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摘要：本文不仅对影响零点漂移的因素进行了详细的分析研究，且在做仿真计算时采用了断路器动态电弧模型Ｓｃｈｗａｒｚ模型，提高了计算精度。
关键词：高压交流；短路；零点漂移；
中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：
一、影响短路电流零点漂移因素分析
单相短路取６ｋＡ，短路前负载电流为１８００Ａ，直流分量衰减时间常数为０．１２，由于在短路回路中，电抗值要比电阻值大很多，即ωＬ远大于Ｒ可以近似认为φｋ≈π／２。所以得：ｉｋ＝ －Ｉｍｐｃｏｓ（ωｔ＋α）＋（Ｉｍｓｉｎ（α－φ）＋Ｉｍｐｃｏｓα）ｅ－ｔ／Ｔ。
1.1电源电压相位角对零点漂移的影响
当φ＝π／３时，其他条件不变，短路电流随α角的增大而减小，如图1所示。从图1可以看出，α角越小直流分量初始值越大，短路电流延迟过量点时间越长，当α＝０°时，直流分量初始值最大，为４．４４１ｋＡ，短路电流首次过零时间最长，为１７．２ｍｓ，非周期衰减最慢；当α＝９０°时，直流分量初始值最小，为０．９ｋＡ，短路电流首次过零时间为１０．４ｍｓ，基本没有延迟，非周期衰减最快。
图一 电源电压相位角对零点漂移的影响
1.2故障前负载电流幅值
Ｉｍ对零点漂移的影响由公式可以看出，在研究短路前负载电流幅值Ｉｍ对零点漂移的影响时应分两种情况，即α－φ＞０和α－φ＜０。图2给出了两种情况下Ｉｍ与短路电流的关系。由图2可以看出，在其他条件不变的情况下，当α－φ＞０，随着Ｉｍ的增大，短路电流首次过零时间分别为１３．１、１３．６、１３．９ｍｓ，非周期分量起始值分别为３．０、３．９、４．４ｋＡ，它们都随着Ｉｍ的增大而增大；当α－φ＜０，随着Ｉｍ的增大，短路电流首次过零时间分别为１８．３、１７．６、１７．３ｍｓ，非周期分量起始值分别为６．０、５．１、４．６ｋＡ，他们都随着Ｉｍ的增大而减小。
图二 短路前负载电流幅值Ｉｍ对零点漂移的影响
1.3短路前电压电流夹角对零点漂移的影响
当α＝π／３时，图3给出了零点漂移随短路前电压电流夹角φ的变化。当其它条件不变时，随着φ角的增大，短路电流第１次过零时间和非周期分量起始值减小，当φ＝９０°时，短路电流第１次过零时间和非周期分量起始值最小，分别为１２．７ｍｓ和２．１ｋＡ，此时非周期分量衰减最快。
1.4衰减常数Ｔａ对零点漂移的影响
当α＝π／６、φ＝π／３时，图4给出了零点漂移随时间衰减常数Ｔａ的变化。在其他条件不变时，Ｔａ越大短路电流第１次过零时间越长，非周期分量衰减越慢，但非周期分量起始值为４．２９６ｋＡ，没有变化。
二、断路器电弧模型
电弧模型发展途径之一是纯粹的数学模型，称之为黑盒子模型，它并不研究电弧模型内部的复杂物理过程，而是将电弧当作一个二端口元件。另一个途径是物理数学模型，根据能量守恒定律和弧柱等离子体特性列出方程组，求解推出电弧数学模型。断路器电弧是一个复杂的物理、化学过程。对一些难以实现或实现起来代价太大的开断实验，通过引入电弧模型进行计算，最早的电弧物理数学模型是Ｃａｓｓｉｅ和Ｍａｙｒ模型。Ｃａｓｓｉｅ电弧模型建立在以下假设时：电弧是具有圆柱形的气体通道，其截面温度均匀分布；电弧通道具有明确的界限，即直径，在直径以外电导很小；假如通过这电弧通道的电流变化，则其直径也同时变化，但是温度没有变化；能量和能量散出速度与弧柱横截面的变化成正比。模型方程为 ，式中，ｇ为电弧的电导；θσ为电弧的时间常数；Ｅ０为电弧的电压梯度；ｕ为电弧电压。Ｍａｙｒ电弧模型建立在如下假设时：弧柱为直径不变的圆柱体，其中离轴线距离越远温度越低；认为电弧电压与弧柱压降相等；弧柱功率的散发一部分用于传导，一部分用于辐射，不考虑对流，从电弧间隙散发的能量是常数。
