電力系統(tǒng)的故障類型及原因分析

1、摘要本文首先介紹了電力系統(tǒng)的概念，電力系統(tǒng)的故障、各種故障存在的形式、故障類型以及各種故障的原因和分析。電力系統(tǒng)故障和原因分析是電力發(fā)展最重要的內(nèi)容之一。由各級(jí)電壓的電力線路將一些發(fā)電廠,變電所和電力用戶聯(lián)系起來(lái)的一個(gè)發(fā)電，輸電，變電，配電和用電的整體，稱為電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)故障類型主要有短路故障，斷相故障，復(fù)雜故障以及自然災(zāi)害引起的故障。關(guān)鍵詞 ： 電力系統(tǒng) 故障 故障類型 原因分析 短路故障 斷相故障 復(fù)雜故障 自然災(zāi)害 凍雨 電力故障summarythis paper first introduces the concept of power system, power system f

2、ault, all kinds of fault in the form, fault type and various of the cause of the failure and analysis. electric power system fault and reason analysis is the electric power development the most important content of one. at all levels of the electric power line voltage by some power plants, substatio

3、n and power users link up a power generation, transmission, the substation, power distribution and power consumption of the whole, called electric power system. electric power system fault types have mainly short circuit fault, broken phase fault, complex fault and the fault caused by natural calami

4、ties. keywords: electric power system fault fault type cause short-circuit fault analysis broken phase fault complex fault natural disasters freezing rain power failure目錄摘要isummaryii目錄iii目錄iv一 電力系統(tǒng)常識(shí)vi1.1電力系統(tǒng)和電力網(wǎng)的概念vi1.2電力系統(tǒng)的主要設(shè)備及功能。vi1.2.1發(fā)電部分vi1.2.2電力變壓器vi1.2.3高壓斷路器vi1.2.4隔離開(kāi)頭vii二 電力系統(tǒng)故障的基本概念vii2.

5、1短路的原因及其后果vii2.2短路的原因vii2.3短路的現(xiàn)象vii2.4短路危害viii三 短路的含義及類別viii3.1單相接地短路viii3.2兩相短路ix3.3兩相短路接地ix3.4三相短路ix四 短路原因ix五 短路故障x(chóng)六 鳥(niǎo)害閃絡(luò)x七 污閃、冰閃和憎水性xi7.1 污穢閃絡(luò)（浮冰閃絡(luò)）xi7.2 冰閃xi7.3 憎水性xii八 一般變壓器常見(jiàn)故障x(chóng)ii九 斷相故障x(chóng)ii十 復(fù)雜故障x(chóng)iii十一 自然災(zāi)害引起的故障x(chóng)iii11.1 短路融冰的原理xiii11.2 防凍融冰存在的問(wèn)題及分析xiv十二 小結(jié)xiv十三 參考文獻(xiàn)xiv電力工業(yè)是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展提供能源的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)

6、，也是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的公用事業(yè)。但日益復(fù)雜的電力系統(tǒng)，發(fā)生故障的幾率也在不斷增加，某些擾動(dòng)可能導(dǎo)致大面積停電和穩(wěn)定性問(wèn)題尖銳化，嚴(yán)重時(shí)系統(tǒng)可能失去穩(wěn)定。一 電力系統(tǒng)常識(shí)1.1電力系統(tǒng)和電力網(wǎng)的概念電力系統(tǒng)是由生產(chǎn)、輸送、分配和消費(fèi)電能的各種電氣設(shè)備及相應(yīng)的專用通信、安全自動(dòng)、繼電保護(hù)、調(diào)度自動(dòng)化等設(shè)施連接在一起而組成的整體。電力系統(tǒng)中輸送和分配電能的部分稱為電力網(wǎng)，它包括升、降壓變壓器和各種電壓的輸、配電線路。電網(wǎng)是不僅包括電力系統(tǒng)，而且還包括：火電廠的汽輪機(jī)、鍋爐、供熱管道和熱用戶，水電廠的水輪機(jī)和水庫(kù)，也稱動(dòng)力系統(tǒng)。如：華東電網(wǎng)、西北電網(wǎng)、東北電網(wǎng)、華南互聯(lián)電網(wǎng)等。1.2電力系統(tǒng)的主要設(shè)備及

