電力系統(tǒng)的短路分析與故障測距

李震 董傲楊 左瑋 董傲雪 聶明霞

（國網(wǎng)雞西供電公司 158100）

電力系統(tǒng)的短路分析與故障測距

李震 董傲楊 左瑋 董傲雪 聶明霞

（國網(wǎng)雞西供電公司 158100）

電力系統(tǒng)包括通過電的或機械的方式連接在網(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)的運行狀態(tài)。如果系統(tǒng)處于暫態(tài)過程之中，運行參量的變化可能會對系統(tǒng)造成危害，導(dǎo)致發(fā)電機輸入功率和輸出功率不平衡，因此必須對電力系統(tǒng)的各種暫態(tài)過程進行分析。我們可以針對技術(shù)問題采用一些合理的假設(shè)，就電路中的短路問題進行研究。電力系統(tǒng)中隨時會產(chǎn)生復(fù)雜的暫態(tài)現(xiàn)象，且測得的信號中包含大量的暫態(tài)分量。故障測距是通過對故障進行快速的檢測、以達到消除故障的目的。目前，電力系統(tǒng)短路故障危害到國家的能源和經(jīng)濟。隨著現(xiàn)代社會生產(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)短路分析及保護和故障測距技術(shù)進行了闡述。

電力系統(tǒng)；短路；故障測距

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)的大事故會對國家安全產(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)模停電就有可能因為局部的故障未能得到及時有效的應(yīng)對。電力系統(tǒng)故障的一個顯著特征就是電流劇增，熔斷器保護和過電流保護能反映電壓降低和電流增加的一種保護原理就是阻抗保護。電力系統(tǒng)普遍存在對非線性故障所產(chǎn)生的非平穩(wěn)時變信號和突變信號識別困難甚至誤識別的難題，如：探測高阻抗故障是電力系統(tǒng)一個長期沒有解決的問題。為了更確切對電壓和功率進行判斷，就需要進行故障測距。傳統(tǒng)的過流保護裝置不能形成固定接地，以致電流很小甚至完全沒有電流，這樣就導(dǎo)致故障會持續(xù)幾小時甚至幾天，在許多情況下，就會引發(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。

1 電力系統(tǒng)短路分析及保護

1.1 短路的起因及后果

在電力系統(tǒng)的運行過程中，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)備的維護和檢測工作不到位，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：在帶負荷的狀態(tài)下斷開隔離開關(guān)，或者在沒有將地線進行撤離就合上斷路器，設(shè)備自身長期在超負荷的狀態(tài)下工作，會導(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)計與維護中，未能準確地計算爬電距離，都會導(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，短路電流上萬安甚至十幾萬安，這樣大的電流會使電器設(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械強度和熱穩(wěn)定度。如果預(yù)防性的絕緣試驗不夠仔細就會引起故障，甚至造成大面積停電事故。

如果電源的電氣和短路點相距較遠，電源輸出功率的變化量就會小于電源自身功率，這種電源的有功功率會遠大于有功變化。如果在分析無限大功率電源的短路問題時，還必須要考慮到短路沖擊電流，根據(jù)這一瞬時值對相關(guān)電氣設(shè)備進行檢測，也能提高電力系統(tǒng)相關(guān)動穩(wěn)定程度。

1.2 繼電保護的設(shè)計和調(diào)整

繼電電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，通常引起電壓的降低，因此，繼電保護應(yīng)利用正常運行與故障時各物理量的差別來實現(xiàn)的。當系統(tǒng)發(fā)生故障時，繼電保護裝置使停電范圍盡量縮小。保證無故障部分繼續(xù)運行。故障的快速切除，可以減少用戶在降低電壓下工作的時間，避免對電氣設(shè)備的損壞程度；可以提高自動重臺閘動作的成功率?？紤]到電力系統(tǒng)具有很強的綜合分析和判斷能力，幾乎所有的保護裝置都是由各種器件組成，本身出故障的概率就越大，保護裝置的巡檢功能也大大提高了其可靠性。結(jié)合計算機軟件的實時性特點，微機保護裝置在電力系統(tǒng)發(fā)生故障的暫態(tài)期間，就能延對動作或重合閘延時的過程。

2 故障測距技術(shù)

2.1 故障測距在電力系統(tǒng)中的重要作用

故障測距是分析電力系統(tǒng)故障的重要措施，它可以及時而準確地找出故障點的位置并及時采取相應(yīng)的對策。在整個輸電系統(tǒng)中，通常會在故障發(fā)生之后運用故障測距來找出故障點的準確位置。現(xiàn)階段，故障測距的方法分為阻抗法、行波法、故障分析法和智能化測距法。

2.2 故障測距的要求

不同的短路故障問題需根據(jù)現(xiàn)場的實際需要來靈活選擇故障測距的算法。故障測距的算法：①遵循可靠性，在故障發(fā)生后能夠可靠地對故障進行測距，無論故障類型如何不能因為測距方法本身的缺陷而導(dǎo)致測距結(jié)果出現(xiàn)偏差；②準確性，測距結(jié)果要確保及時性，確保工作人員不受故障距離和系統(tǒng)運行方式等因素的影響，必須始終保持較高的精度；③經(jīng)濟性。對于原材料和元件的要求也必須適當，盡量增強測距方法的可推廣利用價值。

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)視和故障診斷是運用小波分析理論對所得的奇異電磁信號作多分辨分析（MRA），將信號分解到不同的尺度上，每個尺度上的分量可以顯示出故障信號，從而使得在電動機轉(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，換流站的交流側(cè)和直流側(cè)均產(chǎn)生高次諧波。小波分析會明顯地表現(xiàn)出這些高頻、奇異高次諧波信號的特性，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，會導(dǎo)致電流異常增大，從而影響了電力系統(tǒng)的正常運行。為了更有效地分析電力系統(tǒng)短路故障的原因，在實際的應(yīng)用過程中，可以對短路故障進行科學(xué)分析與計算，降低短路故障的發(fā)生率。

3 結(jié)束語

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力行業(yè)對短路故障測距有了更高的要求。在及時地找出短路故障點的前提下，集中故障測距算法，能有效消除短路故障隱患，從而有效提高電力系統(tǒng)運行的效益。

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1004-7344（2016）17-0055-01

2016-6-1