電力系統(tǒng)的短路分析與故障測(cè)距

李震 董傲楊 左瑋 董傲雪 聶明霞

（國(guó)網(wǎng)雞西供電公司 158100）

電力系統(tǒng)的短路分析與故障測(cè)距

李震 董傲楊 左瑋 董傲雪 聶明霞

（國(guó)網(wǎng)雞西供電公司 158100）

電力系統(tǒng)包括通過(guò)電的或機(jī)械的方式連接在網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備。電力系統(tǒng)中的這些互連元件可以改變系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。如果系統(tǒng)處于暫態(tài)過(guò)程之中，運(yùn)行參量的變化可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成危害，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)輸入功率和輸出功率不平衡，因此必須對(duì)電力系統(tǒng)的各種暫態(tài)過(guò)程進(jìn)行分析。我們可以針對(duì)技術(shù)問(wèn)題采用一些合理的假設(shè)，就電路中的短路問(wèn)題進(jìn)行研究。電力系統(tǒng)中隨時(shí)會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的暫態(tài)現(xiàn)象，且測(cè)得的信號(hào)中包含大量的暫態(tài)分量。故障測(cè)距是通過(guò)對(duì)故障進(jìn)行快速的檢測(cè)、以達(dá)到消除故障的目的。目前，電力系統(tǒng)短路故障危害到國(guó)家的能源和經(jīng)濟(jì)。隨著現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)力水平的不斷提高，安全、可靠、穩(wěn)定的電力供應(yīng)已成為電力網(wǎng)絡(luò)的延伸的主要方向。本文就電力系統(tǒng)短路分析及保護(hù)和故障測(cè)距技術(shù)進(jìn)行了闡述。

電力系統(tǒng)；短路；故障測(cè)距

引言

隨著自然災(zāi)害和誤操作等因素的逐漸增多，使得電網(wǎng)故障頻繁發(fā)生，電力系統(tǒng)的大事故會(huì)對(duì)國(guó)家安全產(chǎn)生巨大威脅，特別是各種偶然因素所造成的影響在客觀上是不可避免的，如：全網(wǎng)的大規(guī)模停電就有可能因?yàn)榫植康墓收衔茨艿玫郊皶r(shí)有效的應(yīng)對(duì)。電力系統(tǒng)故障的一個(gè)顯著特征就是電流劇增，熔斷器保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)能反映電壓降低和電流增加的一種保護(hù)原理就是阻抗保護(hù)。電力系統(tǒng)普遍存在對(duì)非線性故障所產(chǎn)生的非平穩(wěn)時(shí)變信號(hào)和突變信號(hào)識(shí)別困難甚至誤識(shí)別的難題，如：探測(cè)高阻抗故障是電力系統(tǒng)一個(gè)長(zhǎng)期沒(méi)有解決的問(wèn)題。為了更確切對(duì)電壓和功率進(jìn)行判斷，就需要進(jìn)行故障測(cè)距。傳統(tǒng)的過(guò)流保護(hù)裝置不能形成固定接地，以致電流很小甚至完全沒(méi)有電流，這樣就導(dǎo)致故障會(huì)持續(xù)幾小時(shí)甚至幾天，在許多情況下，就會(huì)引發(fā)突發(fā)性故障電流反復(fù)及不規(guī)則的發(fā)生，導(dǎo)致更多的電能卻源源不斷地流向故障點(diǎn)。

1 電力系統(tǒng)短路分析及保護(hù)

1.1 短路的起因及后果

在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，短路故障的主要原因在于絕緣層被破壞。一方面是由于絕緣設(shè)備的維護(hù)和檢測(cè)工作不到位，另一方面可能由于設(shè)備自身存在缺陷。另外，人為專業(yè)技術(shù)水平不高，如：在帶負(fù)荷的狀態(tài)下斷開隔離開關(guān)，或者在沒(méi)有將地線進(jìn)行撤離就合上斷路器，設(shè)備自身長(zhǎng)期在超負(fù)荷的狀態(tài)下工作，會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)中出現(xiàn)短路故障；或者是在電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與維護(hù)中，未能準(zhǔn)確地計(jì)算爬電距離，都會(huì)導(dǎo)致電力短路故障的發(fā)生。相與相之間的短路是最常見的，發(fā)生短路時(shí)，短路電流上萬(wàn)安甚至十幾萬(wàn)安，這樣大的電流會(huì)使電器設(shè)備遭受巨大的破壞。為了預(yù)防這種情況必須有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定度。如果預(yù)防性的絕緣試驗(yàn)不夠仔細(xì)就會(huì)引起故障，甚至造成大面積停電事故。