7、功能。1.2.1發(fā)電部分同步發(fā)電機(jī)，在火電站和核電站是汽輪發(fā)電機(jī)，在水電站是水輪發(fā)電機(jī)。它是發(fā)電廠的主要設(shè)備，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。1.2.2電力變壓器用于升高或降低電壓的設(shè)備，對(duì)應(yīng)有：升壓變壓器和降壓變壓器。升壓變壓器一般安裝在電廠的升壓站，降壓變壓器安裝在各級(jí)各類的變電站。1.2.3高壓斷路器在發(fā)電廠和變電站中，是100v以上電路和重要控制設(shè)備。在正常進(jìn)行時(shí)，用高壓斷路器來(lái)接通或斷開(kāi)正常的負(fù)荷電流；在過(guò)載時(shí)，用它來(lái)切斷過(guò)載電流；在故障時(shí)，用它來(lái)迅速切斷短路電流。高奪斷路器主要特點(diǎn)是帶有滅弧裝置。在開(kāi)關(guān)電器斷開(kāi)電路時(shí)，如果電壓不低于10v-20v，電流不小于80-100ma，觸頭之間會(huì)產(chǎn)

8、生電弧。電弧的溫度很高，中心溫度最高咳達(dá)1萬(wàn)攝氏度，如果電弧燃燒時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不僅燒壞觸頭，還會(huì)危及其它設(shè)備而發(fā)生事故。1.2.4隔離開(kāi)頭在結(jié)構(gòu)上，有2個(gè)特點(diǎn)：一是沒(méi)有滅弧裝置；二是觸頭全部敞露在空氣中，有明顯的斷開(kāi)點(diǎn)。隔離開(kāi)關(guān)的主要用途；將需要檢修的設(shè)備或線路與電源隔離，保證檢修人員的安全。檢修人員觀察到明顯的斷點(diǎn)，以確信隔離開(kāi)關(guān)已斷開(kāi)。在兩觸頭等電位情況下，切換電路，如：倒閘操作。接通或斷開(kāi)允許的小低電流。如：開(kāi)、合電壓互感器和避雷器；開(kāi)、合母線和直接接在母線上設(shè)備的電容電流；當(dāng)開(kāi)關(guān)合上時(shí)，開(kāi)合開(kāi)關(guān)的旁路電流。二 電力系統(tǒng)故障的基本概念2.1短路的原因及其后果所謂短路，是指電力系統(tǒng)中正常情況以

9、外的相與相之間或相與地之間發(fā)生通路的情況。2.2短路的原因1電氣設(shè)備載流部分絕緣損壞。2運(yùn)行人員誤操作。3其他因素。2.3短路的現(xiàn)象1電流劇烈增加。2系統(tǒng)中的電壓大幅度下降。2.4短路危害1短路電流的熱效應(yīng)會(huì)使設(shè)備發(fā)熱急劇增加，可能導(dǎo)致設(shè)備過(guò)熱而損壞甚至燒壞。2短路電流產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，可引起設(shè)備機(jī)械變形、扭曲甚至損壞。3短路時(shí)系統(tǒng)電壓大幅度下降，嚴(yán)重影響電氣設(shè)備的正常工作。4嚴(yán)重的短路可導(dǎo)致并列運(yùn)行的發(fā)電廠失去同步而解列，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。5不對(duì)稱短路產(chǎn)生不平衡磁場(chǎng)，會(huì)對(duì)附近的通訊系統(tǒng)及弱電設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，影響其正常工作。三 短路的含義及類別電力系統(tǒng)的短路就是在回路中因?yàn)殡娮杞档投痣娏?/p>

