單相短路

高低壓電器

在大接地電流系統或三相四線制系統中發生單相短路時，根據對稱分量法可知單相短路電流為：

式中，、、為單相短路回路的正序、負序、零序阻抗。

在工程設計中，常用（1-2）到（1-4）計算低壓配電線陸單相短路電流，即

式中，

在無限大容量系統中或遠離發電機處短路時，兩相短路電流和單相短路電流均較三相電路電流小，因此，選擇和校驗電器設備應采用三相短路電流，兩相短路電流主要用來校驗相間短路保護的靈敏度，單相短路電流主要用于單相短路保護的整定及校驗。

恢複電壓計算

開斷中性點直接接地發電機電路中的母線單相接地短路故障主接線圖，L和R分别為發電機的電感和電阻，C為發電機的對地電容。設高壓開關電氣觸頭分離瞬間，短路電流的非周期分量已衰減完，即不考慮短路電流的非周期分量。

忽略高壓開關電器電弧壓降

式中，

短路電流

此時的母線單相對地短路回路為電容性電路（實際上是R-L-C電路），電容的充電過程和交流電源在

考慮到電力系統短路回路中的回路電阻R通常很小，一般均能滿足

該頻率一般要比工頻高很多。因此，為求得過渡過程中的電容電壓，假設電源電壓的近似保持不變（如在電源電壓接近幅值時合閘，由于這時電源電壓變化最慢，該假設更接近實際），因此可以把交流電源簡化為直流電源，直流電源電壓取為時的交流電源電壓瞬時值，即

（1-8）

由三要素法，可得高壓開關電器斷口上的恢複電壓為

式中，

進一步分析可知，當R<時，由于

式中，

措施及機理

在高壓斷路器斷口兩端并聯電阻，可以降低短路故障關合時的操作過電壓。

1、并聯電阻的分類

根據并聯電阻的阻值大小不同，可将并聯電阻分為低值（幾個到幾十歐姆）、中值（幾百到幾千歐姆）和高值（幾萬歐姆及以上）三類。其中，并聯低值電阻可限制短路電流、降低工頻和恢複電壓和振幅系數，以及減慢恢複電壓的上升速度；并聯高值電阻的目的通常是為每相使用的高壓斷路器多個斷口進行均壓。

2、并聯電阻的電路

用裝有并聯電阻的高壓開關電器開斷發電機母線單相接地故障時的電路。該電器有主斷口和輔助斷口兩個斷口。将電阻并聯在主斷口上。當開斷電路時，主斷口先打開，并聯電阻被接入；當主斷口的電弧完全熄滅後，輔助斷口打開，開斷流經并聯電阻的電流，使電路完全開斷。

3、并聯電阻後，主斷口開斷時的電流和恢複電壓的計算

主斷口開斷時的電路，右圖五b為a的等效電路。其中，電路的阻抗角。

此時，恢複電壓為

式中，

由上式，可畫出主斷口并聯電阻後的恢複電壓曲線。

采用并聯電阻阻尼振蕩後，恢複電壓的最大值

恢複電壓最大上升速度出現的

由上式可知，并聯電阻越小，恢複電壓的最大上升速度就越低，主斷口的開斷将比較輕松。

4、并聯電阻後開斷輔助斷口

1）輔助斷口的開斷電流

為輔助斷口

忽略流經電容C的電流，則輔助斷口

式中

比較式（1-14）和（1-15），并考慮短路故障時

式中，

2）并聯電阻

計算輔助斷口 

式中

雖然輔助斷口的瞬态恢複電壓仍有高頻振蕩，但其工頻恢複電壓和開斷電流都得到了一定程度的降低，所以，輔助斷口的開斷條件遠比主斷口的輕松。

電流分析

超高壓融冰地線接線系統在不同單相短路狀況下的短路電流分布特征，并與未絕緣化地線相比較。研究結果表明：單相短路地線感應電壓将引起融冰絕緣地線間隙擊穿，融冰絕緣地線架設改變了短路電流通道回路；絕緣架設後流回變電站地網短路電流變化不大，不會對地網安全造成影響；在短路點杆塔入地電流值升高最大，需特别考慮其跨步電壓問題。

線路計算條件

南方電網某超高壓輸電線路為利用直流直接融冰，架空地線進行了全線絕緣化設計。仿真計算條件為：某500kV超高壓單回線路全長127km，共254基鐵塔，每檔線路500m。土壤電阻率200Ω·m，變電站接地網等效電阻0.5Ω，地線和變電站變壓器中性點之間的連接電阻

定義2種地線接線方式：

方式1，OPGW和普通地線均全線連接且逐塔接地。

方式2，OPGW和普通地線均全線絕緣架設，絕緣地線每隔30km直接接地，線路終端杆塔均設置接地點。

變電站附近短路

若短路點在變電站附近，3号導體(A相電流)在第8基鐵塔處發生單相對地短路。則按照所建模型仿真，得到2種地線接線方式下地線絕緣間隙電壓、鐵塔入地電流和短路電流，在變電站附近短路，地線絕緣間隙電壓最大瞬時值在短路點處約為160kV左右，短路點附近杆塔絕緣間隙擊穿，杆塔分流。地線間隙電壓向兩側随着短路電流減少而減小。因為融冰絕緣地線間隙工頻擊穿電壓為66kV，随着遠離短路點，電壓下降，後續的杆塔間隙不擊穿。融冰絕緣架設後的短路電流經固定接地杆塔、間隙擊穿杆塔和地線回流。

在接線方式1下，經地線流回變電站地網最大短路電流約為11kA，接地方式2下約為12kA。方式1和方式2中，OPGW地線的短路電流大于普通地線的短路電流，這主要是因為OPGW地線的阻抗小于普通地線的阻抗。由于OPGW和普通地線直徑差别很小且對稱排列，感抗差别很小，阻抗的差别主要體現為直流電阻差異。方式1和方式2中，短路電流經地線流回變電站地網電流差别不大。500kV變電站最大短路電流為63kA，融冰絕緣架設地線不會影響地網安全。

鐵塔入地電流主要分布在短路點和變電所附近。在方式2下，由于融冰絕緣間隙未擊穿和中間設置有固定接地杆塔，使杆塔入地電流呈現斷續分布的特征。對比方式1杆塔入地電流，方式2中杆塔入地電流值較大，因此需特别考慮跨步電壓升高。

線路中間短路

若短路點位于線路中間位置，取3号導體在第128基鐵塔處發生單相對地短路，則按照所建模型仿真，得到2種地線接線方式下短路電流、鐵塔入地電流和感應電壓。

在輸電線路中間短路，地線絕緣間隙電壓最大瞬時值在短路點處約為150kV，短路點附近杆塔絕緣擊穿，與變電站側短路情況差别不大。随着遠離短路點，間隙電壓下降，到變電站側電壓下降至5kV左右。

在方式1下，經地線流回變電站地網最大短路電流約為6.4kA，方式2下約為6kA，均小于變電站附近短路流回變電站地網的短路電流最大值。考慮融冰絕緣架設地線對地網的安全應主要參考變電站附近短路。

鐵塔入地電流主要分布在短路點處，向兩側逐漸減小。方式1中短路點杆塔入地電流約為730A，而方式2下則達到1.3kA。與短路點在變電站附近相比，固定接地杆塔入地電流上升較大，因此固定接地杆塔跨步電壓升高主要應考慮在線路中間位置短路情況。