繼電保護(hù)教案

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課題一繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置概述

一、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的作用、任務(wù)

繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置是電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的可靠保證。電力系統(tǒng)是發(fā)、供、用電的總稱，在運(yùn)行中不可避免地會(huì)發(fā)生各種形式的短路故障和不正常工作狀態(tài)，將在電力系統(tǒng)中引起事故。

繼電保護(hù)的任務(wù)是：當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，給控制設(shè)備的斷路器發(fā)出跳閘信號(hào)，將故障設(shè)備切除；當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知運(yùn)行人員及時(shí)處理，以防止發(fā)展成故障而引起事故的產(chǎn)生。

電能的生產(chǎn)、輸送、分派、使用是同時(shí)進(jìn)行的，隨著發(fā)電機(jī)單機(jī)容量及電力系統(tǒng)容量的不斷擴(kuò)大，對(duì)運(yùn)行水平的要求越來(lái)越高。因此自動(dòng)裝置的任務(wù)是：協(xié)同繼電保護(hù)提高供電的可靠性；保證電能質(zhì)量、提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平、減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；自動(dòng)記錄故障過(guò)程，以利于分析處理事故。

二、基本原理和基本要求

繼電保護(hù)的功能，就是將檢測(cè)到的電氣量與整定值進(jìn)行比較，在越過(guò)整定值或邊界時(shí)就動(dòng)作。繼電器由測(cè)量元件、規(guī)律元件和執(zhí)行元件組成的一種自動(dòng)電器。繼電保護(hù)裝置工作的好壞用以下四項(xiàng)基本要求來(lái)衡量：

可靠性。電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，繼電保護(hù)裝置應(yīng)可靠地不動(dòng)作（稱為安全性）；當(dāng)被保護(hù)設(shè)備發(fā)生故障或不正常工作狀態(tài)時(shí)，繼電保護(hù)裝置應(yīng)可靠動(dòng)作（稱為可依靠性）。

迅速性。是指繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作速度要快。理論上，動(dòng)作速度越快越好，但實(shí)際應(yīng)用中，為防止干擾信號(hào)造成保護(hù)裝置誤動(dòng)及保證保護(hù)間的相互協(xié)同，繼電保護(hù)不得不人為地設(shè)置一定的動(dòng)作時(shí)限。

選擇性。是指當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置發(fā)出跳閘命令僅將故障設(shè)備切除，使停電范圍盡可能減小，應(yīng)保證無(wú)故障部分繼續(xù)運(yùn)行。

靈敏性。是指繼電保護(hù)裝置反應(yīng)故障的能力。靈敏性一般用靈敏系數(shù)來(lái)衡量。

以上四項(xiàng)基本要求，貫穿整個(gè)繼電保護(hù)內(nèi)容的始終，在滿足上述要求的同時(shí)還要考慮經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。應(yīng)當(dāng)注意的是四個(gè)要求有時(shí)會(huì)相互矛盾。

三、題庫(kù)講解

電機(jī)(Lb2A3163).對(duì)繼電保護(hù)的基本要求包括可靠性、選擇性、靈敏性和速動(dòng)性。其中，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，只跳開離故障點(diǎn)最近的斷路器，使停電范圍最小，是指繼電保護(hù)的（）。(A)可靠性；（B）選擇性；（C）靈敏性；（D）速動(dòng)性。答案:B

變電(La2A5036).繼電保護(hù)對(duì)發(fā)生在本線路故障的反應(yīng)能力叫()。(A)快速性；(B)選擇性；(C)靈敏性；(D)可靠性。答案:C5034

電機(jī)(Lb2C4059).什么是選擇性？畫圖舉例說(shuō)明什么是有選擇性動(dòng)作，什么是非選擇性動(dòng)作？

答案:如圖C-1所示，只切除離故障點(diǎn)最近的斷路器，使停電范圍盡量減小，這稱為有選擇性動(dòng)作。

當(dāng)k2短路時(shí),由保護(hù)2動(dòng)作斷開2QF,稱為有選擇性動(dòng)作;若保護(hù)1動(dòng)作，斷開1QF,則稱為無(wú)選擇性動(dòng)作。當(dāng)k1短路時(shí)，若保護(hù)1拒動(dòng)或1QF失靈，由保護(hù)2動(dòng)作，斷開2QF,仍稱為有選擇性動(dòng)作。

圖C-1

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課題二線路保護(hù)

一、電流、電壓保護(hù)