三、高压交流零点漂移仿真计算與分析
3.1高压交流输电线路零点漂移与电源电压相位角的关系
依据上节给出的线路参数，利用ＡＴＰ／ＥＭＴＰ建立仿真模型，表１为在线路中点发生单相接地故障（１ＬＧ）与两相间故障（２ＬＳ）时，浙江北部断路器出口处的短路电流首次过零时间Δｔ及非周期分量衰减时间τ与α角的关系。由表１可以看出，无论是单相接地故障还是两相间故障，它们的短路电流首次过零时间和非周期分量衰减时间都随着角的增大而减小，计算结果与理论分析相一致，且它们的短路电流过零时间都小于２０ｍｓ，所以不会发生零点漂移。
表１ 短路电流的Δｔ、τ与电压相位角α的关系
3.2高压交流输电线路零点漂移与故障点接地电阻的关系
在线路中点处发生单相接地故障或两相间故障，短路电流首次过零时间Δｔ、非周期分量衰减时间τ以及非周期分量起始值ｉｎｐ０与故障点接地电阻Ｒ的关系如表２所示。从表中可以看出，随着接地电阻的增加，短路电流第一次过零时间减小，非周期分量衰减变快，这是由于随着接地电阻的增加时间常数Ｔａ减小，零点漂移持续时间减小，非周期分量收敛较快。
表２ 短路电流与故障点接地电阻的关系
3.3高压交流输电线路零点漂移与负载电流的关系
调节系统阻抗，研究在不同负载电流的情况下，线路中点发生单相接地故障或是两相间故障时，浙江北断路器上短路电流首次过零时间、非周期分量衰减时间以及非周期分量起始值与负载电流Ｉｄ的关系如表3所示。由于负载越小，系统阻抗值越大，Ｔａ越大，短路电流首次时间越长，非周期分量衰减时间也越长，反之亦然。从表3中可以看出，当负载电流＜１５００Ａ时，单相接地故障短路电流过零时间将＞２０ｍｓ，会出现零点漂移现象，因此在系统轻载的情况下，发生单相接地故障对断路器的开断性能影响较大。
表3 负载电流的大小与短路电流的关系
3.4高压交流输电线路零点漂移与断路器端口电阻的关系
当高压输电线路发生单相接地故障或者相间故障时，断路器动作的同时投入端口串联电阻Ｒ０，可以有效减小短路电流首次过零时间，其原因一方面是端口电阻的投入使短路电流减小，另一方面是使系统电阻增大，Ｔａ减小，加快了非周期分量的衰减。断路器成功熄灭电弧要求流过断路器的短路电流直流分量衰减时间应＜１２０ｍｓ。由表4可以看出，短路电流首次过零时间随着断路器端口电阻的增大而减小，当端口电阻＞５０Ω时，短路电流直流分量衰减时间＜１２０ｍｓ，因此断路器可加装阻值为５０Ω的分闸电阻。
四、结论
通过对高压电网零点漂移特性的分析研究，总结出影响短路电流零点漂移的因素主要有电压初相角、故障点接地电阻、故障点的位置，以及负载电流大小。
１）电压初相角（故障发生时刻）对短路电流首次过零时间及非周期分量衰减时间影响明显。当电压初相角α＝９０°时，短路电流首次过零时间及非周期分 量衰减时间最小。当电压初相角α＝０°时，短路电流第１次过零时间为１８．２３ｍｓ，非周期分量衰减时间为２８１ｍｓ；计算表明系统最大短路电流过零时间＜２０ｍｓ，因此不会引起零点漂移。
２）通过分析故障点不同接地电阻值对短路电流的影响以及故障点不同位置对短路电流的影响，发现它们均未使短路电流产生零点漂移。
３）表3表明，系统负载电流对电路电流零点漂移的影响也较大，当负载电流＜１５００Ａ时，短路电流第一次过零时间＞２０ｍｓ，当负载电流＜５００Ａ时，短路电流第１次过零时间可达到５８ｍｓ，超过了两个周波，引起了严重的零点漂移。
参考文献：
[1]李新。 直接耦合放大电路中零点漂移的有效抑制[J]。 黑龙江科技信息,2012,(25)。
