1、1分析故障点的故障分量电流电压相量图的关系王继弘 1 ，李仲明 2 （1.华电湖南石门发电有限公司，湖南 石门 415300 2.宁夏电力公司，宁夏 银川 750001）摘要: 由于故障分量原理在微机保护中大量应用，而故障分量存在于故障分量网络中，因此有必要建立短路故障时故障分量网络，画出在故障点电流、电压故障分量相量图。按对称分量概念，求其故障点各序电流、电压，以便理解故障分量原理的微机保护。关键词：故障分量；电流；电压；相量图Analysising the Relationship of fault points fault component current and voltage ve
2、ctor diagramWANG Ji-hong,LI Zhong-ming(1. Central China Electric Power Hunan Shimen Electric Generation Limited Company, Shimen 415300,China;2.Ningxia Electric Power Corporation, Yinchuan750001,China)Abstract: Because of fault component Principle applies in microcomputer protection massively, but fa
3、ult component exists in fault component network, so it is necessary to build the fault component network of short fault, draw the fault points current and voltage vector diagram. According to the symmetrical component conception, asking the fault points sequence current and voltage, so that understa
4、nding the microcomputer protection of fault component principle.Key words: fault component; current; voltage; vector diagram0 引言应用对称分量法分析不对称短路故障时，一种是将不对称短路形成的不对称电流、电压分解为正序、负序、零序三组对称的系统；另一种是当电力系统某点发生不对称短路故障时，看成是在原有三相对称系统上，原有的电源电动势 M=0, N=0,在故障 K 点反向接入正常运行电压 ,可以分解为正序、负序、零序分量。称为故障分量亦称为突变量。在短路故障分析中，要选出特
5、殊（基准）相指的是故障处与两相情况不同的那一相；同一类型短路故障发生在不同相别上时,特殊相的序分量边界条件不变，于是短路特性不变；故障点的正序网络、负序网络、零序网络与故障类型、故障相别无关；但各序网络合成的复合序网与短路故障类型、相别有关,复合序网指的是特殊相的。故障点故障相电流绝对值 I 与故障)(nk支路的正序分量电流 I 成正比。高压电)(1nk网中发生短路故障时有 Z1 =Z2 时,两相短路电流等于同一点三相短路电流的 2,3当 Z1 =Z2 =Z0 时,I =I =I ；当)3(k).(kZ0 Z 1 时，有 I I ， I I ；1.21.0)(当 Z0 =Z1 时，有 I =I
6、 ，I =I ；).(k(.(ko当 Z0 Z 1 时,有I I ，I I ；在故障点或母线).(2k)().(0k)1(上的正序电压有如下的关系:U U U U ；越靠近电源，)1(k)().(1k)3(k正序电压数值越高。对于负序电压和零序电压(或故障分量电压)的分布，故障点最高，离故障点愈远、数值愈低。1 三相短路 K（3） 故障分量分析K 点三相短路，在故障分量网络中 K点仅有反向接入正常运行电压 、0kA、 造成,原有电源电动势0kBkc2M=0， N=0；因三相对称，只需画出 A 相即可，如图 1 所示。K 点三相短路故障时的故障分量的边界条件为： =- ； =- ； =-)3(k
7、A0)3(kB0)3(kC0kcK 点序电压的故障分量的边界条件为： = - a(- )a 2(- )3(1kA0kA0kB0kc=- = - a 2(- )a(- )3(2kA0kA0kB0kc=0 = - (- )(- )3(0kA10kA0kB0kc=0 =- /Z 1= /Z1 )3(1k)(k0k =0； =02A)3(AK 点三相短路故障时故障分量电压、电流相量图如图 2 所示,其正序电压分布图如图 3 所示。2 两相接地短路 K(1.1) 故障分量分析K 点 BC 相接地短路时,在 K 点反向接入正常运行电压 、 造成,原有电0kBkC源电动势 M=0, N=0 的情况下 ,即在
8、故障分量电压- 、- 作用下,在其 K 点 BCkk相接地短路时故障分量网络如图 4 所示,在K 点 BC 相接地短路故障分量的边界条件为： =0； =- ； =-)1.(kAkB0kC0在故障分量网络中建立相应的故障分量正序、负序、零序电压、电流；用特殊相 A相序分量表示，可得序电压、电流边界条件方程式如下 ： = =0)1.(kA).()1.(2kA).(0k )3(1kC- =0kB)3(1 - =)3(1kB0kA)3(1- =0kc)3(1C kA k )3(1kA )3(1k c kB图 2 K 点三相短路故障时的故障分量电压、电流 相量图Fig2 Fault component
9、current and volage vector diagram of k points three-phase short circuit faultKOUMA UNAM K N-U 0kA（a）故障分量电压分布 （a） Voltage set of fault componentU MA U NA（b）总的正序电压分布（b）All set of positive sequence voltage图 3 K 点三相短路故障时的正序电压分布Fig3 Positive sequence voltage set of k points three-phase short circuit faul
10、tZM1 M ZMK1 K ZNK1 N ZN1kA )1.(kCZN1ZM1ZM1ZMK1 ZNK1B MC ZMK1 ZNK1 NC ZN1 NB MB 0 ).(g 0kB NC MB NB MC图 4 BC 相接地时的故障分量网络Fig4 Fault component network of BC two-phase grounding faultZM1M MA ZMK1 K ZNK1 NA N MA ZN1 NA )3(kA-+图 1 K 点三相短路故障时的故障分量网络Fig1 Fault component network of k points three-phase short
