基于DTS系统仿真的电力系统短路故障分析

陈 岩

沈阳际华三五四七特种装具有限公司 (沈阳 110045）

随着智能电网的发展，现代电网事故发生率虽已大幅降低，但任一次重大事故带来的国民经济损失与以往相比都有成倍增长的趋势。通过对许多重大事故的分析表明：短路故障对电力系统的正常运行和电气设备有很大的危害。因此，从电气主接线方案的比较与选择、到确定是否要采取限制短路电流的措施，以及电气设备的动、热稳定校验和开断能力校验，都需要对电力系统短路故障进行研究。

本文利用 DTS系统工具仿真中故障仿真模块进行电力系统短路故障仿真，快速得到电力系统中短路故障电流，避免了复杂的短路电流计算。

1 DTS仿真系统[1]

DTS系统是基于电力系统仿真和调度自动化结合的用于培训电网调度员的计算机数字仿真系统。通过建立实际电力系统数学模型再现各种调度操作和故障前后的系统工况，并将模拟结果送到仿真的电力系统控制中心，为调度员提供一个不影响实际系统运行的身临其境的调度环境。

DTS系统是与EMS系统真正一体化的新一代调度员培训仿真系统[2]。该系统能够模拟现代电网运行中的各种操作、故障，对现代电网运行操作人员所做的电网操作进行实时计算，并把操作后潮流计算结果或者现代电网运行方式所进行的动态离线或在线计算结果快速、准确地在图形界面上显示出来。

DTS系统中的电力系统模型包括稳态模型和动态模型两部分[3]。稳态模型考虑系统操作或调整后电网潮流的变化和系统频率变化，采用动态潮流算法来模拟，不考虑机电暂态过程，可用稳态电量来启动自动装置，并用逻辑方法来模拟继电保护，该模型考虑了中长期动态过程，主要应用于调度员培训、运行方式安排和反事故演习等。动态模型考虑故障或操作后发电机的机电暂态变化过程，可用暂态变化过程中电量值来启动自动装置和继电保护，该模型考虑了暂态过程，主要应用于运行方式研究、事故分析和继电保护校核等。

2 算例分析

当DTS系统在稳态运行时，动态计算程序一直处于休眠状态。当系统发生故障时，DTS系统进入动态仿真，自动进入暂态计算。本文利用DTS系统对IEEE9节点系统（IEEE9节点测试系统接线图如图1所示），进行短路故障仿真分析，用来比较三相短路和两相短路故障电流之间的关系。

图1 IEEE9节点测试系统接线图

在调度员潮流状态下，分别断开2号、3号升压变高压侧断路器，构成单电源辐射线路。在线路LineAto2上分别设置AB两相短路和ABC三相短路故障，故障位置均在线路首端（50%），故障持续时间设为50ms，进入DTS仿真系统进行故障计算。仿真结果如表1～表4、图2～图3所示。

2.1 分析两相短路电流各相序电流之间的关系

表3中，AB两相短路：

表明两相短路中，故障相电流相等且很大，非故障相电流很小。说明两相短路中，正序电流与负序电流大小相等。零序电流说明两相短路故障点没有零序电流。

2.2 分析两相短路电流与三相短路电流的关系

当网络正序阻抗与负序阻抗相等时，两相短路电流是三相短路电流的/2倍。

2.3 分析三相短路电流各相序电流之间的关系

说明发生三相对称短路时，三相短路电流大小均相等，且表现为正序电流，无负序和零序电流。

2.4 分析短路电流各相电流数据的正确性

AB两相短路：A相

表1 线路LineAto2两相短路后线路首末端电流

表2 线路LineAto2三相短路后线路首末端电流

表3 AB两相短路故障点对地电流

表4 ABC三相短路故障点对地电流

ABC三相短路：A相

由以上分析可知：通过DTS系统仿真计算得出的三相短路数据和两相短路数据是正确的、合理的。

图2 线路LineAto2三相短路电流曲线

2.5 分析两相短路电流和三相短路电流曲线图

图2中ABC三相短路时：

三相短路电流处的短路电流

图3中AB两相短路：

两相短路电流处的短路电流值

图3 线路LineAto2两相短路电流曲线

比较两相短路和三相短路电流值：

即不满足。

产生该情况的原因：

(1)计算数据不确切。计算数据为首末端初始时刻流向短路点的短路电流值，没有考虑该线路对短路电流的影响。

(2)计算方法不确切。曲线中只显示短路电流大小，没有短路电流相角。计算短路电流时应采用各相短路电流的相量形式，不能仅用短路电流的大小来计算，否则计算结果会产生一定的误差。

3 结语

远距离、大容量、大电网互联以及新设备的投入应用使电网运行更加复杂，给电网的稳定性和安全性带来了巨大的挑战，对调度要求更加严格。本文基于DTS系统对电力系统短路故障进行了仿真和计算，分析比较了线路在相同地点发生三相对称短路和不对称短路故障时短路电流之间的关系，验证了DTS系统仿真模拟方法的准确性、合理性和有效性。但该仿真系统在生成定制动态曲线时，存在一定的不足，会给仿真计算验证带来一定的误差。

[1]张慎明，姚建国.调度员培训仿真系统(DTS)的现状和发展趋势[J].电网技术，2002,26(7):60-66.

[2]张力平.电网调度员培训模拟(DTS)[M].北京：中国电力出版社，1999.

[3]潘志宏，孙宏斌，张伯明，等.新一代DTS中的动态仿真程序[J].清华大学学报,1999,39(9):18-21.