单相短路

超高压融冰地线接线系统在不同单相短路状况下的短路电流分布特征，并与未绝缘化地线相比较。研究结果表明：单相短路地线感应电压将引起融冰绝缘地线间隙击穿，融冰绝缘地线架设改变了短路电流通道回路；绝缘架设后流回变电站地网短路电流变化不大，不会对地网安全造成影响；在短路点杆塔入地电流值升高最大，需特别考虑其跨步电压问题。

单相短路线路计算条件

南方电网某超高压输电线路为利用直流直接融冰，架空地线进行了全线绝缘化设计。仿真计算条件为：某 500kV超高压单回线路全长127km，共254基铁塔，每档线路500m。土壤电阻率200Ω·m，变电站接地网等效电阻 0.5Ω，地线和变电站变压器中性点之间的连接电阻R₀= R₀ˊ=1Ω，线路铁塔等效接地电阻10Ω，杆塔波阻抗取为 150Ω，杆塔高度取值为45m。导线参数：相导线4×JL/G1A-400/50-54/7，分裂间距400mm；地线为LBGJ-120，直径为14.25mm，直流电阻为0.7098Ω/km；光缆为OPGW-100，直径为14mm，直流电阻为0.632Ω/km。

定义2 种地线接线方式：

方式1，OPGW和普通地线均全线连接且逐塔接地。

方式2，OPGW和普通地线均全线绝缘架设，绝缘地线每隔30km直接接地，线路终端杆塔均设置接地点。

单相短路变电站附近短路

若短路点在变电站附近，3号导体(A相电流)在第8基铁塔处发生单相对地短路。则按照所建模型仿真，得到2 种地线接线方式下地线绝缘间隙电压、铁塔入地电流和短路电流，在变电站附近短路，地线绝缘间隙电压最大瞬时值在短路点处约为160kV左右，短路点附近杆塔绝缘间隙击穿，杆塔分流。地线间隙电压向两侧随着短路电流减少而减小。因为融冰绝缘地线间隙工频击穿电压为66kV，随着远离短路点，电压下降，后续的杆塔间隙不击穿。融冰绝缘架设后的短路电流经固定接地杆塔、间隙击穿杆塔和地线回流。

在接线方式1下，经地线流回变电站地网最大短路电流约为11kA，接地方式2下约为12kA。方式1和方式2中，OPGW地线的短路电流大于普通地线的短路电流，这主要是因为OPGW地线的阻抗小于普通地线的阻抗。由于OPGW和普通地线直径差别很小且对称排列，感抗差别很小，阻抗的差别主要体现为直流电阻差异。方式1和方式2中，短路电流经地线流回变电站地网电流差别不大。500kV变电站最大短路电流为63kA，融冰绝缘架设地线不会影响地网安全。

铁塔入地电流主要分布在短路点和变电所附近。在方式2下，由于融冰绝缘间隙未击穿和中间设置有固定接地杆塔，使杆塔入地电流呈现断续分布的特征。对比方式1杆塔入地电流，方式2中杆塔入地电流值较大，因此需特别考虑跨步电压升高。

单相短路线路中间短路

若短路点位于线路中间位置，取3号导体在第128基铁塔处发生单相对地短路，则按照所建模型仿真，得到2 种地线接线方式下短路电流、铁塔入地电流和感应电压。

在输电线路中间短路，地线绝缘间隙电压最大瞬时值在短路点处约为150kV，短路点附近杆塔绝缘击穿，与变电站侧短路情况差别不大。随着远离短路点，间隙电压下降，到变电站侧电压下降至5kV 左右。

在方式1下，经地线流回变电站地网最大短路电流约为6.4kA，方式2下约为6kA，均小于变电站附近短路流回变电站地网的短路电流最大值。考虑融冰绝缘架设地线对地网的安全应主要参考变电站附近短路。

铁塔入地电流主要分布在短路点处，向两侧逐渐减小。方式1中短路点杆塔入地电流约为730A，而方式2下则达到1.3kA。与短路点在变电站附近相比，固定接地杆塔入地电流上升较大，因此固定接地杆塔跨步电压升高主要应考虑在线路中间位置短路情况。2100433B

在大接地电流系统或三相四线制系统中发生单相短路时，根据对称分量法可知单相短路电流为：

式中，

在工程设计中，常用（1-2）到（1-4）计算低压配电线陆单相短路电流，即

式中，

在无限大容量系统中或远离发电机处短路时，两相短路电流和单相短路电流均较三相电路电流小，因此，选择和校验电器设备应采用三相短路电流，两相短路电流主要用来校验相间短路保护的灵敏度，单相短路电流主要用于单相短路保护的整定及校验。

单相短路恢复电压的计算

开断中性点直接接地发电机电路中的母线单相接地短路故障主接线图，L和R分别为发电机的电感和电阻，C为发电机的对地电容。设高压开关电气触头分离瞬间，短路电流的非周期分量已衰减完，即不考虑短路电流的非周期分量。

忽略高压开关电器电弧压降

式中，

短路电流

此时的母线单相对地短路回路为电容性电路（实际上是R-L-C电路），电容的充电过程和交流电源

考虑到电力系统短路回路中的回路电阻R通常很小，一般均能满足R<

该频率一般要比工频高很多。因此，为求得过渡过程中的电容电压

由三要素法，可得高压开关电器断口上的恢复电压

式中，

进一步分析可知，当R<

式中，

单相短路降低操作过电压的措施及机理

在高压断路器断口两端并联电阻，可以降低短路故障关合时的操作过电压。

1、并联电阻的分类

根据并联电阻的阻值大小不同，可将并联电阻分为低值（几个到几十欧姆）、中值（几百到几千欧姆）和高值（几万欧姆及以上）三类。其中，并联低值电阻可限制短路电流、降低工频和恢复电压和振幅系数，以及减慢恢复电压的上升速度；并联高值电阻的目的通常是为每相使用的高压断路器多个断口进行均压。

2、并联电阻的电路

用装有并联电阻的高压开关电器开断发电机母线单相接地故障时的电路。该电器有主断口

3、并联电阻

主断口

此时，恢复电压为

式中，

由上式，可画出主断口并联电阻后的恢复电压曲线。

采用并联电阻阻尼振荡后，恢复电压的最大值

恢复电压最大上升速度出现的t=0时，其值为

由上式可知，并联电阻

4、并联电阻后开断辅助断口

1）辅助断口的开断电流

为辅助断口

忽略流经电容C的电流，则辅助断口

式中

比较式（1-14）和（1-15），并考虑短路故障时wL>R，

式中，

2）并联电阻

计算辅助断口

辅助断口

式中，

虽然辅助断口的瞬态恢复电压仍有高频振荡，但其工频恢复电压和开断电流都得到了一定程度的降低，所以，辅助断口的开断条件远比主断口的轻松。

单相短路电流、in};lc-phase shnrt-circuit currant一相导体与保护导体发生短路时流经相一零回路的电流:单相短路电流是评价和设计保护接零系统设计的基本要素。保护接零系统的单相短路电流不应小于低压断路器瞬时动作或短延时动作过电流脱扣器的整定电流的1.5倍;不应小于低压熔断器熔体额定电流的4倍。

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