特高压电网短路电流零点偏移的影响因素分析与仿真计算研究

特高压电网短路电流零点偏移的影响因素分析与仿真计算研究

张超

（湖北省电力勘测设计院有限公司湖北武汉430040）

摘要：结合1000kV特高压试验示范工程及规划中的特高压电网，研究在特高压交流1000kV系统中的单相短路时短路电流中的直流分量的衰减情况以及电流过零点的漂移现象；通过理论分析和运用MATLAB仿真计算得出了影响特高压电网单相短路电流直流分量和零点偏移的因素；并根据特高压示范工程建立ATP模型，综合考虑各种因素进行仿真，得出可能造成我国特高压系统短路电流严重零点偏移的情况。

关键词：UHV短路电流零点偏移MATLABATP-draw

ABSTRACT：combinedtheUHVpilotprojectandfutureUHVpowergridbeingplannedinChina，DCcomponentofsingle-phaseshort-circuitcurrentsandalternatingcurrent-zerooffsetareinvestigatedinUHVpower；WiththeoreticsinvestigatedandemulatedbyMATLAB，thefactorswhichimpactDCcomponentofsinglephaseshort-circuitcurrentsandalternatingcurrent-zerooffsetarefoundout；SimulatedallfactorsbyATPbasedontheUHVpilotproject，thecaseswhichcausemostcurrent-zerooffsetinfutureUHVpoweraregottenout.

KEYWORDS：UHVsystemshort-circuitcurrentcurrent-zerooffsetMATLABATP-draw

1引言

在特高压系统中，单相接地是主要的故障形式之一，由于短路前后较大的变化电流和较小的线路阻抗，特高压系统相对与其他电压等级系统更容易产生较大的直流分量和短路电流过零点的偏移[1][2][10]；理论计算表明，直流分量的存在可能造成短路电流过零点漂移，严重时可能导致灭弧时间延长，甚至不能灭弧[4]，这可能会引起断路器损坏和影响系统的安全运行[3][9]。因此，研究特高压电网单相短路电流的零点偏移和直流分量衰减，具有重要的理论和工程应用意义。

2理论分析

由于特高压系统采用中性点直接接地的接地方式，当系统发生单相接地短路时，中性点对地电位仍为零，非故障相对地电压基本不变[1]，如图1所示。

图2A相发生单相短路后的电流波形

由图2分析知，向量差与时间轴垂直时，=0，即非周期分量不存在。在此情况下，短路前瞬间A相电流值与A相稳态短路电流在t=0时的数值刚好相等，即=。显然，电路从一种稳态直接进入另一种稳态，中间不经历暂态过程。

4结论

（1）在特高压电网中，系统等值电抗对单相短路电流、短路电流的零点偏移以及短路电流中非周期分量的衰减有较大影响。如表2所示，当短路电流在2kA时，短路电流延迟过零时间为59.1ms，零点偏移可达二个多周期，非周期分量的持续的时间也很长，有可能导致灭弧时间的延长，甚至不能灭弧；在短路电流较大的情况下，短路故障后一般20ms内电流可过零点。在特高压示范工程初期，短路电流比较小，因此有可能出现较严重的零点偏移现象。（2）短路时刻对短路电流的延迟过零时间以及非周期分量的衰减有较大影响，当在相电压过零点（α=0）发生单相短路时，短路电流延迟过零时间最长，非周期分量衰减时间也最长；当在相电压达到峰值（α=π/2）发生单相短路时，电路由一种稳态进入另一稳态，不会发生电流过零点的偏移。

（3）短路点距离断路器出口越近，短路电流延迟过零时间越长和非周期分量的衰减越慢。

（4）系统的损耗如变压器损耗、接地电阻等，对短路电流直流分量衰减与延迟过零时间影响很大。变压器损耗、接地电阻越大，非周期分量的衰减时间常数Ta减小，短路电流延迟过零时间越小、非周期分量衰减越快。

（5）特高压示范工程两端电压的相角差和电流大小，对短路电流延迟过零时间和非周期分量衰减时间也有较大影响。

参考文献：

[1]陈慈萱.电气工程基础[M].北京：中国电力出版社.2003

[2]刘振亚.特高压电网[M].北京：中国经济出版社.2005

[3]IEC62271-100，高压交流断路器[S]．