发电机典型事故专题.docx

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发电机典型事故专题

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目录

一发电机非全相

1现象及处理方法

2非全相运行的危害

3预防措施

4事故案例

二发电机失磁

1、发电机的失磁运行

2、失磁的物理过程

3、异步运行的影响

4、失磁运行的处理原则

5事故案例

三短路故障

1短路的原因

2短路的危害

3短路的形式

4短路的处理

5事故案例

一发电机非全相

1现象及处理方法

    　　1.1非全相故障，分为缺一相和缺二相2种基本类型；故障时又可分为合闸时和分闸时2种；按主变中性点运行方式来说，又分为接地和不接地2种。

故障的具体表现是由缺几相和主变中性点接地方式决定的，而故障发生时的运行方式则决定着处理事故的具体方法。

1.2非全相故障的表现

（1）缺一相。

A、B、C三相中如果出现某一相断开，无论主变中性点是否接地，发电机侧都表现为某一相电流最大，其它两相电流相同。

对于发变线组而言，线路故障相的电流为零。

如果主变中性点接地，则流过的电流为3I0，超出另两相电流。

如果不接地，则出现零序电压，但不太高。

（2）缺两相。

A、B、C三相中如某一相未断开，且主变中性点接地，发电机侧则会出现某一相电流为零。

对于发变线组而言，线路故障相仍有电流，其它两相为零，故障相电流全流过中性点；如果中性点不接地，则发电机和线路三相均无电流，但中性点将超压。

1.3非全相故障的处理方法开关出现非全相运行时如何处理？

根据开关发生不同的非全相运行情况，分别采取以下措施：

（1）出现非全相故障时，如果非全相保护正确动作，则按跳机后进行处理。

开关单相自动掉闸，造成两相运行时，如断相保护启动的重合闸没动作，可立即指令现场手动合闸一次，合闸不成功则应切开其余二相开关。

（2）如果开关是两相断开，应立即将开关拉开；

（3）如果非全相开关采取以上措施无法拉开或合入时，则马上将线路对侧开关拉开，然后到开关机构箱就地断开开关；

（4）也可以用旁路开关与非全相开关并联，用闸刀解开非全相开关或用母联开关串联非全相开关切断非全相电流；

（5）如果发电机出口开关非全相运行，应迅速降低该发电机有功、无功出力至零，然后进行处理；如果在发电机先解列时发生非全相开断，若是一相断开，可立即试合一次。

仍不行时，应立即调整励磁电流，使发电机电流维持在最小。

此时机组必须维持在额定转速，并通知检修立即处理，同时汇报中调。

处理不了时，紧急断开上一级开关。

汽机先打闸电联跳时，出现非全相故障，只能立即汇报中调，紧急断开上一级开关

（6）母联开关非全相运行时，应立即调整降低母联开关电流，倒为单母线方式运行，必要时应将一条母线停电。

  7）若非全相保护未动，而失灵保护动作时，对于母线式则停掉一条母线，对于单元式则远跳对端变电站。

    （8）如果并列时发生非全相故障，立即解列。

    （9）如果在发电机先解列时发生两相断开，可立即再手拉一次。

无效时，立即调整励磁电流，使发电机电流维持在最小值。

此时机组必须维持在额定转速，并通知检修立即处理，同时汇报中调。

处理不了时，紧急断开上一级开关。

遇到非全相运行开关不能进行分、合闸操作时，应采取什么方法处理？

（1）用旁路开关与非全相开关并联，将旁路开关操作直流停用后，用刀闸解环，使非全相开关停电。

（2）用母联开关与非全相开关串联，对侧拉开线路开关，用母联开关断开负荷电流，线路及非全相开关停电，再拉开非全相开关的两侧闸刀，使非全相运行开关停电。

（3）如果非全相开关所带元件（线路、变压器等）有条件停电，则可先将对端开关拉开，再按上述方法将非全相运行开关停电。

（4）非全相开关所带元件为发电机时，应迅速降低该发电机有功和无功出力至零，再按本条“１”、“２”项处理。

2  开关非全相运行的危害

（1）过电压

中性点经消弧线圈接地的电力网当发生开关非全相运行时，三相的对称性受到严重破坏，不对称度和中性点位移均显著增大，以致某一相的对地电压可能升高到危害绝缘的程度，

另外，当开关发生两相断开时，M、N两则的电源可能失去同期，两个系统中性点之间的电压随两个系统摆开的角度周期性地变化，两个系统各相电压的变化断开相的对地电压可高达2.7倍相电压，这是不允许的。

