單相短路

超高壓融冰地線接線系統(tǒng)在不同單相短路狀況下的短路電流分布特征，并與未絕緣化地線相比較。研究結(jié)果表明：?jiǎn)蜗喽搪返鼐€感應(yīng)電壓將引起融冰絕緣地線間隙擊穿，融冰絕緣地線架設(shè)改變了短路電流通道回路；絕緣架設(shè)后流回變電站地網(wǎng)短路電流變化不大，不會(huì)對(duì)地網(wǎng)安全造成影響；在短路點(diǎn)桿塔入地電流值升高最大，需特別考慮其跨步電壓?jiǎn)栴}。

單相短路線路計(jì)算條件

南方電網(wǎng)某超高壓輸電線路為利用直流直接融冰，架空地線進(jìn)行了全線絕緣化設(shè)計(jì)。仿真計(jì)算條件為：某 500kV超高壓?jiǎn)位鼐€路全長(zhǎng)127km，共254基鐵塔，每檔線路500m。土壤電阻率200?·m，變電站接地網(wǎng)等效電阻 0.5?，地線和變電站變壓器中性點(diǎn)之間的連接電阻R₀= R₀ˊ=1?，線路鐵塔等效接地電阻10?，桿塔波阻抗取為 150?，桿塔高度取值為45m。導(dǎo)線參數(shù)：相導(dǎo)線4×JL/G1A-400/50-54/7，分裂間距400mm；地線為L(zhǎng)BGJ-120，直徑為14.25mm，直流電阻為0.7098?/km；光纜為OPGW-100，直徑為14mm，直流電阻為0.632?/km。

定義2 種地線接線方式：

方式1，OPGW和普通地線均全線連接且逐塔接地。

方式2，OPGW和普通地線均全線絕緣架設(shè)，絕緣地線每隔30km直接接地，線路終端桿塔均設(shè)置接地點(diǎn)。

單相短路變電站附近短路

若短路點(diǎn)在變電站附近，3號(hào)導(dǎo)體(A相電流)在第8基鐵塔處發(fā)生單相對(duì)地短路。則按照所建模型仿真，得到2 種地線接線方式下地線絕緣間隙電壓、鐵塔入地電流和短路電流，在變電站附近短路，地線絕緣間隙電壓最大瞬時(shí)值在短路點(diǎn)處約為160kV左右，短路點(diǎn)附近桿塔絕緣間隙擊穿，桿塔分流。地線間隙電壓向兩側(cè)隨著短路電流減少而減小。因?yàn)槿诒^緣地線間隙工頻擊穿電壓為66kV，隨著遠(yuǎn)離短路點(diǎn)，電壓下降，后續(xù)的桿塔間隙不擊穿。融冰絕緣架設(shè)后的短路電流經(jīng)固定接地桿塔、間隙擊穿桿塔和地線回流。

在接線方式1下，經(jīng)地線流回變電站地網(wǎng)最大短路電流約為11kA，接地方式2下約為12kA。方式1和方式2中，OPGW地線的短路電流大于普通地線的短路電流，這主要是因?yàn)镺PGW地線的阻抗小于普通地線的阻抗。由于OPGW和普通地線直徑差別很小且對(duì)稱排列，感抗差別很小，阻抗的差別主要體現(xiàn)為直流電阻差異。方式1和方式2中，短路電流經(jīng)地線流回變電站地網(wǎng)電流差別不大。500kV變電站最大短路電流為63kA，融冰絕緣架設(shè)地線不會(huì)影響地網(wǎng)安全。

鐵塔入地電流主要分布在短路點(diǎn)和變電所附近。在方式2下，由于融冰絕緣間隙未擊穿和中間設(shè)置有固定接地桿塔，使桿塔入地電流呈現(xiàn)斷續(xù)分布的特征。對(duì)比方式1桿塔入地電流，方式2中桿塔入地電流值較大，因此需特別考慮跨步電壓升高。

單相短路線路中間短路

若短路點(diǎn)位于線路中間位置，取3號(hào)導(dǎo)體在第128基鐵塔處發(fā)生單相對(duì)地短路，則按照所建模型仿真，得到2 種地線接線方式下短路電流、鐵塔入地電流和感應(yīng)電壓。

在輸電線路中間短路，地線絕緣間隙電壓最大瞬時(shí)值在短路點(diǎn)處約為150kV，短路點(diǎn)附近桿塔絕緣擊穿，與變電站側(cè)短路情況差別不大。隨著遠(yuǎn)離短路點(diǎn)，間隙電壓下降，到變電站側(cè)電壓下降至5kV 左右。

在方式1下，經(jīng)地線流回變電站地網(wǎng)最大短路電流約為6.4kA，方式2下約為6kA，均小于變電站附近短路流回變電站地網(wǎng)的短路電流最大值?？紤]融冰絕緣架設(shè)地線對(duì)地網(wǎng)的安全應(yīng)主要參考變電站附近短路。