線路短路故障的顯著特點(diǎn)是電流增大、電壓降低，利用電流與電壓的變化，即可構(gòu)成反應(yīng)相間故障的電流、電壓保護(hù)，就可保證系統(tǒng)非故障部分的正常運(yùn)行。

1、反應(yīng)相間故障的三段式電流保護(hù)裝置

三段式電流保護(hù)裝置由瞬時(shí)電流速斷保護(hù)、限時(shí)電流速斷保護(hù)和定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)組合構(gòu)成三段式電流保護(hù)裝置。瞬時(shí)電流速斷保護(hù)和限時(shí)電流速斷保護(hù)能保護(hù)線路全長(zhǎng)，為線路的主保護(hù)。

瞬時(shí)電流速斷保護(hù)（又稱第Ⅰ段保護(hù)）可瞬時(shí)動(dòng)作，但不能保護(hù)線路的全長(zhǎng)。限時(shí)電流速斷保護(hù)（又稱第Ⅱ段保護(hù)）用以反應(yīng)瞬時(shí)電流速斷保護(hù)區(qū)外的故障，應(yīng)能保護(hù)線路的全長(zhǎng)，還應(yīng)有盡可能短的動(dòng)作時(shí)限。定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)（又稱第Ⅲ段保護(hù)）作為本線路的近后備保護(hù)和下一線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)。附加判別功率方向的電流保護(hù)，稱為方向電流保護(hù)。判別短路功率的方向，是解決電流保護(hù)用于雙側(cè)電源或單電源環(huán)網(wǎng)輸電線路選擇性問題的有效方法。功率方向繼電器的作用就是判別功率的方向：正方向故障，功率從母線流向線路時(shí)就動(dòng)作；反方向故障，功率從線路流向母線時(shí)不動(dòng)作。

方向電流保護(hù)必需采用按相起動(dòng)接線，否則可能引起保護(hù)裝置誤動(dòng)作。2、電網(wǎng)的接地保護(hù)

電力系統(tǒng)按中性點(diǎn)接地方式可分為中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)、中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)三種。從原理上講，接地故障的保護(hù)可以與三相星形接線的相間短路電流保護(hù)共用一套設(shè)備，但該保護(hù)靈敏度低、動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)，所以應(yīng)采用專門的接地保護(hù)裝置。接地故障將產(chǎn)生零序分量是其最顯著的特點(diǎn)。

中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)產(chǎn)生很大的零序電流，反應(yīng)零序電流增大而構(gòu)成的保護(hù)稱為零序電流保護(hù)。零序電流保護(hù)也采用階段式，即瞬時(shí)零序電流保護(hù)（零序電流Ⅰ段）瞬時(shí)動(dòng)作，限時(shí)零序電流速斷保護(hù)（零序電流Ⅱ段）帶一個(gè)時(shí)間階梯動(dòng)作，它們構(gòu)成了線路接地短路的主保護(hù)，定時(shí)限零序過(guò)電流保護(hù)（零序電流Ⅲ段）作為接地主保護(hù)的后備保護(hù)。在雙側(cè)或多側(cè)電源的網(wǎng)絡(luò)中，零序電流保護(hù)需增加方向元件，就組成了三段式零序方向電流保護(hù)。

在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相金屬接地故障時(shí)，故障相對(duì)地電位為零，零序電壓值的大小等于相電壓，合成后的零序電流為故障前容性電流的三倍。不直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)的保護(hù)方式有：絕緣監(jiān)視裝置、零序電流保護(hù)。

二、距離保護(hù)

由于電流保護(hù)的保護(hù)范圍受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響很大，而距離保護(hù)裝置受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響小，因此在高壓電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。

距離保護(hù)裝置是反應(yīng)故障點(diǎn)至保護(hù)裝置安裝處的距離，并根據(jù)距離遠(yuǎn)近而確定動(dòng)作時(shí)間的一種保護(hù)裝置。由于故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處的距離與線路的阻抗成正比，故可通過(guò)測(cè)量線路的阻抗來(lái)反應(yīng)距離，它又被稱為阻抗保護(hù)。

為了滿足距離保護(hù)速動(dòng)性、選擇性和靈敏性的要求，目前廣泛應(yīng)用具有三段動(dòng)作范圍的時(shí)限特性。保護(hù)Ⅰ段瞬時(shí)動(dòng)作，保護(hù)范圍為線路全長(zhǎng)的80～85%。保護(hù)Ⅱ段帶一階梯時(shí)限（約0.5秒），保護(hù)范圍為本線路的未端及下一條線路的一部分。保護(hù)Ⅲ段作為本線路保護(hù)和相鄰線路保護(hù)的后備。三段式距離保護(hù)裝置，可由以下四個(gè)元件組成：保護(hù)起動(dòng)和閉鎖元件、方向元件、測(cè)量元件、時(shí)間元件。

