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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

在 D2 中，不平衡已被拆成正序、负序、零序三个平衡电路。现在只要按故障类型把这三个电路连接起来，就能直接求出故障电流。用标签切换故障类型，看看哪些序网络以怎样的方式连接，连接后的阻抗之和又如何决定故障电流。

切换故障类型，读电路连接

三个序网络 Z_1、Z_2、Z_0 位于电源 E 与故障点（红色标记）之间，用标签切换故障类型时，以金色点亮的电路随之改变。三相短路只经过正序，接地故障经过全部三个电路，两相短路经过正序和负序；不用的电路，导线从其下方绕过。连接的阻抗之和越大，故障电流越小，下方的金色条以 pu 表示这个值。

点击标签切换故障类型。
故障电流（故障前电压 E = 1 pu）
I_f ≈ 5.00 pu
只用正序网络。I_f = E/Z_1。通常是最大的故障电流。

三相短路 · 平衡故障

三相同时短路时，故障本身是平衡的，所以不会出现负序和零序分量。只用到正序网络，故障电流为 I_f = E/Z_1，按图中的数值就是 1 ÷ 0.2 = 5.00 pu。由于只经过正序这一个阻抗，故障电流通常最大，因此断路器的开断容量一般以三相短路电流为依据确定。它最少见，却最严重。

接地故障 · 零序通路打开

一相碰地的接地故障是实际电网中最常见的故障。此时正序、负序、零序三个网络串联，故障电流为 I = 3E/(Z_1+Z_2+Z_0)，代入图中的数值得 3 ÷ 0.8 = 3.75 pu，比三相短路小。左右电流大小的是零序阻抗 Z_0。中性点直接接地时 Z_0 小，接地电流大（若 Z_0 小于 Z_1，甚至会超过三相短路电流）；经高电阻接地时 Z_0 变大，接地电流减小；中性点不接地时 Z_0 实际上为无穷大，接地电流几乎为 0（只有经线路对地电容流过的小电流）。D2 中所说“零序电流需要返回通路”的事实，在这里原样体现出来。

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 + ?)
接地故障把零序也串入，三者串联。
填空LL: I = √3 E / (Z1 + ?)
两相短路只用正序和负序两个。
自己来Z0 → ∞ → Iground = ?
零序没有返回通路时，接地电流为 0。

两相短路 · 不涉及大地

两相彼此相碰的两相短路不涉及大地，所以不会出现零序分量。正序和负序两个网络在故障点并联，但负序网络中没有电源，电流依次流过 Z_1 和 Z_2。因此图中两个方框也排成一列点亮，故障电流为 I = √3 E/(Z_1+Z_2)。通常 Z_2 与 Z_1 相近，所以两相短路电流约为三相短路的 √3/2 ≈ 0.87 倍，图中的 4.33 pu 也正是 5.00 pu 的 0.87 倍。少了零序，它比接地故障简单，但两相中流过很大的电流，同样必须尽快切除。

回到第一屏

三个序网络始终相同，可每换一种故障类型，点亮的电路就不同，故障电流也变为 5.00、3.75、4.33 pu。三相短路只经过正序，阻抗最小，电流最大；接地故障把零序也串了进来，电流随之减小。在 D2 中拆开的正序、负序、零序，到这里成了按“故障类型”这个开关组合起来的部件。掌握了故障电流，接下来就进入检测并切除它的继电保护。

故障类型与故障电流：故障类型决定三个序网络的连接方式，连接后的阻抗之和决定故障电流。三相短路只经过正序，I = E/Z1（通常最大）；接地故障把正序、负序、零序串联，I = 3E/(Z1+Z2+Z0)；两相短路用正序和负序两个网络，I = √3 E/(Z1+Z2)。没有零序通路（接地）时，接地电流为 0。
下一步

故障电流算出来了，剩下的问题是如何检测并切除它。D 部分的最后一个单元（PW-D4）讨论继电保护与断路器开断。继电器测量电流和电压来判断故障，并向断路器发出信号，断路器熄灭电弧，只把故障区段从系统中隔离出去。近处的故障快切，远处的故障慢切，只让确实需要停电的区段停电，这种选择性与时间配合是保护的核心。