電力系統(tǒng)短路故障及短路電流危害\\限制措施

摘要：電力系統(tǒng)在運行中，由于多種原因，難免會出現(xiàn)故障，而使系統(tǒng)的正常運行遭到破壞，各種短路故障是破壞電力系統(tǒng)正常運行最為常見而且危害最大的原因。本文簡要探討短路故障原因，短路電流危害及限制短路電流措施。

關(guān)鍵詞：短路 短路故障 短路電流危害 限制措施

中圖分類號：TM7 文獻標(biāo)識碼：A文章編號1672-3791(2012)03(c)-0000-00

1短路產(chǎn)生的原因和分類

所謂短路，指的是由于電力系統(tǒng)相與相之間或相與地之間的絕緣破壞后，形成了非正常的低阻抗通路。

短路產(chǎn)生的原因來自于外部和內(nèi)部。外部原因：雷電、風(fēng)暴、環(huán)境污染和動物進入造成的絕緣破壞，如雷擊造成的閃絡(luò)放電或避雷器動作，大風(fēng)造成架空斷線或?qū)Ь€覆冰引起電桿倒塌，如運行人員帶負荷拉刀閘，線路或設(shè)備檢修后未拆除接地線就加電壓，如挖溝損傷電流，鳥獸（包括蛇，鼠等）跨接在裸露的載流部分等；內(nèi)部原因：絕緣材料的老化破裂，如絕緣材料的自然老化，設(shè)計、安裝及維護不良等所造成的設(shè)備缺陷發(fā)展成短路等。

按短路后的電路狀態(tài)區(qū)分，短路的形式有四種：三相短路，單相接地，兩相短路，兩相接地短路。其中三相短路后電路保持三相對稱狀態(tài)，稱為對稱短路；其余的三種短路形式均稱為不對稱短路。

按短路因素的持續(xù)時間、停電后短路狀態(tài)是否自動消除，將短路分為瞬時性短路和持續(xù)性短路兩種。例如，因動物進入帶電體間引起的短路，當(dāng)動物被擊落或燒毀后，短路因素消失，停電后可立即恢復(fù)供電，因此稱為瞬時性短路。電氣設(shè)備絕緣破壞，輸電線倒桿引起的短路則是持續(xù)性短路。

2短路電流的危害

短路電流可達幾十到幾百千安，因此造成很大的危害。包括兩個階段的危害：短路過程中的危害和短路結(jié)束后的危害。

短路過程中的危害：短路電流使設(shè)備發(fā)熱增加，短路持續(xù)時間較長時，設(shè)備可能過熱以致?lián)p壞（短路電流大量發(fā)熱，對電氣設(shè)備產(chǎn)生熱破壞，稱為熱穩(wěn)固性破壞）；短路點附近支路中出現(xiàn)比正常值大許多倍的電流，在導(dǎo)體間產(chǎn)生很大的機械應(yīng)力，可能使導(dǎo)體和它們的支架遭到破壞（短路電流產(chǎn)生很大的電動力，對電氣設(shè)備造成機械破壞，稱為動穩(wěn)固性破壞）；短路點附近電網(wǎng)電壓嚴重下降，影響負荷供電，并破壞了功率送端與功率受端之間的能量傳輸，導(dǎo)致送端旋轉(zhuǎn)機組減速，使電力系統(tǒng)兩部分頻率不相等，稱為失步；不對稱短路后三相電流不對稱，產(chǎn)生負序電流引起旋轉(zhuǎn)電動機和轉(zhuǎn)子表層發(fā)熱，單相接地和兩相接地，還產(chǎn)生零序電流，對外界造成很大的干擾磁場，影響通信。

短路結(jié)束后的危害：電力系統(tǒng)的自動保護裝置（稱為繼電保護）切除故障電路部分后，可能遺留下兩個大問題：

1)短路發(fā)生地點離電源不遠而又持續(xù)時間較長，可能使電力系統(tǒng)各發(fā)電機組失去同步，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定，存在是否能重新回到同步狀態(tài)的問題，嚴重時可能導(dǎo)致系統(tǒng)瓦解；

2)切除故障后可能造成電力系統(tǒng)分成多個部分，稱為電力系統(tǒng)“解列”，解列后的系統(tǒng)一般不能保證功率平衡，發(fā)電功率小于負荷功率的電網(wǎng)部分存在頻率崩潰的危險。

