摘要：在电力系统继电保护的整定计算中，对于一个保护的整定计算，往往需要针对不同的故障位置及故障类型进行多次故障计算。基于此，文章从继电保护整定计算中故障计算原则出发，构建出基于网络操作形式的故障统一计算模型，将补偿算法作为基础，提出一种通用的整定计算方法。
关键词：电力系统；继电保护；故障计算；通用方法
1继电保护整定计算中故障计算原则
为了保证继电保护装置在电力系统各种常见及预想运行方式下都能够满足灵敏度和选择性的要求，整定计算过程，必须考虑系统运行方式的变化，其原则通常如下：
（1）以电力系统常见的若干运行方式作为整定计算以及故障计算的系统基本方式。
（2）在系统基本方式的基础上，考虑保护对侧或背侧母线上元件的轮断组合，作为计算该保护定值时的系统预想运行方式。
2继电保护整定计算故障的统一模型
2.1故障计算的基本算法
电力系统的故障计算在数学上归结为对故障状态下网络方程的求解。网络方程通常有两种形式，即阻抗型网络方程ZI=V和导纳型网络方程YV=I，其中V为节点电压列向量，I为节点注入电流列向量，Z为节点阻抗矩阵，Y为节点导纳矩阵，Z与Y互为逆矩阵。
2.1.1基于节点导纳矩阵的故障计算模型
电网在系统基本运行方式下正常运行时的导纳型网络方程可以表示为：
Y（120）V（120）=I（120）（1）
式中，V（120）为网络节点三序列向量，I（120）为网络节点三序注入电流列向量，Y（120）为网络节点三序导纳矩阵。设网络节点数为n，则V（120）和I（120）为3n维向量，Y（120）为3n×3n维矩阵。将式（1）简化为：Y（0）V（0）=I（0）（2）
电网在某个预想方式下发生故障瞬间，设其网络方程为：Y（f）V（f）=I（f）（3）
其中Y（f）为预想方式下故障时的网络节点三序导纳矩阵。
由于故障瞬间电流不能突变，I（f）与预想方式下正常运行时发电机（包括等值发电机）的三序注入电流向量相同。而导纳矩阵具有可迭加性，预想方式下故障时的网络节点三序导纳矩阵Y（f）可由基本方式下正常三序导纳矩阵Y（0）和故障修改导纳矩阵ΔY（f）以及方式变更修改导纳矩阵ΔY（m）迭加而成，设故障重数为nf，方式变更元件的数目为nm，则有：
（4）
解线性方程组（3）可以求得网络节点三序电压列向量V（f），由V（f）和各网络元件的阻抗参数即可求得待求元件的三序电流分布，进而组合得到故障瞬间其三相电压及三相电流。
2.1.2基于节点阻抗矩阵的故障计算模型
由对称短路分析的方法，发生短路故障时，相当于在故障节点增加了一个注入电流，因此发生故障时，网络中任一节点i的三序电压为：
（5）
式中：IF（1），IF（2），IF（0）为故障口的各序电流，其中ZiF（q）=Zif（q）-Zik（q），横向故障时，f代表故障点，k代表零电位点，故ZiF（q）=Zif（q）即节点i和故障点f间的互阻抗。纵向故障时，k代表故障点f′，便有ZiF（q）=Zif（q）-Zif′（q）。发生简单不对称故障时，故障口的正、负、零序电流计算的通式为：
（6）
其中：ZΔ、K2、K0取决于具体的故障形式，反映了故障时三序网间的串/并联关系。将故障口各序电流代入公式（5）即可求取待求点电压及电流。
2.2模型的选择
网络操作指的是在继电保护整定计算当中为改变电力系统的运行方式而轮流切除系统内的各元件的操作。通常的故障计算方法整定保护装置时，考虑到网络操作的对电网的影响可能会适当改变原网结点阻抗的数据，如此的改变不仅会引入修正误差，而且降低计算速度及计算效率，致使常规方法难以满足电力系统需要进行在线整定的要求。高压输电网中整定继保装置时，须计及输电线路零序互感的影响。假定在图1所示考虑网络操作的电网中，互感支路i-j的i侧发生非全相断线故障，对应地故障等价网络如图2。在图2中，（Id）为电网出现故障时注入电流列相量，参数与故障类型相关；p-q表示与i-j对应的互感支路。
图1网络操作的模拟
图2障等值网络示意图
为能够使用原网络的结点导纳矩阵进行故障计算，需要恢复因为断相导致的系统拓扑结构发生的变化，需要先在图2中的i结点处接大小为-1Ω的阻抗作为虚拟支路i-f，再在结点f和结点t之间并联两条大小为-1Ω和1Ω的虚拟支路，将图2等价转变为图3。
图3故障等值网络的变形
图4故障分析计算的统一模型
从图3可知，为在同一个网络结构中反应出网络操作和断相故障两者的影响，仅需要新的等效支路连接在虚线内的网络中，依据补偿法，将新的等效支路的影响作用在原网对应结点注入的补偿电流[Ic，Ift]T模拟后，即可建立起故障计算所需要的统一模型，见图4。需要说明的是，在图4中选取Ift和I（d）的适合的参数，就可以求得所需要的各种故障的模型。
3总结
本文基于补偿法，建立了继电保护整定计算中故障计算的统一模型，这种模型可完成继电保护整定计算中所需的各种故障计算，具有计算量相对较小、物理概念明确、复杂故障对应的计算模式统一、不受故障种类的影响等特点，对于继保装置整定值的计算、故障计算以及提升电网的安全运行起了重要作用。
参考文献：
[1]关于继电保护整定计算的探讨[J].李富涛.华北电力技术.2010（04）
[2]刘秀春.刍议电网继电保护运行整定计算中对于故障电气量的计算[J].黑龙江科技信息，2014，（32）：162，211.
作者简介：
黎华敏（1981.9-），女，广西蒙山人，河海大学电力系统及其自动化硕士，高级工程师，单位：国电科学技术研究院，研究方向：火电厂继电保护整定计算。
论文作者:黎华敏
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/19
标签：故障论文; 导纳论文; 节点论文; 网络论文; 矩阵论文; 电流论文; 方式论文; 《电力设备》2017年第28期论文;