第3章 风电场短路电流计算

3.1 短路的一般概念

3.1.1 短路的原因、类型及后果

电力系统在运行中会发生各种故障，常见的故障有短路、断线或它们的组合。短路又称横向故障，断线又称纵向故障。而短路是电力系统中最为常见、危害最严重的故障。因此，故障计算的重点是短路，也常称为短路计算。短路是指电力系统正常运行情况以外的相与相或相与地（或中性线）之间的连接。

1．短路发生的原因

引起短路的原因有主观和客观两方面。

（1）客观原因。由雷电引起的绝缘子表面闪络，大风引起的碰线，鸟类以及树枝等物掉落在导线上，暴风雪、冰雹以及地震等自然灾害都会引起短路；绝缘材料因时间太长而老化，操作过电压或雷击过电压、机械力损伤等，均可导致电气设备绝缘的损坏而引起短路。

（2）主观原因。由于设备制造上的缺陷、设计安装不合理、检修质量不高或运行维护不当也会引起短路；此外，还有运行人员的误操作，如带负荷拉隔离开关，检修后未拆除地线就合闸等。

2．短路的类型

电力系统短路分为三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路4种形式，其中三相短路为对称短路，其他三种形式短路为不对称短路。三相短路发生的概率最小，但引起的后果最严重；单相接地短路发生的概率最高，在高压电网中，它占到所有短路次数的85%以上。图3-1所示为各种短路的示意图和表示符号，图中短路均指同一地点短路，实际上也可能是在不同地点发生短路，如两相分别在不同地点接地再短路。

3．短路引起的后果

短路故障会给电力系统带来很严重的后果，具体有以下方面：

（1）电力系统短路时，由于阻抗减小以及突然短路的暂态过程，会产生很大的短路电流，可能超过额定电流很多倍，短路电流通过电气设备的导体时，使导体大量发热，若短路持续时间较长，设备可能过热以致损坏。

（2）短路电流的电动力效应也会损坏设备，缩短其使用寿命。

（3）短路时短路点的电压比正常运行时低，如果是三相短路，则短路点的电压为零。这必然导致整个电网电压大幅度下降，可能使部分用户的供电受到影响，接在电网中的用电设备不能正常工作。

（4）影响电力系统运行的稳定性。在由多个发电机组成的电力系统中发生短路时，由于电压大幅度下降，风力发电机输出的电磁功率急剧减少，如果由风力机供给的机械功率来不及调整，发电机就会加速，使系统瓦解而造成大面积停电。这是短路造成的最严重、最危险的后果（相对于火电厂或水电厂的大型发电机，由于单台风力发电机功率较小，其短路对电网的影响也较小）。

（5）对通信干扰。接地短路的零序电流将产生零序磁通，在邻近的平行线路（如通信线、电话线、铁路信号系统等）上产生感应电动势，对邻近平行架设的通信线路造成干扰，不仅降低通信质量，还会威胁设备和人身的安全。

3.1.2 短路电流计算的基本假设

短路过程是一种暂态过程。影响电力系统暂态过程的因素很多，若在实际计算中把所有因素都考虑进来，计算过程将十分复杂，也不必要。因此，在满足工程要求的前提下，为了简化计算，通常采取以下合理的假设，采用近似的方法对短路电流进行计算：

（1）短路过程中发电机之间不发生摇摆，系统中所有发电机的电势同相位。采用该假设后，计算出的短路电流值偏大。

（2）短路前电力系统是对称三相系统。

（3）不计磁路饱和。这样，使系统各元件参数恒定，电力网络可看作线性网络，能应用叠加原理。

（4）忽略高压架空输电的纯电阻和对地电容，忽略变压器的励磁支路和绕组电阻，每个元件都用纯电抗表示。采用该假设后，简化部分复数计算为代数计算。

（5）对负荷只作近似估计。一般情况下，认为负荷电流比同一处的短路电流小得多，可以忽略不计。计算短路电流时仅需考虑接在短路点附近的大容量电动机对短路电流的影响。

（6）短路是金属性短路，即短路点相与相或相与地间发生短路时，它们之间的阻抗是零。