電力系統(tǒng)的安全自動裝置（例如低頻減載，低壓減載等）的作用就是力圖減小上述危害。

3限制短路電流的措施

限制短路電流的措施有電力系統(tǒng)可采取的限流措施，發(fā)電廠和變電所中可采取的限流措施，終端變電所中可采取的限流措施。

電力系統(tǒng)可采取的限流措施：提高電力系統(tǒng)的電壓等級；直流輸電； 在電力系統(tǒng)主網(wǎng)加強聯(lián)系后，將次級電網(wǎng)解環(huán)運行；在允許的范圍內(nèi)，增大系統(tǒng)的零序阻抗，例如采用不帶第三繞組或第三繞組為Y接線的全星形自耦變壓器，減少變壓器的接地點等。

發(fā)電廠和變電所中可采取的限流措施：發(fā)電廠中，在發(fā)電機電壓母線分段回路中安裝電抗器；變壓器分裂運行；變電所中，在變壓器回路中裝設(shè)分裂電抗器或電抗器；采用低壓側(cè)為分裂繞組的變壓器；出線上裝設(shè)電抗器。

終端變電所中可采取的限流措施：變壓器分列運行；采用高阻抗變壓器；在變壓器回路中裝設(shè)電抗器；采用小容量變壓器。

以上是限制電流的措施，但目前在電力系統(tǒng)中，用得較多的限制短路電流的方法有以下幾種：合理選擇電氣主接線形式和運行方式；采用分裂低壓繞組變壓器；加裝限流電抗器；采用微機保護及綜合自動化裝置等。

限流的原理是增大短路點到電源點之間的等效電抗，但是正常工作時的電壓損耗有可能因采取限流措施而增大。

3.1合理選擇電氣主接線形式和運行方式

接線中減少并聯(lián)支路或增加串聯(lián)支路；如雙回線分開運行或兩臺變壓器并列運行。

3.2采用分裂低壓繞組變壓器

分裂變壓器高壓繞組由兩部分并聯(lián)的不分裂的繞組組成，低壓練級由分裂成兩個支路的容量相等的分裂繞組組成，分裂繞組的各個支路間沒有電的聯(lián)系。分裂變壓器具有短路陰抗大，正常電抗小的優(yōu)點。分裂低壓繞組變壓器正常工作時，每個低壓繞組流過相同的電流，即I/2，電抗值只相當(dāng)于兩分裂繞組短路電抗的I/4。當(dāng)一個分裂繞組的出線發(fā)生短路時，來自另一臺發(fā)電機的短路電流或來自系統(tǒng)的短路電流都將遇到很大電抗的限制。采用分裂低壓繞組變壓器后，可能不另加裝電抗器就會使短路電流降至設(shè)備的允許值。

3.3加裝限流電抗器

線路電抗器，裝在引出線斷路器的后面（負荷側(cè)），則電抗器以前的斷路器和隔離開關(guān)可以選擇輕型的電器，并且可以提高母線殘余電壓，但正常工作時的電壓損耗增大，若出線數(shù)目較多，電抗器也多，以至于裝置比較復(fù)雜。

母線電抗器可以限制從本段母線流向短路母線的電流，從而提高本段母線的殘余電壓。電抗器除滿足限制短路電流外，還應(yīng)滿足熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定的要求。

分裂電抗器的限流作用和分裂變壓器低壓繞組的限流作用相似，但分裂電抗器的兩臂不僅有互感耦合，而且在電氣上也是連通的。它的結(jié)構(gòu)和普通大型電抗器相似，只是中間有抽頭作為公共端。為了充分限制短路電路和維持母線有較高的殘余電壓，采用分裂電抗器。

當(dāng)分裂電抗器和單臂自感電抗與普通電抗器的電抗值相等時，兩者短路時的限流作用一樣，但正常運行時分裂電抗器的電壓損失只有普通電抗器的一半；分裂電抗器可比普通電抗器多供一倍的出線。

分裂電抗器的兩個分支負荷應(yīng)盡量接近，否則可能出現(xiàn)過電壓，盡量避免安裝出線電抗器，因其投資大、配電復(fù)雜、運行費用高。

3.4采用微機保護及綜合自動化裝置

從短路電流分析可知，發(fā)生短路故障后約0.01s時間出現(xiàn)最大短路沖擊電流，采用微機保護僅需0.005s就能斷開故障回路，使導(dǎo)體和設(shè)備避免承受最大短路電流的沖擊，從而達到限制短路電流的目的。

參考文獻

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