一种基于相分量模型的输电系统单相接地短路电流分布计算方法
【技术领域】
[0001] 本申请属于输电系统领域，具体涉及一种基于相分量模型的输电系统单相接地短 路电流分布新算法，适用于110~500kV双侧电源或单侧电源的双架空地线的复杂输电系 统，其中的架空地线包括光纤复合架空地线和普通的架空地线。架空地线的运行方式更接 近现代输电系统的实际运行状况，包括架空地线是否分段绝缘运行和架空地线是否逐塔接 地运行。本申请能够准确分析出输电线路发生单相接地短路时，相线上短路电流值和架空 地线上短路电流的分布状态，具有很好应用价值，对输电系统发生单相接地短路后的短路 电流分布有着重大的意义。
【背景技术】
[0002] 由于输电线路可以分解成为由档距为单位形成的大规模的电力网络，其中涉及到 线路的换位、杆塔的型号、杆塔的级数、杆塔接地电阻和线路两侧系统的参数等，通过这些 参数求解等效电路。输电线路运行复杂，使用合适的方法处理这些参数也是定量分析的关 键。基于相分量的计算方法则能充分反映出输电线路的复杂运行状况，对三相系统参数的 对称性没有要求，导线之间的互感、架空地线的不同运行方式等因素都能在相分量法中体 现。因此，面对线路和架空地复杂的运行方式，基于相分量法在计算架空地线上短路电流分 布的应用越来越广泛。
[0003] 基于相分量模型的双侧消去法在理论和研宄方面，有研宄者做了大量的工作。加 拿大学者F.Dawalibi提出了相分量法的计算原型，在理论和工程实际中都做了相当多的 工作，在国内也有学者对该算法进行了引进和研宄。值得注意的是，其研宄对相线的数目没 有限制，进行了广义扩展，但是分析中所针对的都是单根架空地线的情形，并且没有考虑到 输电线路两端电源的情形。本申请对输电系统中架空地线上单相短路电流算法的改进，在 其理论基础上考虑了双侧电源的情形，同时针对的典型三相线双架空地线的输电系统，充 分考虑了架空地线每档距上的分段绝缘和是否逐塔接地运行的状况，更加符合现代架空输 电的实际运行方式。
[0004] 在各类故障中，单相短路的发生频率最高。短路电流在输电线路和架空地线线上 的分布情况也直接影响到系统的安全运行，同时也是在实现架空地线线的选型设计和进行 绝缘间隙整定时保证间隙在短路故障时被击穿有着重要的意义。
[0005] 在本申请中说明的基于相分量模型的输电系统单相接地短路电流分布新算法，能 够准确分析出输电线路发生单相接地短路时，相线上短路电流值和架空地线上短路电流的 分布状态。
【发明内容】
[0006] 本申请的目的是克服现有技术上的不足，提出基于相分量模型的输电系统单相接 地短路电流分布新算法。本研宄方法是创新性地提出来在输电线路单相接地短路故障时短 路电流分布的处理的新方法。本申请适用于110~500kV双侧电源或单侧电源的双架空地 线的复杂输电系统，其中的架空地线包括光纤复合架空地线和普通的架空地线。架空地线 的运行方式更接近现代输电系统的实际运行状况，包括架空地线是否分段绝缘运行和架空 地线是否逐塔接地运行。本申请能够准确分析出输电线路发生单相接地短路时，相线上短 路电流值和架空地线上短路电流的分布状态，具有很好应用价值，对输电系统发生单相接 地短路后的短路电流分布有着重大的意义。
[0007] 本申请的技术方案如下：
[0008] 一种基于相分量模型的输电系统单相接地短路电流分布计算方法，其特征在于： 将故障后的输电系统分为了左右两个独立的网络，分别进行基于相分量模型的方程列写， 形成相应的矩阵，进一步对矩阵优化，计算出典型输电系统单相接地短路电流后，得到架空 地线和相线沿线上短路电流的详细分布情况。
