四相輸電系統(tǒng)的復(fù)雜故障分析

李捷

（國網(wǎng)荊州供電公司，湖北荊州，434000）

0 引言

與三相輸電線路相比，多相輸電線路擁有更多潛在的優(yōu)勢。諸如桿塔結(jié)構(gòu)輕巧、架線走廊偏窄、輕便的桿塔結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢都使得多相輸電線路具備強(qiáng)大的輸送能力。不僅如此，根據(jù)相關(guān)的測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，多相輸電線路較三相輸電線路相比在噪聲控制方面更為顯著，出于環(huán)境因素的角度考慮，使用多相輸電線路也是最優(yōu)選擇。國外很多研究機(jī)構(gòu)開始了多相輸電系統(tǒng)的研究。

多相輸電系統(tǒng)具有很大的優(yōu)勢，但也存在一定的缺陷，而四相電路可以說既有效傳承了多相電路的優(yōu)勢，又在很大程度上克服了多相電路的缺點(diǎn)。作為最小可能偶數(shù)相系統(tǒng)，四相輸電系統(tǒng)在對(duì)線路走廊寬度上進(jìn)行減小的同時(shí)還能夠保持運(yùn)行電壓等級(jí)不變，在輸送容量上較三相相比提升了約33%，可提高單位走廊寬度輸送容量41.1～88.8%，經(jīng)濟(jì)及環(huán)境效益十分顯著。四相輸電系統(tǒng)的復(fù)雜故障分析，是輸電理論的一項(xiàng)重要研究內(nèi)容。它是對(duì)多相輸電系統(tǒng)的取優(yōu)補(bǔ)缺，也是滿足新時(shí)代發(fā)展具有高效率的輸電方式，通過對(duì)其故障分析能夠有效對(duì)四相輸電系統(tǒng)進(jìn)行更深入的研究，在維護(hù)和檢修方面很具理論意義。文[1]對(duì)四相輸電系統(tǒng)的特點(diǎn)及優(yōu)勢進(jìn)行了相對(duì)全面的闡述。文[2]將對(duì)稱分量法引入四相輸電系統(tǒng)的故障分析之中,建立了四相輸電系統(tǒng)復(fù)雜故障分析的基本理論；文[3]討論了克拉 克坐標(biāo)下各類簡單故障的邊界條件及其對(duì)應(yīng)的復(fù)合克拉克網(wǎng)絡(luò)，并計(jì)算出短路電流；文[4]闡述了對(duì)稱分量法分析了四相系統(tǒng)短路故障，得出邊界條件以及復(fù)合序網(wǎng)。

但是在某種情況下，可能在輸電系統(tǒng)的兩點(diǎn)同時(shí)發(fā)生故障。因此，對(duì)于四相輸電系統(tǒng)的復(fù)雜故障分析具有很重要的意義。

1 四相輸電系統(tǒng)復(fù)雜故障的分析計(jì)算

■1.1 四相系統(tǒng)的克拉克坐標(biāo)變換法

在對(duì)四相輸電系統(tǒng)的故障分析時(shí)，普遍采用的是對(duì)稱分量法，但是，四相系統(tǒng)在復(fù)雜短路故障情況下，對(duì)稱分量坐標(biāo)下的故障處的邊界條件不能與簡單復(fù)合序網(wǎng)對(duì)應(yīng)，這給建立四相系統(tǒng)故障分析計(jì)算的一半方法帶來了不便。故本文采用的是克拉克坐標(biāo)分析法，建立了相應(yīng)的復(fù)合克拉克網(wǎng)絡(luò)，并給出了復(fù)雜短路故障處的短路電流計(jì)算結(jié)果。

根據(jù)[5～6],我們可以知道在n=4時(shí)的四相系統(tǒng)的克拉克轉(zhuǎn)換矩陣為：

克拉克坐標(biāo)與對(duì)稱分量坐標(biāo)間的變換為：

電壓降的對(duì)稱分量和電流對(duì)稱分量之間的阻抗矩陣為：

式（4）中z1、z3、z2、z0分別為線路的正序、負(fù)序、半零序、零序阻抗，其中：

式（5）中zs、zm1、zm2分別為線路自阻抗、相鄰相互阻抗、對(duì)角相互阻抗，由克拉克變換，可以得出：

作出各序網(wǎng)電路,在短路端口求出網(wǎng)絡(luò)的代維南等值電路即為四序網(wǎng)等值電路，其形式如圖1所示。

圖1 四序網(wǎng)等值電路

■1.2 克拉克坐標(biāo)下的復(fù)雜故障分析

（1）兩相相間短路接地，同時(shí)另兩相相間短路故障。

相分量邊界條件：

克拉克分量邊界條件：

從而可以確定復(fù)合克拉克網(wǎng)絡(luò)為：

圖2 兩相相間短路接地，同時(shí)另兩相相間短路故障克拉克網(wǎng)絡(luò)

可以計(jì)算出：

（4）一相短路接地，同時(shí)另三相相間短路。

相分量邊界條件：

克拉克分量邊界條件：

從而可以確定復(fù)合克拉克網(wǎng)絡(luò)為：

圖3 一相短路接地，同時(shí)另三相相間短路

2 結(jié)論

（1）本文在對(duì)四相輸電系統(tǒng)復(fù)雜故障進(jìn)行分析計(jì)算的過程中分為兩種情況進(jìn)行，一種是兩相相間短路接地同時(shí)兩相相間短路故障，另一種是一相短路接地同時(shí)另三相相間短路，本次研究得出了特定情況下短路電流的計(jì)算方法及公式。通過本文研究能夠在一定程度上推動(dòng)四相輸電系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展

（2）建立在克拉克坐標(biāo)的基礎(chǔ)之上，在對(duì)四相系統(tǒng)中復(fù)雜電路故障邊界條件進(jìn)行探究過程中有效借助于復(fù)合克拉克網(wǎng)絡(luò)，此類方法優(yōu)化了分析三、四相混合輸電系統(tǒng)的復(fù)雜故障分析，能夠提供一定的理論依據(jù)。