10、異常增大的一種現(xiàn)象；電力系統(tǒng)在運(yùn)行中 ，相與相之間或相與地（或中性線）之間發(fā)生非正常連接（即短路）時(shí)而流過(guò)非常大的電流。短路分為很多種情況，有單相接地短路，兩相短路，兩相短路接地，三相短路等。相線俗稱火線， 三相就是三個(gè)火線，他們電相線俗稱火線！ 三相就是三個(gè)火線，他們電壓相等，頻率相當(dāng)，但是相序（時(shí)間）不同！3.1單相接地短路指三相交流供電系統(tǒng)中一根相線與大地成等電位狀態(tài)了，也就是該相線的電位與大地的電位相等，都是“零”。 3.2兩相短路任意兩相導(dǎo)線，直接金屬性連接或經(jīng)過(guò)小阻抗連接在一起。3.3兩相短路接地指三相交流供電系統(tǒng)中兩根相線與大地成等電位狀態(tài)了，3.4三相短路三相短路分三種：1單相

11、接地短路；2兩相之間短路；3三相全部短路。此外，研究短路現(xiàn)象還要和電力系統(tǒng)的接線方式有關(guān)，如變壓器中性點(diǎn)直接接地，中性點(diǎn)非直接接地等等。針對(duì)不同短路，不同的接線方式，短路發(fā)生時(shí)有不同的現(xiàn)象。如果是中性點(diǎn)非直接接地的電力系統(tǒng)，那么單相短路接地故障時(shí)仍然可以運(yùn)行一段時(shí)間，因?yàn)榇藭r(shí)線電壓是不變的，但是故障相的對(duì)低電壓變?yōu)榱?，非故障相的?duì)低電壓變?yōu)樵瓉?lái)的根號(hào)3倍，這時(shí)候如果絕緣做的不好，容易使故障擴(kuò)大。如果是中性點(diǎn)直接接地，那么就不行在繼續(xù)運(yùn)行了，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生比較大的零序流，線電壓也發(fā)生了變化。四 短路原因1元件損壞，例如設(shè)備絕緣材料老化，設(shè)計(jì)、制造、安裝、維護(hù)不良等造成的設(shè)備缺陷發(fā)展成為短路。2氣象條

12、件影響，例如雷擊過(guò)后造成的閃爍放電，由于風(fēng)災(zāi)引起架空線斷線和導(dǎo)線覆冰引起電線桿倒塌等。 3人為過(guò)失，例如工作人員帶負(fù)荷拉閘，檢修線路或設(shè)備時(shí)未排除接地線合閘供電，運(yùn)行人員的誤操作等。人為破壞，如偷電線和美國(guó)的科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)、伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)使用的碳纖維彈。 4 其他原因，例如挖溝損傷電纜，鳥(niǎo)獸風(fēng)箏跨接在載流裸導(dǎo)體上等。五 短路的后果1產(chǎn)生大電流：有時(shí)會(huì)產(chǎn)生上萬(wàn)甚至十幾萬(wàn)安的大電流。因此會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，損毀設(shè)備，電弧會(huì)將許多元件短時(shí)間融化。同時(shí)，產(chǎn)生的電流還會(huì)帶來(lái)一定的電磁力，它同樣會(huì)損壞設(shè)備。同樣可能造成重大火災(zāi)及傷害時(shí)間。 2造成低電壓：它會(huì)使電氣設(shè)備無(wú)法正常工作。這種危害在醫(yī)院礦山時(shí)會(huì)引起危險(xiǎn)。

13、 3干擾抑制與破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。 4線損，熱損，無(wú)功功率等增大。 5影響通信，通訊等。五 短路故障短路故障是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況以外的相與相之間或相與地（或中性線）之間的連接。發(fā)生短路故障時(shí)，電力系統(tǒng)從正常的穩(wěn)定狀態(tài)過(guò)渡到短路的穩(wěn)定狀態(tài)，一般需35秒。在這一暫態(tài)過(guò)程中，短路電流的變化很復(fù)雜。它有多種分量，其計(jì)算需采用電子計(jì)算機(jī)。在短路后約半個(gè)周波（0.01秒）時(shí)將出現(xiàn)短路電流的最大瞬時(shí)值，稱為沖擊電流。它會(huì)產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，其大小可用來(lái)校驗(yàn)電工設(shè)備在發(fā)生短路時(shí)機(jī)械應(yīng)力的動(dòng)穩(wěn)定性。短路電流的分析、計(jì)算是電力系統(tǒng)分析的重要內(nèi)容之一。它為電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行中選擇電工設(shè)備、整定繼電保護(hù)、分析事