[0009] -种基于相分量模型的输电系统单相接地短路电流分布计算方法，适用于单端或 者双端电源的双架空地线的输电系统，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
[0010] (1)确定输电系统中发生单相接地短路故障的杆塔的塔号；
[0011] (2)以发生单相接地短路故障的杆塔为界，将整个架空输电网络分为左右两侧网 络；
[0012] (3)分别确定左右两个网络的网孔级数分别为m级和n级；
[0013] (4)分别对左右两个网络的网孔进行编号；
[0014] (5)根据基尔霍夫电压定律，对左右两侧的所有网孔列写电压回路方程，所述的网 孔包括相线和架空地线各自形成的所有网孔，在左右两侧的所有网孔列写电压回路方程；
[0015] (6)分别对左右两侧的网孔方程矩阵化，并分别在左右两个网络中进行迭代；
[0016] (7)确定故障杆塔处，左右两侧的网孔的电流边界条件，所述的左右两侧的网孔电 流边界条件是指根据基尔霍夫定律，得到的步骤（6)中的左右两侧第1级网孔即离发生单 相接地短路的杆塔最近的左右两侧的网孔电流和单相接地短路电流的关系式；
[0017] (8)联合迭代后的所有网孔方程和电流边界条件进行方程的求解，解出相线和每 条架空地线的各档距上的短路电流；
[0018] (9)对所得到的短路电流进行绘图，得到的电流的分布规律和特点。
[0019] 在步骤（2)中，所述的左右两侧的网络具体是指，左侧网络：从发生接地短路故障 的杆塔到输电线路首端的所有杆塔和杆塔之间的相线、架空地线形成的所有网孔；右侧网 络：从发生接地短路故障的杆塔到输电线路末端的所有杆塔和杆塔之间的相线、架空地线 形成的所有网孔。
[0020] 在步骤（3)中，左侧网络中所有的网孔共有n级，右侧网络中所有的网孔共有m 级；这些网孔的级数是由发生单相接地短路故障的杆塔和整个输电系统的杆塔级数共同确 定的，当故障发生后，m和n的值就相应的确定，其中m+n的值等于整个输电系统的杆塔级 数。
[0021] 在步骤（4)中，所述的具体编号规则为：从发生单相接地短路的杆塔到输电线路 的首端方向，左侧所有网孔依次编号为1到n ;从发生单相接地短路的杆塔到输电线路的末 端方向，右侧所有网孔依次编号为1到m ;
[0022] 在步骤（5)中，所述的左右两侧所列写的电压回路方程，每条架空地线的每级网 孔中，感应电压包括该档距内发生单相接地的故障相线电流的对其的感应电压和另一条架 空地线对其的感应电压。
[0023] 在步骤（6)中，所述的对矩阵化的网孔电压方程的迭代具体方法为：对左侧的网 络，分别从网孔编号为1到n进行一次迭代，进一步从网孔编号为n到1进行第二次迭代； 对右侧的网络，分别从网孔编号为1到m进行一次迭代，进一步从网孔编号为m到1进行第 二次迭代，迭代的最终目的是让各级档距上的短路电流和左右两侧网络的1号网孔具有相 应的推导关系；
[0024] 其中，所述的左侧网络中的迭代方法是指先从左侧网络电源向故障点方向，得到 前后两级网孔电流的关系式，再从故障点向左侧网络电源方向，得到前后两级网孔电流的 关系式，联立所述的两个关系式表达出左侧网络中任意的网孔电流和左侧网络的1号网孔 电流的关系式；所述的右侧网络中的迭代方法是指先从右侧网络电源向故障点方向，得到 前后两级网孔电流的关系式，再从故障点向右侧网络电源方向，得到前后两级网孔电流的 关系式，联立所述的两个关系式表达出右侧网络中任意的网孔电流和右侧网络的