陳宇寧

(邵陽(yáng)學(xué)院 湖南 邵陽(yáng) 422000)

關(guān)于電力系統(tǒng)短路的若干問(wèn)題的探討

陳宇寧

(邵陽(yáng)學(xué)院 湖南 邵陽(yáng) 422000)

隨著電力系統(tǒng)容量的不斷增加，供電企業(yè)對(duì)電力系統(tǒng)供電可靠性的不斷提高，變壓器抗短路能力成為一個(gè)突出問(wèn)題。本文淺析電力變壓器轉(zhuǎn)換原理，以及提高變壓器抗短路能力與保障安全穩(wěn)定運(yùn)行的一些具體措施。

短路；周期分量；復(fù)雜故障

短路是電力系統(tǒng)最常見的故障。所謂短路，是指一切不正常的相程與相或中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中相與地之間的短路。

一、短路的后果

短路故障對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重后果，主要表現(xiàn)在如下幾方面。

1.短路故障使短路點(diǎn)附近的某些支路中流過(guò)巨大的短路電流(大容量系統(tǒng)中可達(dá)數(shù)萬(wàn)或數(shù)十萬(wàn)安培)，產(chǎn)生的電動(dòng)力效應(yīng)可能使電氣設(shè)備變形或損壞。

2.巨大短路電流的熱效應(yīng)可能燒壞設(shè)備。

3.短路時(shí)短路點(diǎn)的電壓比正常運(yùn)行時(shí)低，如果是三相短路，則短路點(diǎn)的電壓為零。這必然導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)電壓大幅度的下降，可能使部分用戶的供電受到破壞，接在網(wǎng)絡(luò)中的用電設(shè)備不能正常工作。如在用電設(shè)備中占有很大比重的異步電動(dòng)機(jī)，其電磁轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，當(dāng)電壓下降幅度較大時(shí)，電動(dòng)機(jī)將停止轉(zhuǎn)動(dòng)，在離短路點(diǎn)較遠(yuǎn)的電動(dòng)機(jī)，因電壓下降幅度較小而能繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，但它的轉(zhuǎn)速將降低，導(dǎo)致產(chǎn)生廢，次產(chǎn)品。此外，由于電壓下降，轉(zhuǎn)速降低，而電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的機(jī)械負(fù)載又未變化，電動(dòng)機(jī)繞組將流過(guò)較大的電流，如果短路持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，電動(dòng)機(jī)必然過(guò)熱，使絕緣迅速老化，縮短電動(dòng)機(jī)的壽命。

4.影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性

在由多個(gè)發(fā)電機(jī)組成的電力系統(tǒng)中發(fā)生短路時(shí)，由于電壓大幅度下降，發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率急劇減少，如果由原動(dòng)機(jī)供給的機(jī)械功率來(lái)不及調(diào)整，發(fā)電機(jī)就會(huì)加速而失去同步，使系統(tǒng)瓦解而造成大面積停電，這是短路造成的最嚴(yán)重，最危險(xiǎn)的后果。

5.對(duì)通信干擾

二、短路計(jì)算的意義

(一)短路計(jì)算的目的

短路故障對(duì)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的影響很大，所造成的后果也十分嚴(yán)重，因此在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，設(shè)備選擇以及系統(tǒng)運(yùn)行中，都應(yīng)著眼于防止短路故障的發(fā)生，以及在短路故障發(fā)生后要盡量限制所影響的范圍。短路的問(wèn)題一直是電力技術(shù)的基本問(wèn)題之一，無(wú)論從設(shè)計(jì)，制造，安裝，運(yùn)行和維護(hù)檢修等各方面來(lái)說(shuō)，都必須了解短路電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律，掌握分析計(jì)算短路電流的方法。

系統(tǒng)中應(yīng)配置哪些繼電保護(hù)以及保護(hù)裝置的參數(shù)整定，都必須對(duì)電力系統(tǒng)各種短路故障進(jìn)行計(jì)算和分析，而且不僅要計(jì)算短路點(diǎn)的短路電流，還要計(jì)算短路電流在網(wǎng)絡(luò)各支路中的分，并要作多種運(yùn)行方式的短路計(jì)算。

電力工程中，計(jì)算短路電流的目的還很多，不可能一一列舉，如確定中性點(diǎn)的接地方式，驗(yàn)算接地裝置的接觸電壓和跨步電壓，計(jì)算軟導(dǎo)線的短路搖擺，計(jì)算輸電線路分裂導(dǎo)線間隔棒所承受的向心壓力等都需要計(jì)算短路電流。

綜上所述，對(duì)電力系統(tǒng)短路故障進(jìn)行計(jì)算和分析是十分重要的。無(wú)論是電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，或是運(yùn)行和管理，各環(huán)節(jié)都免不了對(duì)短路故障的分析和計(jì)算。但是，實(shí)際的電力系統(tǒng)是十分復(fù)雜的，突然短路的暫態(tài)過(guò)程更加復(fù)雜，要精確計(jì)算任意時(shí)刻的短路電流非常困難。然而實(shí)際工程中并不需要十分精確的計(jì)算結(jié)果，但卻要求計(jì)算方法簡(jiǎn)捷，適用，其計(jì)算結(jié)果只要能滿足工程允許誤差即可。因此，工程中適用的短路計(jì)算，是采用在一定假設(shè)條件下的近似計(jì)算法，這種近似計(jì)算法在電力工程中稱為短路電流實(shí)用計(jì)算。