阻抗繼電器是距離保護(hù)的核心元件。阻抗繼電器要測(cè)量阻抗幅值的變化和相位的變化，其動(dòng)作特性為復(fù)平面上的“幾何面積〞（稱為動(dòng)作區(qū)）。當(dāng)測(cè)量阻抗落入動(dòng)作區(qū)時(shí)，繼電器動(dòng)作；當(dāng)落在動(dòng)作區(qū)外，繼電器不動(dòng)作。影響阻抗繼電器正確工作的因素好多，最主要的影響因素有：故障點(diǎn)的過(guò)渡電阻。故障點(diǎn)與保護(hù)安裝處之間的分支電流。斷線閉鎖。系統(tǒng)振蕩閉鎖。

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三、高頻保護(hù)

1、縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)

縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是用輔助導(dǎo)線（或稱導(dǎo)引線）將被保護(hù)線路兩側(cè)的電量連接起來(lái)，通過(guò)比較被保護(hù)的線路始端與末端電流的大小及相位構(gòu)成的保護(hù)?？v差保護(hù)普遍采用環(huán)流法的接線方式。

在線路正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，由于線路兩側(cè)的電流基本相等，保護(hù)不動(dòng)作；而在內(nèi)部故障時(shí)，兩側(cè)電流相差很大，差動(dòng)繼電器可動(dòng)作跳閘，從而可正確區(qū)分區(qū)內(nèi)與區(qū)外故障。

縱差動(dòng)保護(hù)可保護(hù)線路全長(zhǎng)，并全線快速切除故障，無(wú)需與相鄰線路保護(hù)在整定值上進(jìn)行協(xié)同。2、橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)

電力系統(tǒng)中常采用雙回線供電。橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的差動(dòng)繼電器并接在相鄰兩線路電流互感器二次側(cè)的差回路上，利用平行線路內(nèi)部故障時(shí)兩線路阻抗不等而形成的電流差使繼電器動(dòng)作。

當(dāng)兩線路的阻抗不完全相等，或電流互感器的特性不一致時(shí)，繼電器中將流過(guò)不平衡電流，需采取以下方法來(lái)減小不平衡電流：采用具有D級(jí)鐵芯的電流互感器；減小和均衡電流互感器二次回路的負(fù)擔(dān)；應(yīng)用速飽和中間變流器。

橫聯(lián)方向差動(dòng)保護(hù)是在橫差保護(hù)的基礎(chǔ)上，加裝方向元件構(gòu)成的，用功率方向繼電器來(lái)選擇故障線路。橫聯(lián)方向差動(dòng)保護(hù)可反應(yīng)兩回線路電流之差的大小和方向，從而有選擇地切除故障線路。在單回運(yùn)行時(shí)保護(hù)應(yīng)自動(dòng)退出，以防保護(hù)誤動(dòng)作。同時(shí)還需加裝一套保護(hù)（尋常采用反應(yīng)雙回線電流之和的三段式電流保護(hù)或距離保護(hù)），作為本線路和相鄰線路的后備保護(hù)和單回線路運(yùn)行時(shí)的主保護(hù)。

3、高頻保護(hù)

為快速切除高壓輸電線路上任一點(diǎn)的短路故障，將線路兩端的電氣量轉(zhuǎn)化為高頻信號(hào)，然后利用高頻通道將此信號(hào)送到對(duì)端進(jìn)行比較，決定保護(hù)是否動(dòng)作，這種保護(hù)稱為高頻保護(hù)。繼電保護(hù)的高頻通道就是指高頻電流流通的路徑，目前使用的有：輸電線載波通道、微波通道、光纖通道等。

縱聯(lián)高頻閉鎖方向保護(hù)的基本工作原理是是比較被保護(hù)線路兩端的短路功率方向，保護(hù)采用故障時(shí)發(fā)信方式。發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，接收反向短路功率的那一側(cè)發(fā)高頻信號(hào)，收信機(jī)受到高頻信號(hào)閉鎖，保護(hù)不跳閘。只有區(qū)內(nèi)故障時(shí)，被保護(hù)線路兩側(cè)的短路功率方向都是正方向，即由母線指向被保護(hù)線路時(shí)，兩側(cè)均不發(fā)閉鎖信號(hào)，保護(hù)才動(dòng)作于斷路器跳閘。

