特高压输电线路短路故障时的自由振荡频率分析

特高压输电线路短路故障时的自由振荡频率分析

曾颖靳涛路蕙源任虹

辽宁省送变电工程有限公司辽宁沈阳110021

摘要：随着全国联网的需要和西电东送战略的实施，长距离、大容量输电已经成为我国资源优化配置的必然选择，发展特高压交流输电，建设更坚强的主网架，已经成为未来电网发展的关键课题之一。本文主要对特高压输电线路短路故障时的自由振荡频率进行了简要的分析。

关键词：特高压；输电线路；短路故障；自由振荡频率

1特高压变电站短路电流分流系数

1.1变电站站内短路电流分析

由于输电线路的架空地线和变电站接地网连为一体，短路故障电流从接地网入地时，一部分电流会通过变电站的地线从杆塔的接地装置和远端变电站入地。入地电流与总故障电流的比值(分流系数)受变电站接地电阻、线路地线电阻、杆塔接地电阻等的影响比较大。此外，架空地线与相导线之间的互感也会起很大作用。实际变电站发生短路故障时，故障电流由线路的相导线提供，即相导线作为电流引线，如图1所示。由于相导线与地线保持长距离平行且二者之间的距离非常近，这会产生很大的线路互感。相导线提供的故障电流会通过互感的作用在地线中感应出很大的反向电流，这部分电流是分走故障电流的主要部分之一。对于多回输电线路，由于互感的作用，提供故障电流多的线路地线分走的电流多，其他线路地线分走的电流少;同时，地线电阻和杆塔接地电阻也会对分流起到一定作用。

变电站站内短路时，短路故障电流为I0(工程设计中经常会提供该电流)，该电流是由变压器两侧的无穷远程的电源提供的(无穷远程的电源未出现在图3中)，而不仅仅来自于短路侧的电源。根据基尔霍夫定律，这些短路电流终将流回两侧的电源。由于是站内短路，因此部分电流Ig会直接通过接地系统由大地流向无穷远程的电源。由于变压器中性点和线路地线都连接在地网上，因此也有部分电流通过变压器中性点(有时也包含发电机的中性点)和高低压侧线路地线流出接地网，即IN、Iw1和Iw2。对于通过地线流回电源的电流Iw1和Iw2，在逐级经过杆塔时又会有部分电流通过杆塔接地系统流向大地，即Iw12和Iw22，剩余电流Iw11和Iw21则继续通过地线流回电源。

1.2站内故障的分流系数

分流系数可以分为接地网的分流系数和地线的分流系数两个方面，分别表征变电站发生站内短路故障时，接地网和架空地线对短路故障电流的分流能力。

IEEE标准和国家标准中通常给出的是地线的分流系数Ksl，可表示为

2自由振荡主频方法分析

2.1自由振荡主频分量的原有分析方法

高压输电线路可以用分布参数网络或集中参数网络表示，在分析故障瞬时分量时，二者各有优势，利用分布参数网络等值输电线路时，可以精确计算线路的故障瞬时过程，但是计算比较复杂，计算量很大，适用于利用计算机求解;利用集中参数网络等值输电线路时，计算比较简单，可以给出近似的解析表达式，能够直观地说明故障瞬时分量的特点，工程上一般采用T型集中参数网络等值输电线路。将线路用一个等效T型网络代替，如图4所示。

图6分布电容支路

对于图6b)的电容支路来说，电流的特征方程为:

比较两种方法自由振荡角频率为:

（13）

从分析过程看，原有分析方法利用假设条件是为了准确的推导出高频分量的角频率而做出的假设，忽略了部分电阻分量，会对衰减时间常数产生一定影响:而新方法利用线路特点进行推导，并未忽略电阻分量，得到的结果应更加准确。

因此，比较两种推导方法，第二种方法的物理概念更清晰，有更好的理论依据。

3结语

自由振荡频率分量的幅值与线路分布电容中储存的能量大小有关，当电压为零时发生故障，此时线路分布电容储存的能量接近于零，由于线路电感中的能量将会向电容释放，所以自由振荡频率分量的幅值也不为零。也就是说，故障后此分量是一定存在的。而且，此分量中也包含了很多有用的故障信息，因此基于自由振荡频率分量的保护研究也很有必要性。