陳 巖

沈陽際華三五四七特種裝具有限公司 (沈陽 110045）

隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，現(xiàn)代電網(wǎng)事故發(fā)生率雖已大幅降低，但任一次重大事故帶來的國民經(jīng)濟(jì)損失與以往相比都有成倍增長的趨勢(shì)。通過對(duì)許多重大事故的分析表明：短路故障對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和電氣設(shè)備有很大的危害。因此，從電氣主接線方案的比較與選擇、到確定是否要采取限制短路電流的措施，以及電氣設(shè)備的動(dòng)、熱穩(wěn)定校驗(yàn)和開斷能力校驗(yàn)，都需要對(duì)電力系統(tǒng)短路故障進(jìn)行研究。

本文利用 DTS系統(tǒng)工具仿真中故障仿真模塊進(jìn)行電力系統(tǒng)短路故障仿真，快速得到電力系統(tǒng)中短路故障電流，避免了復(fù)雜的短路電流計(jì)算。

1 DTS仿真系統(tǒng)[1]

DTS系統(tǒng)是基于電力系統(tǒng)仿真和調(diào)度自動(dòng)化結(jié)合的用于培訓(xùn)電網(wǎng)調(diào)度員的計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真系統(tǒng)。通過建立實(shí)際電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型再現(xiàn)各種調(diào)度操作和故障前后的系統(tǒng)工況，并將模擬結(jié)果送到仿真的電力系統(tǒng)控制中心，為調(diào)度員提供一個(gè)不影響實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行的身臨其境的調(diào)度環(huán)境。

DTS系統(tǒng)是與EMS系統(tǒng)真正一體化的新一代調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)[2]。該系統(tǒng)能夠模擬現(xiàn)代電網(wǎng)運(yùn)行中的各種操作、故障，對(duì)現(xiàn)代電網(wǎng)運(yùn)行操作人員所做的電網(wǎng)操作進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，并把操作后潮流計(jì)算結(jié)果或者現(xiàn)代電網(wǎng)運(yùn)行方式所進(jìn)行的動(dòng)態(tài)離線或在線計(jì)算結(jié)果快速、準(zhǔn)確地在圖形界面上顯示出來。

DTS系統(tǒng)中的電力系統(tǒng)模型包括穩(wěn)態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型兩部分[3]。穩(wěn)態(tài)模型考慮系統(tǒng)操作或調(diào)整后電網(wǎng)潮流的變化和系統(tǒng)頻率變化，采用動(dòng)態(tài)潮流算法來模擬，不考慮機(jī)電暫態(tài)過程，可用穩(wěn)態(tài)電量來啟動(dòng)自動(dòng)裝置，并用邏輯方法來模擬繼電保護(hù)，該模型考慮了中長期動(dòng)態(tài)過程，主要應(yīng)用于調(diào)度員培訓(xùn)、運(yùn)行方式安排和反事故演習(xí)等。動(dòng)態(tài)模型考慮故障或操作后發(fā)電機(jī)的機(jī)電暫態(tài)變化過程，可用暫態(tài)變化過程中電量值來啟動(dòng)自動(dòng)裝置和繼電保護(hù)，該模型考慮了暫態(tài)過程，主要應(yīng)用于運(yùn)行方式研究、事故分析和繼電保護(hù)校核等。

2 算例分析

當(dāng)DTS系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，動(dòng)態(tài)計(jì)算程序一直處于休眠狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，DTS系統(tǒng)進(jìn)入動(dòng)態(tài)仿真，自動(dòng)進(jìn)入暫態(tài)計(jì)算。本文利用DTS系統(tǒng)對(duì)IEEE9節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)（IEEE9節(jié)點(diǎn)測(cè)試系統(tǒng)接線圖如圖1所示），進(jìn)行短路故障仿真分析，用來比較三相短路和兩相短路故障電流之間的關(guān)系。

