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三相接地系统短路 一、三相接地短路故障工况分析 三相接地系统的短路故障包括：1.单相接地故障；2.两相不接地短路、两相接地短路；3.三相短路等。故障情况不同,限流器的控制策略也不同。为了得到有效、合理的控制策略,下面对三相短路故障情况下系统的主要电压、电流变化规律进行分析。 三相短路同样分两种情况,即三相接地短路和三相不接地短路。 在三相不接地短路的情况下，亦即A、B、C这3点短接，则一次侧电压、电流关系如下： ux + ux’+ iR = 0 式中：R表示三相负载电阻的并联；i表示总并联负载电阻中的电流。 由于电路结构和电源电压的对称性，电流i=iU+iV+iW=0。所以，负载电阻为0与否，都没有关系。也就是说，三相接地短路故障状态和三相不接地短路故障状态完全相同。 在此先具体分析简单三相电路中发生突然对称短路的暂态过程。在此电路中假设电源端电压幅值和频率都保持恒定，内阻抗为零，即为对于无限大功率电源供电的三相短路电流进行分析。电源内阻抗小于短路回路总阻抗的10%，即可认为是无限大功率电源。例如：多台发电机并联运行、短路点远离电源等。 短路前电路处于稳态： 假定t＝0s时刻发生短路电路一分为二，a相的微分方程式如下： 其解就是短路的全电流，由两部分组成：稳态分量(强制分量、交流分量或周期分量）和暂态分量（自由分量、直流分量或非周期分量）。 特解即为强制分量稳态短路电流，又称交流分量获周期分量： 由 通解对应齐次方程 的解，即为暂态分量电流 ： （C为由初始条件决定的积分常数） 其中： —暂态分量电流衰减时间常数：特征方程 pL+R=0根的负倒数 短路的全电流表达式为： 由短路电流不突变，得到三相电流表达式： 三相短路电流周期分量是对称正弦量，幅值由电源电压幅值及短路回路总阻抗决定；各相短路电流非周期分量具有不同的初始值，指数衰减。其中，交流分量为对称正弦电流，直流分量使t=0时短路电流值与短路前瞬间的电流值相等，直流分量曲线为短路电流曲线的对称轴。直流分量值越大，短路电流瞬时值越大。直流分量起始值与电源电压的初始相???α、短路前回路中的电流值有关。 在三相短路时，三相电源电压全部加在耦合变压器上，经变压器降压、三相全桥整流后，加在限流电抗器上。三相短路时，限流电抗器上所加电压最大，电流上升率最高。在1.5倍额定负载的过载情况下发生三相短路故障，为最恶劣的故障状态。 总之，限流电抗器上的电压，在单相短路时，为故障相电压的1/N的单相桥式整流值；在两相短路时，为两故障相构成的线电压的1/N的单相桥式整流值；在三相端详电源电压的1/N的三相桥式整流值。 一.三相故障限流器的拓扑结构 图1所示为三相接地系统示意图，虚线框内为短路故障限流器主电路拓扑结构，由可控硅T1~T8和限流电抗器组成。U8为三相交流电源，ZU，ZV，ZW为三相负载。正常运行期间，T1~T8触发脉冲常加，忽略电感和可控硅上的内阻引起的功耗，则电抗器L1中通过的电流为恒定的直流电流，其数值等于三相负载电流的最大值。因此电抗器上无压降，无功耗。当系统中出现接地故障时，电源电压经整流二极管加到限流电感上，引起电感电流的增加，当检测电路检测到接地故障后，或封锁可控硅触发脉冲，或控制整流桥工作于有源逆变状态，将故障电流切断。 在图1所示的拓扑结构中，可控硅所承受的电压为电源电压。当电源电压较高时，如大于10kV，需要多只高耐压可控硅串联使用，而高压可控硅价格昂贵，设备成本大大增加；同时，可控硅的串联使用必须考虑均压问题，而且触发电路也将更加复杂。为此，我们采用图2所示的变压器耦合式三相接地系统固态桥式限流器的拓扑结构。在该系统中，电网电压经降压变压器降低到线电压380V，这样可控硅T1~T8可以取低压器件，虽然增加了变压器，但限流器总成本大幅度下降，同时,功率管工作于低压系统，可靠性得到提高。 在正常情况下，T1~T8常通，稳态时，限流电抗器L1中的电流为负载电流最大值，近似恒定，L1两端电压近似为0，所以，耦合变压器副边电压近似为0，耦合变压器原边电压也近似为0，固态桥式短路限流器对系统电压、电流关系几乎无影响。在该短路故障限流器中,可控硅整流桥和限流电抗器都位于耦合变压器的副边，所以只能断开副边电流，在耦合变压器的原边还有较小的激磁电流流过。要想使原边和电网完全断开，仍需使用断路器。在断路器断开原边电路时，在变压器原边可能产生一个高电压，应考虑采用氧化锌避雷器和吸收电路来进行过电压吸收。 一、三相接地短路故障工况分析 三相接地系统的短路故障包括：1.单相接地故障；2.两相不接地短路、两相接地短路；3.三相短路等。故障情况不同,限流器的控制策略也不同。为了得到有效、合理的控制策略,下面对三相短路故障情况下系统