（2）过电流

由式（5）可知，开关一相运行时，会产生很大的故障电流。

非全相运行会产生较大的负序及零序电流，负序电流流过发电机，特产生负序旋转磁场，它切割转子，在励磁绕组和阻尼绕组感应100Hz交流电流，引起附加损耗，阻尼环严重过热。

另外，这个负序磁场与励磁绕组磁场相互作用．产生100Hz交变力矩，引起发电机产生频率为100Hz的振动，零序电流会对邻近的通讯线路产生干扰。

非全相运行引起的三相电流不平衡，会致使发电机、变压器个别绕组通过的电流较大，引起过热甚至烧毁电机现象等。

发电机是根据三相电流对称的情况下长期运行设计的，当三相电流对称时，由他们合成产生的定子旋转磁场是与转子转向同方向，同转速旋转的，因此定子旋转磁场与转子相对静止，它的磁力线不会与转子切割，当三相电流不对称时，产生正序、负序、零序电流。

但发电机星形接线中性点不接地，故零序分量没有回路。

这样就只有正序电流和负序电流产生，负序电流将产生一个负序旋转磁场，它的旋转方向与转子旋转方向相反，其转速对转子的相对转速则是两倍的同步转速。

这个以两倍同步转速扫过转子表面的负序旋转磁场的出现，将产生两个主要后果，一是使转子表面发热，二是使转子发生振动。

负序旋转磁场扫过转子表面时，会在转子铁心的表面，槽楔，转子绕组等部件中感应出两倍的工频电流（100HZ的电流）。

这个电流不能深入到转子深处，它只能在转子表面流通。

这些电流大部分通过转子本体，护环，中心环，引起相当大的损耗，其值与负序电流的平方成正比。

这种损耗将使转子表面发热达到不能允许的温度，尤其是产生局部高温区，则更加危险。

振动是由脉动力矩造成的，而脉动力矩的产生与转子的磁路是否对称有关。

对于汽轮发电机，其转子是隐极性圆柱体，圆周气隙中磁阻相差不大，所以发热是主要威胁，而振动是次要威胁。

转子表面的局部产生过热时，将导致其机械强度下降。

3、预防措施

（1）提高开关的性能

开关非全相运行，主要是因开关的质量问题所引起的，特别是开关的机械部分故障，因而，制造厂应充分注意提高开关的机械性能（特别是机械传动部分），并使结构合理。

2）加强设备的维护

对开关定期进行检修，主要部件要重点检查，如主轴连接板、销钉等。

二次回路要检查转换接点压力是否足够，接线端子是否松动，电磁阀撞针是否生锈、变位、钝秃，开合行程是否足够等；若开关较长时间末开合闸过，应在开关投入系统运行前做投切试验，认为良好时再正式投入系统运行。