圖1 IEEE9節(jié)點(diǎn)測(cè)試系統(tǒng)接線圖

在調(diào)度員潮流狀態(tài)下，分別斷開2號(hào)、3號(hào)升壓變高壓側(cè)斷路器，構(gòu)成單電源輻射線路。在線路LineAto2上分別設(shè)置AB兩相短路和ABC三相短路故障，故障位置均在線路首端（50%），故障持續(xù)時(shí)間設(shè)為50ms，進(jìn)入DTS仿真系統(tǒng)進(jìn)行故障計(jì)算。仿真結(jié)果如表1～表4、圖2～圖3所示。

2.1 分析兩相短路電流各相序電流之間的關(guān)系

表3中，AB兩相短路：

表明兩相短路中，故障相電流相等且很大，非故障相電流很小。說明兩相短路中，正序電流與負(fù)序電流大小相等。零序電流說明兩相短路故障點(diǎn)沒有零序電流。

2.2 分析兩相短路電流與三相短路電流的關(guān)系

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)正序阻抗與負(fù)序阻抗相等時(shí)，兩相短路電流是三相短路電流的/2倍。

2.3 分析三相短路電流各相序電流之間的關(guān)系

說明發(fā)生三相對(duì)稱短路時(shí)，三相短路電流大小均相等，且表現(xiàn)為正序電流，無負(fù)序和零序電流。

2.4 分析短路電流各相電流數(shù)據(jù)的正確性

AB兩相短路：A相

表1 線路LineAto2兩相短路后線路首末端電流

表2 線路LineAto2三相短路后線路首末端電流

表3 AB兩相短路故障點(diǎn)對(duì)地電流

表4 ABC三相短路故障點(diǎn)對(duì)地電流

ABC三相短路：A相

由以上分析可知：通過DTS系統(tǒng)仿真計(jì)算得出的三相短路數(shù)據(jù)和兩相短路數(shù)據(jù)是正確的、合理的。

圖2 線路LineAto2三相短路電流曲線

2.5 分析兩相短路電流和三相短路電流曲線圖

圖2中ABC三相短路時(shí)：

三相短路電流處的短路電流

圖3中AB兩相短路：

兩相短路電流處的短路電流值

圖3 線路LineAto2兩相短路電流曲線

比較兩相短路和三相短路電流值：

即不滿足。

產(chǎn)生該情況的原因：

(1)計(jì)算數(shù)據(jù)不確切。計(jì)算數(shù)據(jù)為首末端初始時(shí)刻流向短路點(diǎn)的短路電流值，沒有考慮該線路對(duì)短路電流的影響。

(2)計(jì)算方法不確切。曲線中只顯示短路電流大小，沒有短路電流相角。計(jì)算短路電流時(shí)應(yīng)采用各相短路電流的相量形式，不能僅用短路電流的大小來計(jì)算，否則計(jì)算結(jié)果會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。

3 結(jié)語

遠(yuǎn)距離、大容量、大電網(wǎng)互聯(lián)以及新設(shè)備的投入應(yīng)用使電網(wǎng)運(yùn)行更加復(fù)雜，給電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性帶來了巨大的挑戰(zhàn)，對(duì)調(diào)度要求更加嚴(yán)格。本文基于DTS系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)短路故障進(jìn)行了仿真和計(jì)算，分析比較了線路在相同地點(diǎn)發(fā)生三相對(duì)稱短路和不對(duì)稱短路故障時(shí)短路電流之間的關(guān)系，驗(yàn)證了DTS系統(tǒng)仿真模擬方法的準(zhǔn)確性、合理性和有效性。但該仿真系統(tǒng)在生成定制動(dòng)態(tài)曲線時(shí)，存在一定的不足，會(huì)給仿真計(jì)算驗(yàn)證帶來一定的誤差。

[1]張慎明，姚建國.調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)(DTS)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2002,26(7):60-66.

[2]張力平.電網(wǎng)調(diào)度員培訓(xùn)模擬(DTS)[M].北京：中國電力出版社，1999.

[3]潘志宏，孫宏斌，張伯明，等.新一代DTS中的動(dòng)態(tài)仿真程序[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào),1999,39(9):18-21.