[2]李艳。 浅析直接耦合放大电路中零点漂移的抑制[J]。 企业导报,2012,(2)。
关键词：高压交流；短路；零点漂移；
中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：
一、影响短路电流零点漂移因素分析
单相短路取６ｋＡ，短路前负载电流为１８００Ａ，直流分量衰减时间常数为０．１２，由于在短路回路中，电抗值要比电阻值大很多，即ωＬ远大于Ｒ可以近似认为φｋ≈π／２。所以得：ｉｋ＝ －Ｉｍｐｃｏｓ（ωｔ＋α）＋（Ｉｍｓｉｎ（α－φ）＋Ｉｍｐｃｏｓα）ｅ－ｔ／Ｔ。
1.1电源电压相位角对零点漂移的影响
当φ＝π／３时，其他条件不变，短路电流随α角的增大而减小，如图1所示。从图1可以看出，α角越小直流分量初始值越大，短路电流延迟过量点时间越长，当α＝０°时，直流分量初始值最大，为４．４４１ｋＡ，短路电流首次过零时间最长，为１７．２ｍｓ，非周期衰减最慢；当α＝９０°时，直流分量初始值最小，为０．９ｋＡ，短路电流首次过零时间为１０．４ｍｓ，基本没有延迟，非周期衰减最快。
图一 电源电压相位角对零点漂移的影响
1.2故障前负载电流幅值
Ｉｍ对零点漂移的影响由公式可以看出，在研究短路前负载电流幅值Ｉｍ对零点漂移的影响时应分两种情况，即α－φ＞０和α－φ＜０。图2给出了两种情况下Ｉｍ与短路电流的关系。由图2可以看出，在其他条件不变的情况下，当α－φ＞０，随着Ｉｍ的增大，短路电流首次过零时间分别为１３．１、１３．６、１３．９ｍｓ，非周期分量起始值分别为３．０、３．９、４．４ｋＡ，它们都随着Ｉｍ的增大而增大；当α－φ＜０，随着Ｉｍ的增大，短路电流首次过零时间分别为１８．３、１７．６、１７．３ｍｓ，非周期分量起始值分别为６．０、５．１、４．６ｋＡ，他们都随着Ｉｍ的增大而减小。
图二 短路前负载电流幅值Ｉｍ对零点漂移的影响
1.3短路前电压电流夹角对零点漂移的影响
当α＝π／３时，图3给出了零点漂移随短路前电压电流夹角φ的变化。当其它条件不变时，随着φ角的增大，短路电流第１次过零时间和非周期分量起始值减小，当φ＝９０°时，短路电流第１次过零时间和非周期分量起始值最小，分别为１２．７ｍｓ和２．１ｋＡ，此时非周期分量衰减最快。
1.4衰减常数Ｔａ对零点漂移的影响
当α＝π／６、φ＝π／３时，图4给出了零点漂移随时间衰减常数Ｔａ的变化。在其他条件不变时，Ｔａ越大短路电流第１次过零时间越长，非周期分量衰减越慢，但非周期分量起始值为４．２９６ｋＡ，没有变化。
二、断路器电弧模型
电弧模型发展途径之一是纯粹的数学模型，称之为黑盒子模型，它并不研究电弧模型内部的复杂物理过程，而是将电弧当作一个二端口元件。另一个途径是物理数学模型，根据能量守恒定律和弧柱等离子体特性列出方程组，求解推出电弧数学模型。断路器电弧是一个复杂的物理、化学过程。对一些难以实现或实现起来代价太大的开断实验，通过引入电弧模型进行计算，最早的电弧物理数学模型是Ｃａｓｓｉｅ和Ｍａｙｒ模型。Ｃａｓｓｉｅ电弧模型建立在以下假设时：电弧是具有圆柱形的气体通道，其截面温度均匀分布；电弧通道具有明确的界限，即直径，在直径以外电导很小；假如通过这电弧通道的电流变化，则其直径也同时变化，但是温度没有变化；能量和能量散出速度与弧柱横截面的变化成正比。模型方程为 ，式中，ｇ为电弧的电导；θσ为电弧的时间常数；Ｅ０为电弧的电压梯度；ｕ为电弧电压。Ｍａｙｒ电弧模型建立在如下假设时：弧柱为直径不变的圆柱体，其中离轴线距离越远温度越低；认为电弧电压与弧柱压降相等；弧柱功率的散发一部分用于传导，一部分用于辐射，不考虑对流，从电弧间隙散发的能量是常数。
