论电力系统三相短路的原因和防范措施

论电力系统三相短路的原因和防范措施
重庆中机龙桥热电有限公司——王超——
【摘要】电力是维持当今社会发展的主要能源之一,是人类生活当中不可缺少的重要部分,整个电力系统的稳定和发展关系到我们每一个人正常的生活次序,大则关系到整个国家长治久安,小则关系到每一个家庭。

目前由于电力系统经过多年的构建和发展,同时随着电子产品的日新月异,形成了错综复杂的连接方式,电气系统重大短路事故也有了新的解释和任务。

本文针对新形势下电力系统短路故障做一个分析,并制定相关对策。

【关键词】电力系统、短路、大电流、损坏
一、电力系统中短路原因的分析
导致短路发生的最终原因是承载电力的载体绝缘受到破坏,引起绝缘破坏的原因主要有:
1、电气设备绝缘材料的自然老化、污秽或机械损伤。

2、雷击引起过电压,自然灾害引起杆塔倒地或断线。

3、鸟兽跨接导线引起短路。

4、运行人员误操作(如检修后未拆除地线就合闸等)。

电力系统的运行经验表明,各类短路发生的几率不同,其中单相接地发生得最多,三相短路发生得最少。

根据某些系统的统计资料,在所有短路故障中,三相短路占5%,单相接地占65%,两相短路占10%,两相接地短路占20%。

虽然三相短路发生的几率最小,但其产生的后果最严重,同时它又是分析不对称故障的基础,因此将重点进
行研究。

二、短路对电力系统的正常运行和电气设备的危害
短路故障一旦发生,往往造成十分严重的后果,主要有:
1 、电流急剧增大。

短路时的电流要比正常工作电流大得多,严重时可达正常电流的十几倍。

大型发电机出线端三相短路电流可达几万甚至十几万安培。

这样大的电流将产生巨大的冲击力,使电气设备变形或损坏,同时会大量发热使设备过热而损坏。

有时短路点产生的电弧可能直接烧坏设备。

2、电压大幅度下降。

三相短路时,短路点的电压为零,短路点附近的电压也明显下降,这将导致用电设备无法正常工作,例如异步电动机转速下降,甚至停转。

3、可能使电力系统运行的稳定性遭到破坏。

电力系统发生短路后,发电机输
出的电磁功率减少,而原动机输入的机械功率来不及相应减少,从而出现不平衡功率,这将导致发电机转子加速。

有的发电机加速快,有的发电机加速慢,从而使得发电机相互间的角度差越来越大,这就可能引起并列运行的发电机失去同步,破坏系统的稳定性,引起大片地区停电。

4、不对称短路时系统中将流过不平衡电流,会在邻近平行的通讯线路中感应
出很高的电势和很大的电流,对通讯产生干扰,也可能对设备和人身造成危险。

5、使系统中部分地区的电压降低,给用户造成经济损失。

6、破坏系统运行的稳定性,甚至引起系统强烈振荡,造成大面
积停电或使整个电力系统瓦解。

7、巨大的短路电流将在周围空间产生很强的电磁场,尤其是不对称短路所产生的不平衡交变磁场,会对周围的通信网络、信号系统、晶闸管触发系统及控制系统产生干扰。

在以上后果中,最严重的是电力系统并列运行稳定性的破坏,整个电网呈现低电压,在低电压的情况下各运转设备电流增加,最易烧坏运行设备的线圈,导致人身和设备损坏事故的不断扩大。

三、防范短路电流的有效措施
短路电流的危害性很大,结合相关领域的专家、企业和政府部门的研究成果,总结出一些有效的短路电流防范措施,具体措施如下:
1、合理规划电网结构
合理规划电网结构是防范短路电流的一项基本措施,从电网的发展历程来看,也可以将这一历程视为不断对低电压等级进行合理分区以及不断升高电压等级的过程。

在规划电网结构时,可以采取的措施是比较多的,既可以发展更高等级的电网电压,也可以在建设输电线路时,根据相应的标准合理降低网络的紧密程度;或者分片运行减压电网等,总体而言,应该根据每个地方和各个电网的实际情况进行合理的选择和应用,不能不加选择地盲目使用。

2、正确选择电网的接线方式
电网的接线方式对防范短路电流的发生具有重要的作用,正确的选择会起到有效限制短路电流的效果。

接线方式的种类是比较多的,根据不同的情况有不同的选择,如当限制的是大电流接地系统中的短路电
流,那么可以采用部分变压器的中心点不接地的接线方式;如果是发生的地点是在降压变电所的话,则最有效的方式是变电器低压侧分列运行,这种方法可以有效
对低压和中压配电装置里的短路电流进行限制。

总体原则就是要随着不同的系统、不同的场所来选择不同的接线方式。

3、大力发展直流输电
通过大力发展直流输电也可以有效防控短路电流的产生。

因为通过控制换流器触发相位,能够很快地对直流输电系统进行调节,同时会自动将电流保持为定值,这样就可以起到保持直流电流平稳输送的作用,进而有效确保直流电网的正常运作。

而对与交流系统来说,当使用直流输电时,由于直流电网被分为多个相互间独立的交流子系统,这样就有效避免了短路电流相互注入的发生,一旦出现短路电流就可以起到大大降低短路电流危害性的作用。

4、使用故障电流限制器
故障电流限制器是当前电力系统必备的元件之一,它在防范短路电流方面具有突出的作用,表现在以下三个方面:
(1)通常而言,随着电压的不断升高,故障电流也会越来越强,这时候也就越来越难以断开。

而使用故障电流器后可以有效减轻断路器的开端负担,电路的开断就变得容易多了。

(2)故障电流限制器还可以快速地限制短路电流,这样就能够大大减轻线路的电压损耗,同时发电机的失步概率也会显著降低。

另外系统电压、频率等的稳定性也会得到增强,因短路电流所引起的电
网和设备事故就能够得到及时和有效的防范。

(3)由于当前绝大部分的输电线路其实际输送能力都小于稳定极限,当出现短路电流时极易受损。

而在引入故障电流限制器后,它可以在短路电流达到峰值之前就起作用,使大部分电力设备的动稳定极限和热稳定极限有效降低,同时也能够相应
地减小电网的极限比,从而提高了输电线路的利用率,确保线路输送的安全和稳定,并降低电网的整体投入。

5、加强变电器绕组变形的诊断工作
电网系统其实有其脆弱的一面,很多因素,如雷击、继电保护误动等因素都很
有可能造成电网出现短路。

而一旦出现短路故障,短路电流就会强烈冲击电网,造成变压器绕组出现局部变形的现象,很多时候直接造成了绕组的损坏,即使没有损坏,也会遗留下很多故障隐患,例如,会使得绝缘距离发生变化,并损害固体绝缘,引发局部放电。

如果是因雷电过压引起的,则会因饼间击穿而产生突发性绝缘事故。

另外,还是使绕组的机械性能下降,一旦接着再出现短路事故,损坏事故将无法避免。

因此,当变电器绕组因短路电流的冲击而出现变形时就要及时进行诊断和抢修,避免因二次短路的出现而彻底损坏。

随着现代电气技术的飞速发展,将各类短路事故限制在萌芽状态,严格控制短
路事故后果的扩大化,已不再是科技难题,通过各界人士的共同努力我相信,日后的电力系统短路故障将越来越少。