用气压或油压操作的机构，其压力要适当，以防止开关投入时由于压力低投不上，使合闸时间过长；压力过高会造成机构撞击，挂勾挂不上。

对油、风管路加强维护，油质保持清洁，防止管路堵塞，风管路采取防冻措施，风含水的份量不能太多，并要定期放水。

（3）在操作方式上加以防止

①开关操作时，尽量在轻负荷时进行，避免在尖峰时进行，尤其是联接系统主干线的开关更要慎重考虑，

②经消弧线圈接地系统，开关并、解列操作时，要考虑两个系统的补偿度，避免系统解列对发生谐振；

③中性点接地系统中，开关并、解列操作时，应保证系统解列时仍要有中性点，一方面可以防止零序保护拒动，另一方面可防止由非同期产生的过电压；

④为防止变压器击穿，中性点应装置放电间隙，放电间隙经电流互感接地，一旦间隙击穿，可用零序电流保护，经一定时限，将连接故障开关的电源切除；

⑤开关操作时，尽量进行环状并、解列操作。

发电机并列后应立即到就地检查开关实际的分、合闸位置。

发电机并列后及在加负荷的过程中要特别注意三相电流是否对称相等，负序电流表指示是否正常。

当发现三相电流不对称或负序电流表指示超过正常值，应立即停止加负荷，同时检查表计指示是否正常、出口开关是否存在非全相情况。

当发现三相电流的不对称程度超过规定值时，说明发电机出口开关非全相合闸，应立即减少发电机的转子电流和功率，使三相电流的不平衡值控制在允许范围之内。

注：

发电机启机前做拉、合闸试验时应到就地检查开关实际的分、合闸位置状态。

（4）提高值班人员的事故处理水平

①开关操作前要做事故预想，一旦发生非全相事故能熟练迅速处理；

②开关发生非全相运行时，如果是两相断开，应将未断开相的开关拉开；如果是一相断开，应立即试合闸一次，仍不能恢复全相运行时，应用旁路开关旁代或用母联开关串联，使非全相开关停电；

③如果非全相开关所带元件（线路、变压器等）有条件停电，则可先将对侧开关切开，再按上述方法将非全相运行开关停电；

④非全相开关所带元件为发电机时，应迅速降低该发电机的有功和无功出力至零，再按上述方法进行处理。

4事故案例

某热电厂共有4台机组，总容量为1000MW，分两期建成。

一期1，2号机组为哈尔滨的200MW机组，各以发变组方式接入厂内220kV母线。

220kV母线的接线方式为双母线带旁路，通过2条220kV线路接入主系统。

正常运行时厂用电由本机高压工作变压器供，2台机组配置1台接于220kV母线的高压备用变压器。

    　　二期3，4号机组为上海的300MW机组，各以发变线组的单元方式接入系统的枢纽变电站，与一期220kV母线间接相连。

正常运行时厂用电由本机高压工作变压器供，2台机组配置1台接于一期220kV母线的高压备用变压器。

事故分析

    　　某日15:

52:

04（线路故障录波器打印时间）3号机组事故跳闸，而主开关则发生了非全相开断。

事故前3号机组的出力为：

有功200MW；无功70Mvar；电流6kA，220kV线路电流为480A，机组运行参数一切正常。

    1事故经过

    　　15:

52:

04，汽机主汽门关闭，联锁发变组跳闸、锅炉灭火。

保护发B相跳闸、三相跳闸信号；线路对端跳闸，经联系得知为B相跳闸重合不成功后三相跳闸，10min后试送线路仍不成功。

检查主开关三相均在“分闸”位置。

    　　当时的印象是线路B相永久性故障，与机组无关。

直到对端将完整的故障录波图传至中调后，才判断是热电厂主开关发生　非全相开断导致线路跳闸。

经摇测触头间电阻，方确定为主开关B相未断开。

    2事故过程分析

（1）从主开关非全相跳闸到对端B相跳闸，间隔近4个周波，80ms左右。

3I0值等于B相电流，跳闸前为2.03A（二次值、CT变比为1200/5、下同），跳闸后最大值为2.9A，比跳闸前的正常值有所增大，3U0很小。

这是发电机承受负序的第一阶段。

（2）从对端B相跳闸后到对端B相重合开始，电流全部消失，3U0逐渐增大，3U0值从1.43V（二次值）逐渐增大，到跳闸后的6个周波时就已经达到了34.67V，且仍在不断增大，最后达到了104V（估算值），且由正弦波变成了平顶波，此时间段为660ms。

    （3）从对端B相重合到再次跳闸，且为三相跳闸，此时间段为180ms，9个周波，B相电流表现为冲击形态且畸变，第　一个峰值估计高达31A，其余各周波均不超过17A，这是发电机承受负序的第二阶段。

    （4）从对端三跳后至线路试送前，此间隔达10min，因机组为无刷励磁方式，灭磁过程相对较长，B相电压存留了一段时间。

    （5）从对端线路试送至跳闸，此时间段为180ms，9个周波，B相电流开始时偏轴，与稳态短路电流波形相似，后逐渐恢复，从起始的15.04A逐渐变为6个周波后的10.34A。

这是发电机承受负序的第三阶段。

    　　在本次事故中发电机承受的负序时间累计440ms，22周波左右。

    3事故教训

（1）因无人监盘，故而未能观察到表计的具体变化，失去了最初用以判断故障的现象。

（2）因开关拉杆部位出现问题，而整个液压机构动作完全正常，分、合指示也完全正常，所以运行及检修人员在就地检查后均认为开关三相开断良好，非全相保护也因此未能启动，而后对端单相重合闸又不成功，这些假象又使人误判断为线路故障。

