第3章 風(fēng)電場短路電流計(jì)算

3.1 短路的一般概念

3.1.1 短路的原因、類型及后果

電力系統(tǒng)在運(yùn)行中會(huì)發(fā)生各種故障，常見的故障有短路、斷線或它們的組合。短路又稱橫向故障，斷線又稱縱向故障。而短路是電力系統(tǒng)中最為常見、危害最嚴(yán)重的故障。因此，故障計(jì)算的重點(diǎn)是短路，也常稱為短路計(jì)算。短路是指電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況以外的相與相或相與地（或中性線）之間的連接。

1．短路發(fā)生的原因

引起短路的原因有主觀和客觀兩方面。

（1）客觀原因。由雷電引起的絕緣子表面閃絡(luò)，大風(fēng)引起的碰線，鳥類以及樹枝等物掉落在導(dǎo)線上，暴風(fēng)雪、冰雹以及地震等自然災(zāi)害都會(huì)引起短路；絕緣材料因時(shí)間太長而老化，操作過電壓或雷擊過電壓、機(jī)械力損傷等，均可導(dǎo)致電氣設(shè)備絕緣的損壞而引起短路。

（2）主觀原因。由于設(shè)備制造上的缺陷、設(shè)計(jì)安裝不合理、檢修質(zhì)量不高或運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)也會(huì)引起短路；此外，還有運(yùn)行人員的誤操作，如帶負(fù)荷拉隔離開關(guān)，檢修后未拆除地線就合閘等。

2．短路的類型

電力系統(tǒng)短路分為三相短路、兩相短路、兩相接地短路和單相接地短路4種形式，其中三相短路為對稱短路，其他三種形式短路為不對稱短路。三相短路發(fā)生的概率最小，但引起的后果最嚴(yán)重；單相接地短路發(fā)生的概率最高，在高壓電網(wǎng)中，它占到所有短路次數(shù)的85%以上。圖3-1所示為各種短路的示意圖和表示符號，圖中短路均指同一地點(diǎn)短路，實(shí)際上也可能是在不同地點(diǎn)發(fā)生短路，如兩相分別在不同地點(diǎn)接地再短路。

3．短路引起的后果

短路故障會(huì)給電力系統(tǒng)帶來很嚴(yán)重的后果，具體有以下方面：

（1）電力系統(tǒng)短路時(shí)，由于阻抗減小以及突然短路的暫態(tài)過程，會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流，可能超過額定電流很多倍，短路電流通過電氣設(shè)備的導(dǎo)體時(shí)，使導(dǎo)體大量發(fā)熱，若短路持續(xù)時(shí)間較長，設(shè)備可能過熱以致?lián)p壞。

（2）短路電流的電動(dòng)力效應(yīng)也會(huì)損壞設(shè)備，縮短其使用壽命。

（3）短路時(shí)短路點(diǎn)的電壓比正常運(yùn)行時(shí)低，如果是三相短路，則短路點(diǎn)的電壓為零。這必然導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)電壓大幅度下降，可能使部分用戶的供電受到影響，接在電網(wǎng)中的用電設(shè)備不能正常工作。

（4）影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。在由多個(gè)發(fā)電機(jī)組成的電力系統(tǒng)中發(fā)生短路時(shí)，由于電壓大幅度下降，風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率急劇減少，如果由風(fēng)力機(jī)供給的機(jī)械功率來不及調(diào)整，發(fā)電機(jī)就會(huì)加速，使系統(tǒng)瓦解而造成大面積停電。這是短路造成的最嚴(yán)重、最危險(xiǎn)的后果（相對于火電廠或水電廠的大型發(fā)電機(jī)，由于單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率較小，其短路對電網(wǎng)的影響也較?。?。

（5）對通信干擾。接地短路的零序電流將產(chǎn)生零序磁通，在鄰近的平行線路（如通信線、電話線、鐵路信號系統(tǒng)等）上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，對鄰近平行架設(shè)的通信線路造成干擾，不僅降低通信質(zhì)量，還會(huì)威脅設(shè)備和人身的安全。

3.1.2 短路電流計(jì)算的基本假設(shè)

短路過程是一種暫態(tài)過程。影響電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的因素很多，若在實(shí)際計(jì)算中把所有因素都考慮進(jìn)來，計(jì)算過程將十分復(fù)雜，也不必要。因此，在滿足工程要求的前提下，為了簡化計(jì)算，通常采取以下合理的假設(shè)，采用近似的方法對短路電流進(jìn)行計(jì)算：

（1）短路過程中發(fā)電機(jī)之間不發(fā)生搖擺，系統(tǒng)中所有發(fā)電機(jī)的電勢同相位。采用該假設(shè)后，計(jì)算出的短路電流值偏大。

（2）短路前電力系統(tǒng)是對稱三相系統(tǒng)。

（3）不計(jì)磁路飽和。這樣，使系統(tǒng)各元件參數(shù)恒定，電力網(wǎng)絡(luò)可看作線性網(wǎng)絡(luò)，能應(yīng)用疊加原理。

（4）忽略高壓架空輸電的純電阻和對地電容，忽略變壓器的勵(lì)磁支路和繞組電阻，每個(gè)元件都用純電抗表示。采用該假設(shè)后，簡化部分復(fù)數(shù)計(jì)算為代數(shù)計(jì)算。

（5）對負(fù)荷只作近似估計(jì)。一般情況下，認(rèn)為負(fù)荷電流比同一處的短路電流小得多，可以忽略不計(jì)。計(jì)算短路電流時(shí)僅需考慮接在短路點(diǎn)附近的大容量電動(dòng)機(jī)對短路電流的影響。

（6）短路是金屬性短路，即短路點(diǎn)相與相或相與地間發(fā)生短路時(shí)，它們之間的阻抗是零。