浅谈短路对电力系统的影响

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  摘 要:短路时会产生很大电动力和很高温度,使短路电路中元件受到损坏和破坏,甚至引发火灾事故。短路时,电路的电压骤降,将严重影响电气设备的正常运行。短路时保护装置动作,将故障电路切除,从而造成停电,而且短路点越靠近电源, 停电范围越大,造成的损失也越大。严重的短路要影响电力系统运行的稳定性,可使并列运行的发电机组失去同步,造 成系统解列。不对称短路将产生较强的不平衡交变电磁场,对附近的通信线路、电子设备等产生电磁干扰,影响其正常运行,甚至发生误动作。
  关键词:短路 电力系统 影响
  一、厂用启动/备用电源的引接
  为了保证厂用电工作的可靠性,厂用电母线各段至少要有两个电源,其中一个为工作电源,另一个为备用电源。备用电源通常情况下也兼作电厂的启动电源。启动/备用电源一般采用下列引接方式。①当有发电机电压母线时,一般由该母线引接一个备用电源。②当无发电机电压母线时,一般由高压母线中电源可靠的最低一级电压母线引接,或由联络变压器的低压绕组引接,并庇保证在发电厂全停的情况下,能从电力系统取得足够容量的备用电源。
  ③当厂内引接的备用电源不能满足容量要求时,在技术经济合理的情况下,可从外部电网引接专用线路作为高压厂用启动/备用电源。④当全厂有两个及以上高压厂用备用电源时,应引自两个相对独的电源。
  备用电源无论采用哪种引接方式,都必须保证其相对独立性和足够的容量。备用电源按照备用方式不同,通常有明备用和暗备用两种方式。
  明备用是设置一台专用备用变压器。它的容量与工作变压器容量最大的一台相同.正常工作时不带厂用负荷,当厂用母线失压时,备用电源自动投人(简称“各自投”,下同),使厂用母线上的电压很快恢复。
  暗备用是不设专用的备用变压器,而将每台工作变压器容量加大。正常运行时每台变压器都没有满载,当任一台工作变工作压器困故停运后,其负荷由另一台变压器压器供电。
  为了保证厂用电供电的可靠性,应装设备用电源自动投入装置。当工作电源故障退出运行时,备用电源自动投人装置动作,能自动地、有选择地把备用电源迅速接到停电的那段母线上,达到尽快恢复供电的目的。
  小型发电厂,一般每4~6台厂用高压工作变压器设置一台厂用高压备用变压器;单机容量为100~125MW的机组采用单元接线时,一般每2~4台厂用高压工作变压器设置一台厂用高压备用变压器;单机容量为200MW及以上机组,一般每2台厂用高压工作变压器设置一台厂用高压备用变压器。高压工作变压器与高压备用变压器一般采用明备用方式,利用“备自投”备用。单机容量在125MW及以下的中、小型发电厂,一般每6~8台低压工作变压器设置一台低压备用变压器,也利用“各自投”实现明备用。低压变压器采用暗备用时,一般不设“各自投”装置。
  二、短路的基本概念
  短路故障是电力系统出现最多的一种故障形式。在三相系统中,短路的基本形式有三相短路、两相短路、单相短路以及两相短路接地。
  当三相短路时,三相的电流、电压仍然对称,故称之为对称短路。而其他形式的短路,不仅每相的电流和电压数值不相同,而且相角亦不相同,这些短路统称之为不对称短路。
  大量的统计数字表明,在中性点直接接地的系统中,单相短路故障发生的概率最高,约占总故障的87%;两相接地短路约占6.1%;两相短路约占1.6%;三相短路约占2. 0%,其他故障,如倒杆、断线等约占3.3%。
  从对系统的危害大小来看,由于三相短路的短路电流最大,故其对系统的危害亦最大。
  所以,在选择断路器、隔离开关等设备时,几乎都用三相短路电流校验设备的热稳定性和动稳定性。但在中性点直接接地系统中,某些时候单相短路电流会超过三相短路电流,如发电机出几处的单相接地短路等。因此,在发电厂中,发电机中性点一般都不直接接地,而是采用经小电阻或消弧线圈等非有效接地方式。两相接地短路和两相短路相对上述短路来讲,影响相对要小一些。
  在中性点不直接接地系统中.短路故障主要是各种相间短路,包括小同相两点接地。在这种系统中,单相接地不会造成短路,仅有不大的电容电流流过,使中性点产生位移。由于线电压保持不变,故仍可继续运行一段时间。
  三、短路对电力系统的影响
  短路故障是由各种因素如过电压、雷击、绝缘老化、机械损伤等造成电气设备和绝缘导体的绝缘损伤所致。此外,其他一些因素也可导致短路,如断线、倒杆、操作人员误操作等都町能造成短路。
  短路对电力系统的影响主要有以下几个方面。
  ①短路故障会使短路点附近支路的电流迅速增大。强大的短路电流流过载流导体和设备本身,使导体和设备严重发热,甚至导致设备损坏。同时,短路电流强大的电动力效应会使导体间产生很大的机械应力,严重时可引起导体变形甚至损坏,使短路故障进一步扩大。②短路故障会使系统电压大幅度下降。短路电流流过系统各元件时,使元件的电压损耗增大,使整个网络的电压降低,从而影响电动机等负荷的正常用电。当电压低到一定程度时可能使电动机停转,待启动的电动机可能无怯启动。③短路故障会破坏系统的稳定运行。由于短路会使系统的潮流分布突然发生变化,可能破坏并列运行同步发电机的稳定性,使发电机与系统解列,从而导致大面积停电。短路故阵切除后,已失步发电机再重新拉人同步过程中,可能发生较长时间的振荡,以至于引起保护误动作而大量甩负荷。这是短路故障的最严重后果。④不对称短路会影响高压线路附近的通讯。不对称接地短路时,产生的不平衡电流和不平衡磁通,会在临近平行的通信线路或铁路信号线上感应很大的电动势,对通讯产生严重的影响。
  为了减小短路对电力系统造成的危害,首先应考虑限制短路电流的措施,例如采用合理的主接线形式和运行方式束限制短路电流,必要时加装限流电抗器限制短路电流;其次就足尽可能地缩短短路电流的作用时间,例如采用合理的继电保护设备,使之能迅速和正确地切断故障,从而减轻短路电流强大的热效应和电动力效应对设备的危害。
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