    （3）因机组UPS失电，发电机负序能力表的负序累计值消失，使发电机承受的负序没有一个确切的数值，无法准确判断发电机承受负序损害的程度，同时也使当时的事故判断失去了一个重要佐证。

    （4）因机组UPS失电，造成故障录波器内数据排列混乱，没能将当时的数据打印出来，延误了对事故的分析判断。

由于未能及时向中调提供准确有用的信息，致使对端线路试送时，主变及发电机又遭受了一次冲击，而这次冲击本可以避免的。

二发电机失磁

1、发电机的失磁运行

同步电机在运行中失去励磁叫失磁。

失磁的原因很多，如灭磁开关误跳，励磁系统短路，开路，调节器故障等都引起发电机失磁，那么发电机失去励磁后能否运行？

其物理过程如何？

2、失磁的物理过程

同步发电机在正常运行时，从原动机穿过来的主力矩和发电机的同步励磁（对应于电磁力矩）相平衡，失磁时，转子磁场逐渐减弱，同步力矩逐渐减小，出现了过剩力矩。

使发电机转速升高，脱出同步。

同时，电枢绕组从电网中吸收无功功率，以维持气隙磁场，由于转子与定子磁场有了相对速度，即有了转差S=n2-n1/n1，就在励磁绕组，转子表面等处感应出频率与转差率相应的交变电流。

这个电流和定子磁场相互作用产生另一种电磁力矩，即异步力矩。

此异步力矩是制动性质的。

在这种情况下主力矩就在克服异步力矩的过程中做功，使机械能转变为电能，因而发电机得以继续向电网送出有功。

因为异步力矩随转差率的增大而增大（在一定范围）。

所以当主力矩和异步力矩变为相等时，达到新的平衡。

此时发电机处于异步运行状态。

3、异步运行的影响

3.1失磁运行对发电机的影响：

发电机失磁异步运行时，将在转子本体表面，转子绕组中产生差额电流，引起温升，此电流在槽楔与齿壁之间、槽楔与护环之间，以及齿与护环之间的接触面上可能引起高温，产生严重的过热现象，危及转子安全。

在定子绕组中将出现脉冲电流,它将产生交变的电磁力矩,使机组产生震动,影响发电机的安全。

定子电流增大,使定子电流温度升高

3.2发电机失磁异步运行时对电力系统有以下影响：

对电网的影响主要是电压降低,由此产生多方面的恶果。

因为一台发电机失磁后，不但不能向电网输送无功，反而从电网吸取无功，造成电网无功功率的差额，这一差额将引起整个电网电压水平的下降，从而影响电网的稳定运行.

当一台发电机发生失磁后，由于电压下降，不仅影响失磁机组所在电厂厂用电的安全运行，还可能引起电力系统中的其它发电机，在自动调整励磁装置的作用下，将增加其无功输出，从而使某些发电机、变压器或线路过电流，其后备保护可能因过流而误动，使事故波及范围扩大。

发电机组的过电流，严重的电压下降，降低了其它机组的送电功率极限，易导致电网失去稳定，还有可能因电压崩溃而造成电网瓦解。

（3）一台发电机失磁后，由于该发电机有功功率的摇摆，以及系统电压的下降，将可能导致相邻的正常运行发电机与系统之间，或电力系统各部分之间失步，使系统发生振荡，甩掉大量负荷。

