基于DTS系統仿真的電力系統短路故障分析

陳 巖

沈陽際華三五四七特種裝具有限公司 (沈陽 110045）

隨著智能電網的發展，現代電網事故發生率雖已大幅降低，但任一次重大事故帶來的國民經濟損失與以往相比都有成倍增長的趨勢。通過對許多重大事故的分析表明：短路故障對電力系統的正常運行和電氣設備有很大的危害。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，以及電氣設備的動、熱穩定校驗和開斷能力校驗，都需要對電力系統短路故障進行研究。

本文利用 DTS系統工具仿真中故障仿真模塊進行電力系統短路故障仿真，快速得到電力系統中短路故障電流，避免了復雜的短路電流計算。

1 DTS仿真系統[1]

DTS系統是基于電力系統仿真和調度自動化結合的用于培訓電網調度員的計算機數字仿真系統。通過建立實際電力系統數學模型再現各種調度操作和故障前后的系統工況，并將模擬結果送到仿真的電力系統控制中心，為調度員提供一個不影響實際系統運行的身臨其境的調度環境。

DTS系統是與EMS系統真正一體化的新一代調度員培訓仿真系統[2]。該系統能夠模擬現代電網運行中的各種操作、故障，對現代電網運行操作人員所做的電網操作進行實時計算，并把操作后潮流計算結果或者現代電網運行方式所進行的動態離線或在線計算結果快速、準確地在圖形界面上顯示出來。

DTS系統中的電力系統模型包括穩態模型和動態模型兩部分[3]。穩態模型考慮系統操作或調整后電網潮流的變化和系統頻率變化，采用動態潮流算法來模擬，不考慮機電暫態過程，可用穩態電量來啟動自動裝置，并用邏輯方法來模擬繼電保護，該模型考慮了中長期動態過程，主要應用于調度員培訓、運行方式安排和反事故演習等。動態模型考慮故障或操作后發電機的機電暫態變化過程，可用暫態變化過程中電量值來啟動自動裝置和繼電保護，該模型考慮了暫態過程，主要應用于運行方式研究、事故分析和繼電保護校核等。

2 算例分析

當DTS系統在穩態運行時，動態計算程序一直處于休眠狀態。當系統發生故障時，DTS系統進入動態仿真，自動進入暫態計算。本文利用DTS系統對IEEE9節點系統（IEEE9節點測試系統接線圖如圖1所示），進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系。

圖1 IEEE9節點測試系統接線圖

在調度員潮流狀態下，分別斷開2號、3號升壓變高壓側斷路器，構成單電源輻射線路。在線路LineAto2上分別設置AB兩相短路和ABC三相短路故障，故障位置均在線路首端（50%），故障持續時間設為50ms，進入DTS仿真系統進行故障計算。仿真結果如表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，正序電流與負序電流大小相等。零序電流說明兩相短路故障點沒有零序電流。

2.2 分析兩相短路電流與三相短路電流的關系

當網絡正序阻抗與負序阻抗相等時，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系

說明發生三相對稱短路時，三相短路電流大小均相等，且表現為正序電流，無負序和零序電流。

2.4 分析短路電流各相電流數據的正確性

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兩相短路故障點對地電流

表4 ABC三相短路故障點對地電流

ABC三相短路：A相

由以上分析可知：通過DTS系統仿真計算得出的三相短路數據和兩相短路數據是正確的、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：

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。

產生該情況的原因：

(1)計算數據不確切。計算數據為首末端初始時刻流向短路點的短路電流值，沒有考慮該線路對短路電流的影響。

(2)計算方法不確切。曲線中只顯示短路電流大小，沒有短路電流相角。計算短路電流時應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算，否則計算結果會產生一定的誤差。

3 結語

遠距離、大容量、大電網互聯以及新設備的投入應用使電網運行更加復雜，給電網的穩定性和安全性帶來了巨大的挑戰，對調度要求更加嚴格。本文基于DTS系統對電力系統短路故障進行了仿真和計算，分析比較了線路在相同地點發生三相對稱短路和不對稱短路故障時短路電流之間的關系，驗證了DTS系統仿真模擬方法的準確性、合理性和有效性。但該仿真系統在生成定制動態曲線時，存在一定的不足，會給仿真計算驗證帶來一定的誤差。

[1]張慎明，姚建國.調度員培訓仿真系統(DTS)的現狀和發展趨勢[J].電網技術，2002,26(7):60-66.

[2]張力平.電網調度員培訓模擬(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中的動態仿真程序[J].清華大學學報,1999,39(9):18-21.