三、高压交流零点漂移仿真计算與分析
3.1高压交流输电线路零点漂移与电源电压相位角的关系
依据上节给出的线路参数，利用ＡＴＰ／ＥＭＴＰ建立仿真模型，表１为在线路中点发生单相接地故障（１ＬＧ）与两相间故障（２ＬＳ）时，浙江北部断路器出口处的短路电流首次过零时间Δｔ及非周期分量衰减时间τ与α角的关系。由表１可以看出，无论是单相接地故障还是两相间故障，它们的短路电流首次过零时间和非周期分量衰减时间都随着角的增大而减小，计算结果与理论分析相一致，且它们的短路电流过零时间都小于２０ｍｓ，所以不会发生零点漂移。
表１ 短路电流的Δｔ、τ与电压相位角α的关系
3.2高压交流输电线路零点漂移与故障点接地电阻的关系
在线路中点处发生单相接地故障或两相间故障，短路电流首次过零时间Δｔ、非周期分量衰减时间τ以及非周期分量起始值ｉｎｐ０与故障点接地电阻Ｒ的关系如表２所示。从表中可以看出，随着接地电阻的增加，短路电流第一次过零时间减小，非周期分量衰减变快，这是由于随着接地电阻的增加时间常数Ｔａ减小，零点漂移持续时间减小，非周期分量收敛较快。
表２ 短路电流与故障点接地电阻的关系
3.3高压交流输电线路零点漂移与负载电流的关系
调节系统阻抗，研究在不同负载电流的情况下，线路中点发生单相接地故障或是两相间故障时，浙江北断路器上短路电流首次过零时间、非周期分量衰减时间以及非周期分量起始值与负载电流Ｉｄ的关系如表3所示。由于负载越小，系统阻抗值越大，Ｔａ越大，短路电流首次时间越长，非周期分量衰减时间也越长，反之亦然。从表3中可以看出，当负载电流＜１５００Ａ时，单相接地故障短路电流过零时间将＞２０ｍｓ，会出现零点漂移现象，因此在系统轻载的情况下，发生单相接地故障对断路器的开断性能影响较大。
表3 负载电流的大小与短路电流的关系
3.4高压交流输电线路零点漂移与断路器端口电阻的关系
当高压输电线路发生单相接地故障或者相间故障时，断路器动作的同时投入端口串联电阻Ｒ０，可以有效减小短路电流首次过零时间，其原因一方面是端口电阻的投入使短路电流减小，另一方面是使系统电阻增大，Ｔａ减小，加快了非周期分量的衰减。断路器成功熄灭电弧要求流过断路器的短路电流直流分量衰减时间应＜１２０ｍｓ。由表4可以看出，短路电流首次过零时间随着断路器端口电阻的增大而减小，当端口电阻＞５０Ω时，短路电流直流分量衰减时间＜１２０ｍｓ，因此断路器可加装阻值为５０Ω的分闸电阻。
四、结论
通过对高压电网零点漂移特性的分析研究，总结出影响短路电流零点漂移的因素主要有电压初相角、故障点接地电阻、故障点的位置，以及负载电流大小。
１）电压初相角（故障发生时刻）对短路电流首次过零时间及非周期分量衰减时间影响明显。当电压初相角α＝９０°时，短路电流首次过零时间及非周期分 量衰减时间最小。当电压初相角α＝０°时，短路电流第１次过零时间为１８．２３ｍｓ，非周期分量衰减时间为２８１ｍｓ；计算表明系统最大短路电流过零时间＜２０ｍｓ，因此不会引起零点漂移。
２）通过分析故障点不同接地电阻值对短路电流的影响以及故障点不同位置对短路电流的影响，发现它们均未使短路电流产生零点漂移。
３）表3表明，系统负载电流对电路电流零点漂移的影响也较大，当负载电流＜１５００Ａ时，短路电流第一次过零时间＞２０ｍｓ，当负载电流＜５００Ａ时，短路电流第１次过零时间可达到５８ｍｓ，超过了两个周波，引起了严重的零点漂移。
参考文献：
[1]李新。 直接耦合放大电路中零点漂移的有效抑制[J]。 黑龙江科技信息,2012,(25)。
[2]李艳。 浅析直接耦合放大电路中零点漂移的抑制[J]。 企业导报,2012,(2)。