如果電源的電氣和短路點(diǎn)相距較遠(yuǎn)，電源輸出功率的變化量就會(huì)小于電源自身功率，這種電源的有功功率會(huì)遠(yuǎn)大于有功變化。如果在分析無(wú)限大功率電源的短路問(wèn)題時(shí)，還必須要考慮到短路沖擊電流，根據(jù)這一瞬時(shí)值對(duì)相關(guān)電氣設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，也能提高電力系統(tǒng)相關(guān)動(dòng)穩(wěn)定程度。

1.2 繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)和調(diào)整

繼電電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通常引起電壓的降低，因此，繼電保護(hù)應(yīng)利用正常運(yùn)行與故障時(shí)各物理量的差別來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置使停電范圍盡量縮小。保證無(wú)故障部分繼續(xù)運(yùn)行。故障的快速切除，可以減少用戶在降低電壓下工作的時(shí)間，避免對(duì)電氣設(shè)備的損壞程度；可以提高自動(dòng)重臺(tái)閘動(dòng)作的成功率。考慮到電力系統(tǒng)具有很強(qiáng)的綜合分析和判斷能力，幾乎所有的保護(hù)裝置都是由各種器件組成，本身出故障的概率就越大，保護(hù)裝置的巡檢功能也大大提高了其可靠性。結(jié)合計(jì)算機(jī)軟件的實(shí)時(shí)性特點(diǎn)，微機(jī)保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)發(fā)生故障的暫態(tài)期間，就能延對(duì)動(dòng)作或重合閘延時(shí)的過(guò)程。

2 故障測(cè)距技術(shù)

2.1 故障測(cè)距在電力系統(tǒng)中的重要作用

故障測(cè)距是分析電力系統(tǒng)故障的重要措施，它可以及時(shí)而準(zhǔn)確地找出故障點(diǎn)的位置并及時(shí)采取相應(yīng)的對(duì)策。在整個(gè)輸電系統(tǒng)中，通常會(huì)在故障發(fā)生之后運(yùn)用故障測(cè)距來(lái)找出故障點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。現(xiàn)階段，故障測(cè)距的方法分為阻抗法、行波法、故障分析法和智能化測(cè)距法。

2.2 故障測(cè)距的要求

不同的短路故障問(wèn)題需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要來(lái)靈活選擇故障測(cè)距的算法。故障測(cè)距的算法：①遵循可靠性，在故障發(fā)生后能夠可靠地對(duì)故障進(jìn)行測(cè)距，無(wú)論故障類型如何不能因?yàn)闇y(cè)距方法本身的缺陷而導(dǎo)致測(cè)距結(jié)果出現(xiàn)偏差；②準(zhǔn)確性，測(cè)距結(jié)果要確保及時(shí)性，確保工作人員不受故障距離和系統(tǒng)運(yùn)行方式等因素的影響，必須始終保持較高的精度；③經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于原材料和元件的要求也必須適當(dāng)，盡量增強(qiáng)測(cè)距方法的可推廣利用價(jià)值。

2.3 具體應(yīng)用

2.3.1 電力設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)視和故障診斷

電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視和故障診斷是運(yùn)用小波分析理論對(duì)所得的奇異電磁信號(hào)作多分辨分析（MRA），將信號(hào)分解到不同的尺度上，每個(gè)尺度上的分量可以顯示出故障信號(hào)，從而使得在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子斷條故障的診斷、得到成功的應(yīng)用。

2.3.2 電力系統(tǒng)諧波分析

電力系統(tǒng)中發(fā)生故障時(shí)，換流站的交流側(cè)和直流側(cè)均產(chǎn)生高次諧波。小波分析會(huì)明顯地表現(xiàn)出這些高頻、奇異高次諧波信號(hào)的特性，小波能很好地為抑制高次諧波，提供可靠的依據(jù)。在回路中由于電阻降低，會(huì)導(dǎo)致電流異常增大，從而影響了電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為了更有效地分析電力系統(tǒng)短路故障的原因，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，可以對(duì)短路故障進(jìn)行科學(xué)分析與計(jì)算，降低短路故障的發(fā)生率。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力行業(yè)對(duì)短路故障測(cè)距有了更高的要求。在及時(shí)地找出短路故障點(diǎn)的前提下，集中故障測(cè)距算法，能有效消除短路故障隱患，從而有效提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的效益。

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TM713

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1004-7344（2016）17-0055-01

2016-6-1