高頻閉鎖方向保護(hù)的繼電部分由兩種主要元件組成，一是起動(dòng)元件，用于故障起動(dòng)發(fā)信機(jī)，發(fā)出高頻閉鎖信號(hào)；二是方向元件，用于測(cè)量故障方向，在保護(hù)的正方向故障時(shí)準(zhǔn)備好跳閘回路。

高頻閉鎖方向保護(hù)可以快速地切除保護(hù)范圍內(nèi)的各種故障，但不能作為下一條線路的后備保護(hù)。而距離保護(hù)可作為外部故障時(shí)的后備保護(hù)。高頻閉鎖距離保護(hù)能正確反應(yīng)并快速切除各種短路故障，且有足夠的靈敏度，其中的距離保護(hù)還可兼作相鄰線路和元件的遠(yuǎn)后備保護(hù)。當(dāng)高頻部分故障時(shí)，距離保護(hù)仍可繼續(xù)工作，對(duì)線路進(jìn)行保護(hù)。如將高頻閉鎖距離保護(hù)與零序電流方向保護(hù)的有關(guān)部分相連，則可構(gòu)成高頻閉鎖零序電流方向保護(hù)。

相差高頻保護(hù)的基本工作原理是通過(guò)比較被保護(hù)線路兩端短路電流的相位，來(lái)決定保護(hù)是否動(dòng)作。我國(guó)廣泛采用故障時(shí)起動(dòng)發(fā)信的相差調(diào)頻保護(hù)，在工頻電流的正半周發(fā)高頻信號(hào)，而負(fù)半周中止發(fā)信。相差高頻保護(hù)裝置由繼電部分、收發(fā)信機(jī)、通道設(shè)備三部分組成，每側(cè)的繼電保護(hù)部分包括起動(dòng)元件、操作元件和電流相位比較元件。

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四、題目講解

變電(Lc2A2109).電力網(wǎng)發(fā)生三相對(duì)稱短路時(shí)，短路電流中包含有()分量。(A)直流；(B)零序；(C)正序；(D)負(fù)序。答案:C2112

變電(Lc2A2110).電力系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，電網(wǎng)總阻抗會(huì)()。(A)減??；(B)增大；(C)不變；(D)忽大忽小。答案:A2113

電試(Jf2A3312).超高壓系統(tǒng)三相并聯(lián)電抗器的中性點(diǎn)經(jīng)小電抗器接地，是為了()。

A.提高并聯(lián)補(bǔ)償效果；B.限制并聯(lián)電抗器故障電流；C.提高電網(wǎng)電壓水平；D.限制“潛供電流〞和防止諧振過(guò)電壓。答案:D3351

電機(jī)(Lb2B4155).反應(yīng)故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處阻抗，且動(dòng)作的保護(hù)，稱為距離保護(hù)。（）答案:√

變電(Lc2B5134).小電流接地系統(tǒng)中的并聯(lián)電容器可采用中性點(diǎn)不接地的星形接線。()答案:√5150變電(Lc2B5138).無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍是線路的70%。()答案:×

電試(Lb2B3120).在中性點(diǎn)不直接接地的電網(wǎng)中，發(fā)生單相接地時(shí)，健全相對(duì)地電壓有時(shí)會(huì)超過(guò)線電壓。()答案:√3122

電試(Je2B3300).電力系統(tǒng)在高壓線路進(jìn)站串阻波器，防止載波信號(hào)衰減，利用的是阻波器并聯(lián)諧振，使其阻抗對(duì)載波頻率為無(wú)窮大。()答案:√3354

電試(Jf2B3320).能滿足系統(tǒng)穩(wěn)定及設(shè)備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護(hù)設(shè)備和線路故障的繼電保護(hù)，稱為主保護(hù)。()答案:√3375

電試(Je2C4144).怎樣測(cè)量輸電線路的零序阻抗?4150

答案:輸電線路零序阻抗測(cè)量的接線如圖C-12所示，測(cè)量時(shí)將線路末端三相短路接地，始端三相短路接單相交流電源。根據(jù)測(cè)得電流、電壓及功率，按下式計(jì)算出每相每公里的零序參數(shù)：

Z0＝3UI·1L

R0＝3PI2·1LX0＝Z0－R022

L0＝X02?f

式中P--所測(cè)功率，W；U--試驗(yàn)電壓，V；

Z0--零序阻抗，Ω／(km·?)；R0--零序電阻，Ω／(km·?)；X0--零序電抗，Ω／(km·?)；L0--零序電感，H／(km·?)；

I--試驗(yàn)電流，A；L--線路長(zhǎng)度，km；f--試驗(yàn)電源的頻率，Hz。變電(Lc2E3021).變電(Lc2E3021)說(shuō)明圖E-32中電流互感器的接線方式。答案:此圖為零序接線。1025