(二)計(jì)算短路電流的基本程序

短路電流計(jì)算是電力系統(tǒng)基本計(jì)算之一，一般采用標(biāo)幺制進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于已知電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)，短路電流計(jì)算的主要步驟如下：

1.制定等值網(wǎng)絡(luò)并計(jì)算各元件在統(tǒng)一基準(zhǔn)值下的標(biāo)幺值；

2.網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化。對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)消去電源點(diǎn)與短路點(diǎn)以外的中間節(jié)點(diǎn)，把復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化為如下兩種形式之一；

3.一個(gè)等值電勢(shì)和一個(gè)等值電抗的串聯(lián)電路；

4.多個(gè)有源支路并聯(lián)的多支星形電路；

5.考慮接在短路點(diǎn)附近的大型電動(dòng)機(jī)對(duì)短路電流的影響；

6.計(jì)算指定時(shí)刻短路點(diǎn)發(fā)生某種短路時(shí)的短路電流(含沖擊電流和短路全電流有效值)；

7.計(jì)算網(wǎng)絡(luò)各支路的短路電流和各母線的電壓。

一般情況下三相短路是最嚴(yán)重的短路(某些情況下單相接地短路或兩相接地短路電流可能大于三相短路電流)。因此，絕大多數(shù)情況是用三相短路電流來(lái)選擇或校驗(yàn)電氣設(shè)備。另外，三相短路是對(duì)稱短路，它的分析和計(jì)算方法是不對(duì)稱短路分析和計(jì)算的基礎(chǔ)。

三、防止短路的措施

1.絕緣熱縮套的使用。對(duì)變壓器在中低壓側(cè)使用絕緣熱縮套可以有效的對(duì)小動(dòng)物造成的短路現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)防。中低電壓是以35kV為分界，在其以下的被稱為中低電壓。若是出線使用的是硬母線，那么在出口處的接線樁一直到開關(guān)柜處包括了開關(guān)室內(nèi)部底部的布線都可以加裝這種絕緣熱縮套。若是軟母線，則對(duì)變壓器在出口接線頭到穿墻套管處使用熱縮套就可以。

2.中低壓側(cè)是35以及10kV的變壓器，則因?yàn)槠渲行渣c(diǎn)的特性，加之系統(tǒng)為小電流的接地系統(tǒng)，以此需要預(yù)防諧振過(guò)電壓的產(chǎn)生，這種過(guò)電壓是由于單相接地造成的，會(huì)造成絕緣擊穿，使得出口處出現(xiàn)短路，而對(duì)于這種單相接地造成的過(guò)電壓的有效預(yù)防手段：通過(guò)使用消諧器對(duì)電壓的互感器中的二次開口三角進(jìn)行消諧。通過(guò)消諧器消諧能力強(qiáng)、功能齊全、抗干擾性能好、可靠性高、運(yùn)行時(shí)不改變一、二次接線的特性，無(wú)需對(duì)裝置整定，使用方便。電壓互感器的一次中性點(diǎn)對(duì)地加裝小電阻或者非線性消諧電阻。我們加裝的是LXQ(D)-10和LXQ(D)-35非線性電阻。對(duì)電容電流超過(guò)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)的，加裝消弧線圈或者自動(dòng)調(diào)協(xié)消弧線圈。

3.對(duì)變壓器中低壓側(cè)的支柱瓷瓶，包括高壓開關(guān)柜可更換爬距較大的防污瓷瓶，或者涂刷常溫固化硅橡膠防污閃涂料(RTV)，防止絕緣擊穿造成的變壓器出口短路。常溫固化硅橡膠防污閃涂料應(yīng)滿足DL/T627-1997標(biāo)準(zhǔn)。

4.將變壓器中低壓側(cè)的開關(guān)更換為開斷容量更大的開關(guān)，防止因開斷容量不足引起開關(guān)爆炸造成的變壓器出口短路。

5.對(duì)變壓器、母線及線路避雷器要全部更換為性能良好的氧化鋅避雷器，提高設(shè)備的過(guò)電壓水平。

[1]劉爽,崔金靈,孟慶民,洛君婷,李文海.有零序電流分量時(shí)的變壓器繞組短路強(qiáng)度計(jì)算[J].變壓器,2011年07期

[2]劉娛,呂廣強(qiáng).不對(duì)稱諧波電流中零序分量的檢測(cè)方法研究[J].電源世界,2015年09期

[3]余銳.短路電流中非周期分量對(duì)電磁式電流保護(hù)的影響[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2001年12期

陳宇寧(1995-)，男，漢族，河北石家莊人，本科在讀，邵陽(yáng)學(xué)院，專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化。