14、故提供了有效手段。六 鳥(niǎo)害閃絡(luò)在絕緣子正上方的橫擔(dān)及金具上棲立飛鳥(niǎo)時(shí)種閃絡(luò)通常是絕緣子表面爬電及空氣放電的一種混合閃絡(luò)。鳥(niǎo)糞短接部分空氣間隙并降低絕緣子局部表面的外絕緣性能，造成絕緣子串的絕緣性能下降。鳥(niǎo)害閃絡(luò)一般可從絕緣子表面的鳥(niǎo)糞殘跡及地面的鳥(niǎo)糞痕跡來(lái)進(jìn)行分析。對(duì)鳥(niǎo)害閃絡(luò)，可在絕緣子串正上方的橫擔(dān)上安裝鳥(niǎo)刺，防止鳥(niǎo)糞直接落在傘裙的上方，也可在上端第一片裝大裙絕緣子，防止鳥(niǎo)糞直接橋接絕緣子傘裙。在采用瓷、玻璃、有機(jī)合成絕緣子的線路中，鳥(niǎo)害引起的閃絡(luò)均占有相當(dāng)比例。在有機(jī)合成絕緣子的閃絡(luò)故障統(tǒng)計(jì)中，鳥(niǎo)害造成的閃絡(luò)僅低于雷擊閃絡(luò)，居第二位;與瓷絕緣子、玻璃絕緣子串相比，由鳥(niǎo)害造成的合成絕緣子閃絡(luò)

15、率較高。其原因可能是： 有機(jī)合成絕緣子的傘間距較小，在鳥(niǎo)排便的瞬間，易于形成鳥(niǎo)糞的橋接，從而發(fā)生傘裙間飛弧短接現(xiàn)象。有機(jī)合成絕緣子的傘裙是柔性材料，大鳥(niǎo)糞便在重力作用下墜落時(shí)，易于全部順傘裙邊緣落下，不易反彈和飛濺;而瓷和玻璃屬剛性材料，由于反彈和飛濺可以減少落下的鳥(niǎo)糞量，甚至阻斷鳥(niǎo)糞對(duì)傘裙的橋接。因此，可以說(shuō)有機(jī)合成絕緣子鳥(niǎo)糞閃絡(luò)率較高是與其本身的結(jié)構(gòu)及材料特點(diǎn)有一定關(guān)系的。七 污閃、冰閃和憎水性7.1 污穢閃絡(luò)（浮冰閃絡(luò)） 就是積聚在絕緣子表面上的具有導(dǎo)電性能的污穢物質(zhì)，在潮濕天氣受潮后，使絕緣子的絕緣水平大大降低，使絕緣子之間構(gòu)成短路,在正常運(yùn)行情況下發(fā)生的閃絡(luò)事故。 絕緣子表面的污穢物

16、質(zhì)，一般分為兩大類： （1）自然污穢 遇雨霧結(jié)的浮冰, 空氣中飄浮的微塵，海風(fēng)帶來(lái)的鹽霧（在絕緣子表面形成鹽霜）和鳥(niǎo)糞等。 （2）工業(yè)污穢 火力發(fā)電廠、化工廠、玻璃廠、水泥廠、冶金廠和蒸汽機(jī)車等排出的煙塵和廢氣。 絕緣子表面的自然污穢物質(zhì)易被雨水沖洗掉，而工業(yè)污穢物質(zhì)則附著在絕緣子表面，不易被雨水沖洗掉。當(dāng)空氣濕度很高時(shí)，就能導(dǎo)電而使泄漏電流大大增加。如果是木桿，泄漏電流可使木桿和木橫擔(dān)發(fā)生燃燒；如果是鐵塔，可使絕緣子發(fā)生嚴(yán)重閃絡(luò)而損壞，造成停電事故。此外，有些污穢區(qū)的絕緣子表面，在惡劣天氣還干擾作用。 用直升機(jī)噴灑不導(dǎo)電的清洗液,在不影響線路正常輸電的情況下直接去污。7.2 冰閃 線路懸垂絕