電試(La2E1025).圖E-23中三相五柱電壓互感器的接線屬于何種接線?答案:屬于YN，yn,△接線。1024

圖E-23圖E-32圖C-12

變電(Je2F4058).斷路器為什么要進(jìn)行三一致時(shí)接觸差(同期)的確定?JE1F4073

答案:原因有：(1)假使斷路器三相分、合閘不同期，會(huì)引起系統(tǒng)異常運(yùn)行。(2)中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)中，如斷路器分、合閘不同期，會(huì)產(chǎn)生零序電流，可能使線路的零序保護(hù)誤動(dòng)作。(3)不接地系統(tǒng)中，兩相運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生負(fù)序電流，使三相電流不平衡，個(gè)別相的電流超過(guò)額定電流值時(shí)會(huì)引起電機(jī)設(shè)備的繞組發(fā)熱。(4)消弧線圈接地的系統(tǒng)中，斷路器分、合閘不同期時(shí)所產(chǎn)生的零序電壓、電流和負(fù)荷電壓、電流會(huì)引起中性點(diǎn)位移，使各相對(duì)地電壓不平衡，個(gè)別相對(duì)地電壓很高，易產(chǎn)生絕緣擊穿事故。同時(shí)零序電流在系統(tǒng)中產(chǎn)生電磁干擾，要挾通信和系統(tǒng)的安全，所以斷路器必需進(jìn)行三一致期測(cè)定。

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課題三發(fā)電廠繼電保護(hù)

一、發(fā)電機(jī)保護(hù)

針對(duì)發(fā)電機(jī)可能發(fā)生的故障和不正常工作狀態(tài)，必需裝設(shè)專門的、性能完善的保護(hù)裝置。發(fā)電機(jī)的保護(hù)方式有：縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。反應(yīng)發(fā)電機(jī)定子繞組及引出線的相間故障。定子繞組匝間短路保護(hù)。定子接地保護(hù)。大容量的發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)100%的定子接地保護(hù)。過(guò)電流保護(hù)。對(duì)稱過(guò)負(fù)荷保護(hù)。勵(lì)磁回路接地保護(hù)。反應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁消失的失磁保護(hù)。轉(zhuǎn)子回路過(guò)負(fù)荷保護(hù)。大容量機(jī)組的逆功率保護(hù)。反應(yīng)水輪發(fā)電機(jī)和大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組過(guò)電壓的過(guò)電壓保護(hù)。為了快速切除故障，保護(hù)裝置在跳開發(fā)電機(jī)出口斷路器的同時(shí)，應(yīng)作用于自動(dòng)滅磁開關(guān)，切斷發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流。

1、發(fā)電機(jī)的縱差動(dòng)保護(hù)

發(fā)電機(jī)的縱差保護(hù)能快速而靈敏地切除發(fā)電機(jī)定子繞組及引出線之間的故障，是發(fā)電機(jī)的內(nèi)部相間短路故障的主保護(hù)。發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)裝置采用環(huán)流法接線，電流互感器之間的定子繞組及其引出線即為縱差保護(hù)的保護(hù)區(qū)。

差動(dòng)繼電器在流過(guò)穿越性電流時(shí)有不平衡電流，在二次回路斷線時(shí)流過(guò)負(fù)荷電流，因此差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)按躲過(guò)這兩個(gè)電流來(lái)整定。由于機(jī)端短路電流較大，一般能滿足靈敏度要求，但在中性點(diǎn)附近短路時(shí)，保護(hù)存在死區(qū)。死區(qū)的大小與動(dòng)作電流有關(guān)，降低動(dòng)作電流，可減小死區(qū)。

大型機(jī)組尋常采用比率制動(dòng)式縱差動(dòng)保護(hù)。適選中擇制動(dòng)特性的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，一方面保證外部短路故障時(shí)能可靠躲過(guò)最大不平衡電流，另一方面內(nèi)部故障時(shí)保護(hù)具有足夠的靈敏度。因此利用比率制動(dòng)特性可有效地防止穿越性故障時(shí)的誤動(dòng)作。

2、發(fā)電機(jī)的匝間短路保護(hù)

容量在25MW以上并且定子繞組為雙星形接線的發(fā)電機(jī)，才裝設(shè)發(fā)電機(jī)橫差保護(hù)，其作用是消除定子繞組匝間、分支間短路或分支開焊等故