（4）发电机的额定容量越大，在低励磁和失磁时，将引起电力系统的无功缺额。

引起无功功率缺额越大，电力系统的容量越小，则补偿这一无功功率缺额的能力越小。

因此，发电机的单机容量与电力系统总容量之比越大时，对电力系统的不利影响就越严重。

4、失磁运行的处理原则

4.1发电机失磁引起失磁保护动作跳闸应按发电机事故跳闸处理。

4.2发电机失磁而失磁保护未动作按下列原则处理：

●发电机失磁后立即将发电机负荷减至零。

●检查失磁原因，进行处理，恢复正常运行。

●无励磁运行时间按照制造厂规定执行（不超过15分钟）。

●由于发电机失磁而引起系统振荡，要立即将失磁机组解列。

5事故案例

一起瞬时失磁烧环发电机事故分析

概况：

某号发电机发生失磁故障后，由于值班员处理不当，引起发电机定子线圈端部绝缘严重烧毁。

事故前该电站与其它电站并列运行，构成一独立的小型电网如下图所示。

5.1事故发生过程：

去年5月21日凌晨l时50分坝后电站机组运行声音忽然发生异常，同时发电机监视盘上各仪表指示也发生变化，即发电机定子电流从46安上升至57安，电压从6千伏下降到5千伏，无功出力从240千乏下降至零，（该仪表刻度无负值），有功出力未变，转速升高，转子电压电流表末注意观察。

与此同时系统上梅达一级站机组过流保护动作，开关自动跳闸，梅达二级和冷水两电站6千伏母线电压比正常偏低，几秒钟后自动恢复正常。

l小时后（即于2时50分）再次出现上述现象，坝后电站值班员发现电压降低后，便将磁场变阻器阻值减至零值，但发电机端电压还是升不起来，随即切断发电机出口开关，轻片刻后，发电机发出巨大的短路电流冲击声，发电机过电压、过负荷、过电流等保护均动作，随着从发电机端盖喷出火光来。

事故后检查，发电机定子绕组端部绝缘全部烧毁，并且A相引出线烧断，B、C两相均在线圈间连接弯头处烧断。

5.2事故现状分析：

机组运行发生异常响声后，无功出力从240千乏降至零，这说明发电机转子励磁电流已全部消失，即发电机转子失磁，此时将会出现如下各种现象：

（1）．机组失磁后还可继续向系统输出有功功率。

在正常运行时，由于从原动机传送到发电机转子上的主力矩与电磁制动力矩相平衡，转速稳定，发电机定子旋转磁场与转子磁场同步运转。

当发电转子失磁后，电磁力矩减少，主力矩过剩，转速升高，即定子旋转磁场与转子转速两者间存在一个转差，定子旋转磁场就以这个转差的速度扫过转子表面，在转子表面和线圈中便感应出一个交流电流来，这个交流电流与定子旋转磁场的作用产生一种制动力矩，发电机转子在克服这种制动力矩的过程中做了功，把机械能转换成电能，所以发电机还可以继续向系统输出有功功率，因为坝后电站机组为人工手动调速，发生故障后机组转速未能及时减下来，所以有功出力仍保持原来不变。

（2）．发电机定子电流升高。

当发电机转子失磁进入异步运行后，要从系统吸取大量的无功以建立定子旋转磁场，加上机组向外输送有功功率，所以电流升高。

（3）．6千伏母线电压降低。

发电机转子失磁后，它就不能建立起端电压来，因此当时坝后电站6千伏母线上的电压是从系统中其他机组（冷水、梅达二级等电站组）供过来的电压。

由于坝后电站从系统中吸取大量的无功，这个无功沿线路中流动引起了电压损耗，所以坝后电站6千伏母线电压降至5千伏，比冷水、梅达等电站的电压低。

（4）无功表的指示为零。

发电机失磁后，功率因数进相，照理说无功指示应为负值，但由于该仪表刻度无负数，最低针档是零值，负值反映不出来。

（5）系统中梅达一级站机组过电流保护动作，开关跳闸。

坝后电站机组失磁后，给系统造成了一定的无功缺额，为力争补偿这一无功缺额，势必使冷水、梅达一级、梅达二级等电站无功出力增加，定子电流增大，从附表一（系统出力分配表）中可以看到，冷水和梅达二级两电站事故前实际无功出力较低，无功容量余地较大将坝后电站的无功出力全部分别转给他们带也还未达到满载。

而梅达一级站无功出力已接近机组容量，无功余量极少，容易造成机组过负荷，所以坝后电站机组失磁后，引起梅达一级电站过电流保护动作跳闸，而冷水与梅达二级电站还能照常供电。

