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PW-D3 · 潮流·故障·保护

故障类型·故障电流: 序回路如何连接

D2中我们把不平衡分成正序、负序、零序三个平衡电路。现在按故障类型不同地连接这三者,故障电流立刻得出。用标签切换故障类型,看哪些序回路如何连接,以及其合成阻抗如何决定故障电流。

切换故障类型,看电路连接

有三个序回路 Z_1·Z_2·Z_0。用标签切换故障类型,连接随之改变。三相短路只用正序,单相接地把三者串联,线间短路连接正序与负序。所连阻抗之和越大,故障电流越小。金色条就是该故障电流。

点击切换故障类型。
故障电流(故障前 E = 1 pu)
I_f ≈ 5.00 pu
只用正序。I_f = E/Z_1。通常最大的故障电流。

三相短路 · 平衡故障

三相同时短路时,故障本身平衡,所以不产生负序与零序。只有正序电路动作,故障电流为 I_f = E/Z_1。阻抗只有正序一个,所以通常流过最大的故障电流,因此断路器的开断容量通常以此三相短路电流为准。最罕见却最严酷的故障。

单相接地 · 零序路径打开

一相触地的单相接地是实际系统中最常见的故障。把正序、负序、零序三回路串联,故障电流为 I = 3E/(Z_1+Z_2+Z_0)。这里零序阻抗 Z_0 主导电流。中性点直接接地使 Z_0 小、接地电流大;高电阻接地或不接地使 Z_0 大、电流小——不接地时 Z_0 实际上无穷大,接地电流近乎0。D2中零序电流需要回路的事实在此原样起作用。

观察3φ: If = E / Z1
三相短路只用正序阻抗一个。
选择LG: I = 3E / (Z1 + Z2 + ?)
单相接地把零序也串入,三者串联。
填空LL: I = √3 E / (Z1 + ?)
线间短路只用正序与负序两个。
自己来Z0 → ∞ → Iground = ?
无零序路径则接地电流为0。

线间短路 · 不涉及大地

两相互相短路时不涉及大地,所以不产生零序。只把正序、负序两回路串联,故障电流为 I = √3 E/(Z_1+Z_2)。通常 Z_2 与 Z_1 接近,所以线间短路电流约为三相短路的 √3/2 ≈ 0.87 倍。少了零序比接地故障简单,但两相中流过大电流,仍须快速切除。

回到第一屏

是同样三个序回路,但每换一种故障类型,连接就变,故障电流也变。三相短路只有正序,所以阻抗最小、电流最大;单相接地把零序也串入,电流减小。D2中分出的正序、负序、零序,在此成为按故障类型这个开关串联的部件。手握故障电流,接下来转向感知并切除它的保护。

故障类型·故障电流 — 故障类型决定三个序回路的连接,其合成阻抗决定故障电流。三相短路:只用正序,I = E/Z1(通常最大)。单相接地:正序、负序、零序串联,I = 3E/(Z1+Z2+Z0)。线间短路:正序、负序,I = √3 E/(Z1+Z2)。无零序路径(接地)则接地电流为0。
下一步

算出故障电流后,接下来是如何感知并切除它。D节最后一个单元(PW-D4)是保护继电与开断。继电器测量电流、电压判断故障并向断路器发信号,断路器切断电弧,只把故障区段从系统中分离。近故障快切、远故障慢切,只停必要区段——选择性与时限配合是保护的核心。