路时短路点的各序电流和各序电压。而故障点的各相电流及电压可由相应的序分量相加求得。 由以上分析可见，应用对称分量法分析计算不对称故障时，需要建立电力系统的各序网络。建立各序网的原则是：凡是某一序电流能流通的元件，都必须包括在该序网络中，并用相应的序参数和等值电路表示。下面结合图7-35(a)所示的网络来说明各序网的建立。 2.7.2正序网络的建立 正序网络与计算三相短路时的等值网络完全相同。除中性点接地阻抗和空载线路外，电力系统各元件均应包括在正序网络中。但短路点正序电压不等于零，因而不能像短路那样与零电位相接，而应引入代替短路点故障条件的不对称电势的正序分量。在10kV以上电力网的简化短路电流计算中，一般可不计电阻的影响。图7-35(a)所示网络的正序网络见图7-35(b)。正序网络为有源网络，根据等效发电机定理，从故障端口、处看正序网络，可将其简化为图7-35(c)