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摘要：“以“电力系统分析”中的不对称短路计算这一重难点内容为例，进行教学方法的设计与探索。首先分析了不对称短路计算的理论基础及难点内容，然后结合仿真计算的方法，分析了故障后各种故障量的特征，加深了学生的直观印象，有助于加强对该内容的理解。
关键词：电力系统分析；不对称短路计算；教学方法；仿真计算
本文引用格式：张国栋等.《电力系统分析》课程重难点教学方法探索——以不对称短路计算为例[J].教育现代化，2019，6（98）：201-202.
作为电气工程专业的专业核心课，“电力系统分析” Xs具有综合性、实践性强的特点。该课程要求学生具有较扎实的数学、物理、电路以及电机学知识。教学过程中的重难点内容也较多，不对称短路计算便是其中之一。
传统地理论推导、PPT演示等方法缺乏直观性，学生理解也较为困难[1-4]。本文在该内容的教学方法上进行了探索，采用理论分析+仿真计算的方式，让学生在掌握理论知识的基础上，通过仿真计算，进一步把握不对称短路时电流、电压的变化特征，加强直观理解。
一 不对称短路计算理论分析
三相对称网络的不对称短路计算采用对称分量法。计算过程中，通常可近似认为正序阻抗与负序阻抗相等，即 X
1∑=X2∑。而系统零序等值阻抗 X0∑则受元件参数、短路位置等因素影响，其大小较为复杂，受其影响，接地型故障的短路电流大小也较为复杂，学生理解起来较为困难，下面分别予以分析。
（一）输电线路零序阻抗特征
图1为三相输电线路模型示意图。设A、B、C三相线路对称，忽略线路电阻，每相自感抗为Xs，每相互感抗为Xm。以A相为例，列写电压方程如下：
（二） 变压器零序阻抗特征
图 2 为 Yd11 型变压器等效电路图。其中 X1σ、X＇ σ 为一、二次绕组漏抗；X 、X分别为正序、零序励磁电抗。
根据等值电路图，可得变压器正序电抗为X1=X1σ+X＇//X，变压器零序电抗为X=X+X＇//X。当变压器为三相三柱时，因Xm1＞Xm0，故X1＞X0；当变压器为三相五柱或三相组式变压器时，因 X =X ，故X=X。因此，变压器零序阻抗可能会小于正序阻抗，当某些位置发生接地故障时，导致系统等值零序阻抗X∑0小于等值正序阻抗X∑1。
（三）正序等效定则简介
根据正序等效定则，短路后正序电流可由公式（2）计算得到，而实际短路电流与正序电流的关系如公式
（3）所示。其中XΔ称为附加阻抗，M称为折算系数，二者取值见李光琦（2007）[5]。
二 不同故障类型特征比较
由第二节内容分析可知，受输电线路、变压器等电网元件的影响，系统发生不对称故障时，等值零序阻抗X∑0与等值正序阻抗X∑1的相对大小关系不定。而这将影响短路电流大小以及短路后健全相对地电压的高低，下面通过Matlab编程方式进行仿真计算，并对计算结果予以分析。
计算过程采用标幺值，并忽略电阻。假定X2∑=X0∑=1，X0∑=1。针对各种短路故障，改变零序阻抗X0∑的大小，使其在（0～10）区间范围内变化，得到电流变化曲线如图3所示。
由计算结果可得：
(1)三相短路和两相短路时，与零序阻抗无关，因此短路电流保持不变。在假定X2∑=X0∑的情况下，两相短路电流为三相短路电流的3 2倍。
(2)单相接地电流和两相短路接地电流受零序电抗影响较大。随着零序电抗的增大，二者呈现衰减趋势。极限情况下，当X0∑=+∞时，单相接地电流为零，而两相短路接地电流与两相短路电流相等。
(3)当0≤X0∑/X1∑＜0.2时，两相短路接地电流>单相接地电流>三相短路电流>两相短路电流；当0.2
＜X0∑/X1∑时，单相接地电流>两相短路接地电流>三相短路电流>两相短路接地电流；当1＜X0∑/X1∑＜∞时，
三相短路电流>两相短路接地电流>两相短路电流>单相接地电流。该条件通常能够满足，因此一般三相短路电流是最重要的一项计算内容。
短路故障发生后，健全相（非故障相）对地电压也会发生变化，计算结果如图4所示。
（1）三相短路时，故障点电压为零；两相短路时，健全相对地电压与故障前一样。
（2） 单相接地与两相短路接地时，健全相对地电压与X0∑密切相关。当0≤X0∑/X1∑＜1时，两相短路接地电压<单相接地电压<1，即短路发生后，健全相对地电压要降低；当1＜X0∑/X1∑＜4.5时，1<单相接地电压<两相短路接地电压,即短路发生后，健全相对地电压要升高；当4.5＜X0∑/X1∑＜+∞时，两相短路接地电压<单相接地电压，极限情况下，当X0∑=+∞时，单相接地的健全相电压上升为相电压的3倍，两相短路接地的非故障相电压上升为正常相电压的1.5倍。
四 结论
通过理论分析+仿真计算的方法，剖析了不对称短路计算的难点内容，使学生在掌握理论知识的基础上，进一步直观把握故障后各分量的特征及影响因素，有利于该问题的理解。
参考文献
[1]张永熙,周任军,王媛媛.《电力系统分析》课程的工程实践培养模式探索[J].教育现代化,2019,6(49):124-125.
[2]李建军,侯宝华,邹梦丽.基于企业需求的“电力系统稳态分析”实践教学设计[J].教育现代化,2019,6(56):213-214.
[3]鲜龙,陈伟.基于工程教育专业认证的电力系统分析课程教学改革[J].科教导刊(上旬刊),2019(09):135-136.
[4]党常亮.Matlab/Simulink在“电力系统分析”教学中的应用[J].高教学刊,2019(12):102-104.
[5]李光琦.电力系统暂态分析（第三版）[M].北京：中国电力出版社，2007．
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