淺談電力系統運行中的故障與排除

摘要：加強電力系統中的設備管理，防止設備事故的發生。電力系統運行中出現的安全問題、設備檢修和故障排除應嚴格按照程序，找出原因，采取應對措施。文章就電力系統運行中的故障排除進行了簡要分析。

關鍵詞：電力系統振動故障 電力電纜的傳輸 電力系統運行中的短路故障

自20世紀50年代以來，中華人民共和國的電力系統開始迅速發展。到1991年底，電力系統裝機容量為14600萬千瓦，年發電量為6750億千瓦時，均居世界第四位。輸電線路以220千伏、330千伏和500千伏為網絡骨干，形成4個裝機容量超過1500萬千瓦的大區電力系統和9個超過百萬千瓦的省電力系統，大區之間的聯網工作也已開始。這些具有說服力的數字一方面展示了中華人民共和國在電力系統上的發展舉世矚目；另一方面筆者認為，中國電力系統的發展必然也經歷了千辛萬苦的掙扎史。眾所周知，電力系統自發展以來，無法預測的種種故障給電力系統的發展無疑帶來巨大的壓力。因此，對電力系統的常見故障的探討與故障的排除這一課題顯然具有分析價值，在這里，我將就我所掌握的知識對這一課題進行探討。在此，我將重點探究五個常見故障——電力系統運行中的短路故障、電力系統振動故障、電力電纜的傳輸。

1 電力系統中的振動故障

在電力系統正常運行時，所有發電機都以同步轉速旋轉，這時并列運行的各發電機之沒有相對變化，系統各發電機之間的電勢差為常數，系統中各點電壓和各回路的電流均不變。

當電力系統由于某種原因受到干擾時（如短路、故障切除、電源的投入或切除等），這時并列運行的各同步發電機間電勢差相角差將隨時間變化，系統中各點電壓和各回路電流也隨時間變化，這種現象稱為振蕩。電力系統的振蕩有同步振蕩和異步振蕩兩種情況，能夠保持同步而穩定運行的振蕩稱為同步振蕩，導致失去同步而不能正常運行的振蕩稱為異步振蕩。同步發電機正常運行時，定子磁極和轉子磁極之間可看成有彈性的磁力線聯系。當負載增加時，功角將增大，這相當于把磁力線拉長；當負載減小時，功角將減小，這相當于磁力線縮短。當負載突然變化時，由于轉子有慣性，轉子功角不能立即穩定在新的數值，而是在新的穩定值左右要經過若干次擺動，這種現象稱為同步發電機的振蕩。

表現：在電力系統運行過程中出現異常狀況時，工程師并不能一眼辨別是哪種故障，對于發電機震蕩故障一般而言，可能是發電機振蕩或者是發電機失步故障，那么發電機失步和震蕩的區分方法是依靠判斷震蕩中心的方法，是利用發電機機端阻抗圓軌跡進行判斷，最為權威的是ABB所采用的透鏡圓；若發電機失磁，導致發電機功角增大，在過了一定角度之后會轉為進相運行，當過了靜穩極限角之后發電機不能保持靜態穩定運行，汽輪機有可能會進入穩定異步發電機運行狀態，此時發出的功率為額定功率的40-50%；但該狀態是不能長時間保持的；發變組非同期并列會造成對電網穩定運行的沖擊，機組越大越明顯，所以超過一定容量的發電機是只能準同期合閘的。因此，區分兩者的一個有效標準是時間尺度。

排除：上述一方面是故障出現的外在形式；另一方面也是排除是否為振故障的一個依據，在電力系統出現故障的緊急情況下，電力工程師所要做的就是對電力系統的認真觀察以及檢驗。若出現相關的電力故障，應以此為依據，對電力系統進行故障排斥和檢驗。

2 電力電纜故障

傳輸是電力供應系統的重要環節，而近幾年來，由于基礎建設的加快和安全供電的需要，地埋電力電纜越來越多地在廣大城鄉和工礦企業電力設施中得到廣泛應用。但由于電纜埋入地下，且線路較長，所以當電纜發生故障而影響正常供電時會給故障點的查找帶來一定的困難。若無測試設備，單靠人工查找電纜故障點，則不僅浪費人力、物力，而且會造成難以估量的停電損失。因而，電力電纜的故障測試成為多年來困擾供電部門正常供電的重要問題之一。

電力電纜發生故障的原因：

①機械損傷，電纜直接受外力損傷，如振動、熱漲冷縮等引起鉛護套損壞等；

②絕緣受潮，因終端頭或連接盒施工不當使水分侵入；

③絕緣老化；

④護層腐蝕；

⑤過壓、雷擊或其他過壓使電纜擊穿；

⑥過熱，過載或散熱不良，使電纜絕緣擊穿；

⑦材料本身缺陷。

排除故障方法：近幾年電力電纜故障的測試技術有了較大發展，出現了故障測距的脈沖電流法，路徑探測的脈沖磁場法及利用聲音與磁場信號差進行故障定點的聲磁同步法。在電力電纜的絕緣故障測試中，不僅要有先進可靠的儀器設備和正確的測試方法，更重要的是經驗積累和掌握科學的理論知識。

3 電力系統短路故障

電力系統短路類型并不單一，主要有以下幾種：

①兩相短路接地，故障兩相電壓相等，非故障相電流為零。

②兩相短路，非故障相電流為零，故障兩相電壓相等，電流互為相反數（即電流和為零）。

③單相短路接地，三相電壓和為零，三相電流相等。

④三相短路，三相電壓和為零，電流和為零。

相對應的短路故障的原因并不是唯一的。多數情況下，短路故障可分為人為性和非人為性短路。首先，對非人為性短路進行分析，這里主要說明電力系統中絕緣破壞性短路故障，電氣設備載流部分的絕緣損壞，造成絕緣損壞的原因有很多，主要有以下幾點:

①由于設備長期運行，絕緣自然老化，被正常電壓擊穿。

②設備質量低劣，絕緣強度不夠，被正常電壓擊穿。

③設備絕緣滿足要求，但被過電壓擊穿。

④設備絕緣受外力損傷，造成短路，像被老鼠咬壞絕緣這類。

人為原因:比如工作人員發生誤操作或者將低電壓設備接入高電壓的電路中，就可能造成短路，當然也有鳥獸等，蛇，鼠之類的跨越在裸露的相線或者相線與接地物體之間也會造成短路。

排除：對于人為性短路，筆者認為，對電力工程師的工作素質要求應該實行嚴格要求，要避免這種危害性很大的疏忽，提高工作安全意識是對工程師的基本要求；另外，對于非人為性短路，首先，要明白一點，短路有分很多種情況，有單相接地短路，兩相短路，兩相短路接地，三相短路等。此外，研究短路現象還要和電力系統的接線方式有關，如變壓器中性點直接接地，中性點非直接接地等等。針對不同短路，不同的接線方式，短路發生時有不同的現象。對于單相短路接地（也是最常見的短路），如果是中性點非直接接地的電力系統，那么單相短路接地故障時仍然可以運行一段時間，因為此時線電壓是不變的，但是故障相的對低電壓變為零，非故障相的對低電壓變為原來的根號3倍，這時候如果絕緣做的不好，容易使故障擴大。但如果是中性點直接接地，那么就不允許繼續運行了，系統會產生比較大的零序流，線電壓也發生了變化。在電力系統短路故障排除時，分清短路類型才是解決為題的根本。

4 結束語

電力系統的發展將是關乎國計民生的重大議題。筆者堅信電力系統運行中出現的問題隨著科技的進步也必然會走向科學化解決。

參考文獻：

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