鐵塔入地電流主要分布在短路點(diǎn)處，向兩側(cè)逐漸減小。方式1中短路點(diǎn)桿塔入地電流約為730A，而方式2下則達(dá)到1.3kA。與短路點(diǎn)在變電站附近相比，固定接地桿塔入地電流上升較大，因此固定接地桿塔跨步電壓升高主要應(yīng)考慮在線路中間位置短路情況。2100433B

在大接地電流系統(tǒng)或三相四線制系統(tǒng)中發(fā)生單相短路時(shí)，根據(jù)對(duì)稱分量法可知單相短路電流為：

式中，

在工程設(shè)計(jì)中，常用（1-2）到（1-4）計(jì)算低壓配電線陸單相短路電流，即

式中，

在無限大容量系統(tǒng)中或遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)處短路時(shí)，兩相短路電流和單相短路電流均較三相電路電流小，因此，選擇和校驗(yàn)電器設(shè)備應(yīng)采用三相短路電流，兩相短路電流主要用來校驗(yàn)相間短路保護(hù)的靈敏度，單相短路電流主要用于單相短路保護(hù)的整定及校驗(yàn)。

單相短路恢復(fù)電壓的計(jì)算

開斷中性點(diǎn)直接接地發(fā)電機(jī)電路中的母線單相接地短路故障主接線圖，L和R分別為發(fā)電機(jī)的電感和電阻，C為發(fā)電機(jī)的對(duì)地電容。設(shè)高壓開關(guān)電氣觸頭分離瞬間，短路電流的非周期分量已衰減完，即不考慮短路電流的非周期分量。

忽略高壓開關(guān)電器電弧壓降

式中，

短路電流

此時(shí)的母線單相對(duì)地短路回路為電容性電路（實(shí)際上是R-L-C電路），電容的充電過程和交流電源

考慮到電力系統(tǒng)短路回路中的回路電阻R通常很小，一般均能滿足R<

該頻率一般要比工頻高很多。因此，為求得過渡過程中的電容電壓

由三要素法，可得高壓開關(guān)電器斷口上的恢復(fù)電壓

式中，

進(jìn)一步分析可知，當(dāng)R<

式中，

單相短路降低操作過電壓的措施及機(jī)理

在高壓斷路器斷口兩端并聯(lián)電阻，可以降低短路故障關(guān)合時(shí)的操作過電壓。

1、并聯(lián)電阻的分類

根據(jù)并聯(lián)電阻的阻值大小不同，可將并聯(lián)電阻分為低值（幾個(gè)到幾十歐姆）、中值（幾百到幾千歐姆）和高值（幾萬歐姆及以上）三類。其中，并聯(lián)低值電阻可限制短路電流、降低工頻和恢復(fù)電壓和振幅系數(shù)，以及減慢恢復(fù)電壓的上升速度；并聯(lián)高值電阻的目的通常是為每相使用的高壓斷路器多個(gè)斷口進(jìn)行均壓。

2、并聯(lián)電阻的電路

用裝有并聯(lián)電阻的高壓開關(guān)電器開斷發(fā)電機(jī)母線單相接地故障時(shí)的電路。該電器有主斷口

3、并聯(lián)電阻

主斷口

此時(shí)，恢復(fù)電壓為

式中，

由上式，可畫出主斷口并聯(lián)電阻后的恢復(fù)電壓曲線。

采用并聯(lián)電阻阻尼振蕩后，恢復(fù)電壓的最大值

恢復(fù)電壓最大上升速度出現(xiàn)的t=0時(shí)，其值為

由上式可知，并聯(lián)電阻

4、并聯(lián)電阻后開斷輔助斷口

1）輔助斷口的開斷電流

為輔助斷口

忽略流經(jīng)電容C的電流，則輔助斷口

式中

比較式（1-14）和（1-15），并考慮短路故障時(shí)wL>R，

式中，

2）并聯(lián)電阻

計(jì)算輔助斷口

輔助斷口

式中，

雖然輔助斷口的瞬態(tài)恢復(fù)電壓仍有高頻振蕩，但其工頻恢復(fù)電壓和開斷電流都得到了一定程度的降低，所以，輔助斷口的開斷條件遠(yuǎn)比主斷口的輕松。

單相短路電流、in};lc-phase shnrt-circuit currant一相導(dǎo)體與保護(hù)導(dǎo)體發(fā)生短路時(shí)流經(jīng)相一零回路的電流:單相短路電流是評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì)保護(hù)接零系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要素。保護(hù)接零系統(tǒng)的單相短路電流不應(yīng)小于低壓斷路器瞬時(shí)動(dòng)作或短延時(shí)動(dòng)作過電流脫扣器的整定電流的1.5倍;不應(yīng)小于低壓熔斷器熔體額定電流的4倍。

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