11、 circuit faultkA03 =a2 a kB)1.(A)1.(2k).(0kA=-（a 2 Z1 a Z2 Z0)1.(k)1.(2k)1.(0k）=- 0B =a a 2 kC)1.(A)1.(k).(0kA=-（a Z1 a 2 Z2 Z0)1.(k)1.(k)1.(0k）=- 0C将上三方程联合求解,得到 = /Z 1 Z 2 )1.(kA0Z0 /(Z2 Z 0 ) =- Z0 /(Z2 Z 0 )1.2k.(k =- Z2 /(Z2 Z 0 ).(0A).又 =- Z1)1.k.(k=-Z1 /Z 1 Z 2 0Z0 /(Z2 Z 0 )当 Z1 =Z2 时, =- (Z1
12、 Z 0 )/(Z2 2Z 0 )1.(kA0k =- Z2.2).=-Z1 - Z0 /(Z2 Z 0 )1.(kA当 Z1 =Z2 时, =-.2 Z0 /(Z1 Z 0 ）)1.(k= Z0 /(Z1 2Z 0 )0A =- Z0)1.(0kA).(k=-Z0 - Z2 /(Z2 Z 0 )1.(当Z 1 =Z2 时, =- Z0 /(Z1 Z 0）).(0kA).(1k= Z0 /(Z1 2Z 0 )可见: 与 大小相等 , 相位相).(2k).(kA同,与 反相位。1.A = k).()1.(2k)1.(0k= (Z0 -Z1 )/(Z1 2Z 0)0(Z0 Z 1 时） )1.(k
13、A).(2kA将 、 、 代入 、.1.1.kB中，可得: =- 、 =- 表kCkB0kC0示分析无误。根据上述计算分析,可作出故障分量复合序网如图 5 所示,有关故障点故障分量电压、电流相量如图 6 所示,显而易见,故障分量的负序网络、零序网络与原有的负序网络、零序网络相同，两相短路 K（2） 、单相接地短路 K（1） 故障分量分析，方法类同，在此不赘。Z 1 Z 2K1N1K2N2 ).(kA )1.(kA 0kA k k无源网络 0kAZ 0 )1.(kK0N0图 5 BC 相接地时的故障分量复合序网Fig5 Fault component compound sequence netw
14、ork of BC two-phase grounding fault 0kA )1.(2kA )1.(kA ).(C )1.(2k )1.(kB 0kC 2 0 0kB ).(2 .10k .0 （a） 电压故障分量相量图(a) Voltage fault component vector diagram(Z0 Z 1 时)4 0kA )1.(2C )1.(kA ).1(2kB )1.(kB )1.(k .2A ).(03 )1.(0k k k（b）电流故障分量相量图(b) Current fault component vector diagram图 6 BC 相接地短路时故障分量相量图F
15、ig6 Fault component vector diagram of BC two-phase grounding fault图中示出的是 Z0 Z 1 情况 120；当 Z 0=Z1 时，(a)图中 =0；(b)图kA中 120；当 Z0 Z 1 时，(a)图中 反向；(b) 图中 120。A3 结论3.1 求故障分量的步骤:3.1.1 列出故障分量的边界条件。3.1.2 根据边界条件求出特殊相序分量特点，作出故障分量复合序网。3.1.3 根据复合序网可求出电网中各支路、各节点电流、电压故障分量,并可求出规律性特点(继电保护中用)。3.1.4 根据复合序网，可方便求得故障分量电流、电压
16、相量图之间的关系。3.1.5 由故障分量边界条件的全电压、全电流与其边界条件的序电压、序电流应用解析式与相量图关系互为验证其分析的准确性。3.2 对在 K 点发生 K（3） 、K （2） 、K （1） 、K（1.1） 短路故障时故障分量电流、电压有如下结论：3.2.1 故障点的短路电流就是故障分量电流。3.2.2 故障点的负序、零序分量电流、电压就是故障分量负序、零序电流、电压。3.2.3 故障点的正序分量电流、电压与故障分量正序电流、电压不同。3.2.4 在分析故障分量时,正序、负序、零序网络均是无源网络,故有如下关系式： =- Z1 ； KA1= -kA1Z1 1kA0kA =- Z 2=
17、KA2=-kA2Z2 2 =- Z0 =KA0=-kA0Z00kkA1= ； kA2= ； kA0=1A2kA0kA为分析方便，角标右上角带“ ”表示故障分量。参考文献1 王梅义.高压电网继电保护运行.北京电力工业出版社,1981 年.王梅义.电网继电保护应用.北京电力出版社,1999 年.WANG Mei-yi. Relay Protection Running of High Electric Power System.Beijing Electric Power Industry Press,1981.WANG Mei-yi.Application of Electric Power S
18、ystem Relay Protection.Beijing Electric Power Press,1999.2 朱声石.高压电网继电保护原理与技术第三版.电力出版社,2005 年.ZHU Sheng-shi. The Third Edition of High Electric Power System Relay Protection Principle and Technology. Electric Power Press,2005.3 江苏省电力公司编电力系统继电保护原理与实用技术.电力出版社,2006 年.Electric Power System Relay Protecti
19、on Principle and Practical Technology written by Jiangsu Electric Power Corporation.Electric Power Press,2006._收稿日期： 修回日期：作者简介：1.王继弘（1967-） ，男，高级工程师，华电湖南石门发电有限公司，主要从事电力生产、科研和经济方面的工作。固定电话 0736-5236101 手机：13975601776 邮编：4153002.李仲明(1938-)，男，教授级高工程师，退休于宁夏电力公司调度中心，主要从事电力系统继电保护管理工作。固定电话 0951-4912690 手机：13995377549