5.3事故原因分析：

发生这次发电机烧坏事故的原因主要是发电机转子失磁后，由于值班员处理错误所造成的。

可以认为这次发电机转子失磁故障是间断的，即在励磁回路中有某一接头处有时接触不良，有时又恢复接触良好（过去运行中曾出现过多次，未引起重视）。

当励磁回路断路后，值班人员发现6千伏母线电压降低，就将磁场变阻器之电阻减至零值，欲提高发电机电压，但电压升不起来，随即切断发电机出口开关（磁场变阻器调至最大电阻位置），开关切断后励磁回路自动恢复接通，因为当时磁场变阻器已调至零值位置，使发电机转子获最大的励磁电流，加上发电机开关切断时甩掉了320千瓦的负荷，转子转速急剧上升（此时水轮机开度为95%），发电机端电压过高，引起发电机定子线圈端部过电压击穿，造成多相接地短路，虽然过电压、过负荷、过电流等保护均已动作，发电机出口开关事前也已断开，但由于发电机无自动灭磁保护装置，同时值班人员都是未经过严格训练的新工人，缺乏对事故现象的判断分析能力和事故处理的基本方法，致使事故时间延长而造成机组定子线圈端部绝缘全部烧毁，这就是此次事故的主要原因。

5.4事故教训及反事故措施：

水电部颁发的《发电机运行规程》规定，水轮发电机是不允许无励磁运行的。

当发电机失磁后，应立即转移负荷停机处理。

此次坝后电站开始机组运行不正常，根据各仪表指示的变化情况判断是属于失磁故障，应立即停机进行检查处理，但值班员对此事故性质判断不出来，使故障得不到及时排除，同时值班员在处理操作过程中发生错误，致使故障发展扩大为发电机烧毁的重大事故。

我们认为：

1．切实加强领导，提高思想认识，发生了事故必须按照“三不放过”的原则进行分析处理，吸取教训，采取措施，防止事故发生。

2．要牢固树立安全第一的思想，对运行设备要做好巡回检查工作，严密注意运行中出现的各种异常征象，认真做好记录，并及时报告和处理

3．小电站值班人员要保持相对稳定，新工人和技术骨干要调配适当。

4．要切实加强技术培训，提高基本操作知识和值班技能。

5、开展事故予想和反事故演习，以免在发生事故时惊惶失措。

三短路故障

1短路的原因　主要原因有以下几方面：

１、选用的导线不符合环境要求，使其绝缘受到高温、潮湿或腐蚀作用而失去绝缘能力。

２、线路年久失修，绝缘陈旧老化或受损伤，使线芯裸露。

３、电压超过线路的额定电压，使绝缘被击穿。

４、安装、修理人员接错线路，或带电作业造成人为碰线短路。

５、裸导电线安装太低，搬运金属物件时不慎碰在电线上；线路板上有金属物件或小动物跌落，发生电线之间的跨接。

６、架空线路电线间距太小，档距过大、电线松弛时，大风有可能使两线相碰；架空电线与建筑物、树木距离太小，使电线与建筑或树木接触。

７、电线机械强度不够，使电线断落接触大地，或断落在另一根电线上。

８、不按规程要求私接、乱拉，管理不善，维护不当造成短路。

９、高压架空线路的绝缘子耐压程度过低，会引起线路的对地短路。

10人为误操作（带地线合闸,带负荷拉刀闸引起弧光短路）

2短路的危害

1）短路的电动效应和热效应;短路电流所燃起电弧使故障设备或者线路烧毁或遭受破坏

•

（2）短路电流通过非故障的电气设备和线路时，由于发热和电动力作用，引起损伤和损坏，导致使用年限缩短。

3）电压骤降;系统中各点电压大量下降，破坏用户工作稳定性，影响产品质量。

4）造成停电事故;;短路引起发电机组失去同步,影响系统稳定,破坏电力系统并列运行性，使系统发生震荡，甚至整个系统瓦解，造成大面积停电。

5）短路时间太长容易造成电气设备损坏

6）产生电磁干扰;对通讯,铁路,邮电产生影响

3短路的形式

电力系统在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流。

其值可远远大于额定电流，并取决于短路点距电源的电气距离。

例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达额定电流的10～15倍。

大容量电力系统中，短路电流可达数万安。

这会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。

三相系统中发生的短路有4种基本类型：

三相短路，两相短路，单相对地短路和两相对地短路。

其中，除三相短路时，三相回路依旧对称，因而又称对称短路外，其余三类均属不对称短路。

在中性点接地的电力网