17、緣子串很容易積雪結(jié)冰，尤其是合成絕緣子傘間距離小，積雪和結(jié)冰就更為容易。絕緣子串結(jié)冰后形成貫穿整串的冰柱，當(dāng)氣溫回升到攝氏零度以上時(shí)冰柱開(kāi)始融化，融化的冰水順著懸垂絕緣子串邊緣下淌，形成連續(xù)的冰水溜，冰水溜的形成就可能造成絕緣子短路跳閘發(fā)生停電事故。絕緣子串也很容易結(jié)冰形成冰柱。冰柱融化時(shí)同樣很容易引起事故。 7.3 憎水性 反映材料耐水滲透的一個(gè)技術(shù)指標(biāo)，在復(fù)合絕緣子行業(yè)中，憎水性也被稱為濕潤(rùn)性，由復(fù)合絕緣子外絕緣（硅橡膠）的表面張力決定，表征水分對(duì)復(fù)合絕緣子外絕緣的濕潤(rùn)能力。 氣候環(huán)境等外因造成絕緣子憎水性減弱或暫時(shí)喪失，硅橡膠材料老化等造成憎水性恢復(fù)慢或下降，導(dǎo)致絕緣子絕緣強(qiáng)度下降。八

18、一般變壓器常見(jiàn)故障 1 電壓升高時(shí)內(nèi)部有輕微放電聲(接地片斷裂), 2 線圈絕緣電阻下降(線圈受潮) ,3 鐵芯響聲不正常(鐵芯油道內(nèi)或夾件下面松動(dòng) 、鐵芯的緊固零件松動(dòng)), 4氣體繼電器信號(hào)回路動(dòng)作（鐵心片間絕緣損壞、穿芯螺栓絕緣損壞 、鐵芯接地方法不正確構(gòu)成短路),5 氣體繼電器跳閘回路動(dòng)作（線圈匝間短路 、線圈斷線 、線圈對(duì)地?fù)舸?、線圈線間短路),6 絕緣油油質(zhì)變壞 （變壓器內(nèi)部故障 、油中水分雜質(zhì)超標(biāo)) ,7 套管對(duì)地?fù)舸?瓷件表面較臟或有裂紋),8 套管間放電(套管間有雜物存在) ,9 分接開(kāi)關(guān)觸頭表面灼傷(解構(gòu)與裝配上存在缺陷如接觸不可靠彈簧壓力不夠等) ,10 分接開(kāi)關(guān)相間觸頭

19、放電或各分接頭放電(過(guò)電壓作用,變壓器內(nèi)部有灰塵或絕緣受潮) 九 斷相故障斷相故障：電力系統(tǒng)一相斷開(kāi)或倆相斷開(kāi)的情況，屬于不對(duì)稱性故障。斷相種類：一相斷開(kāi)。 十 復(fù)雜故障復(fù)雜故障: 電力系統(tǒng)的不同地點(diǎn)（倆處或倆處以上）同時(shí)發(fā)生不對(duì)稱故障的情況.十一 自然災(zāi)害引起的故障凍雨在碰到樹(shù)枝、電線、或地面上時(shí)，就會(huì)在這些物體上凍結(jié)成外表光滑、晶瑩透明的一層冰殼，有時(shí)邊凍邊淌，象一條條冰柱。這種冰層在氣象學(xué)上又稱為“雨凇”。凍雨落在電線、樹(shù)枝、地面上，隨即結(jié)成外表光滑的一層薄冰，有的是如同冰糖葫蘆的糖衣一樣將附著物包裹起來(lái)，有的則是邊流動(dòng)邊凍結(jié)，結(jié)果便制造出一串串鐘乳石似的冰柱、冰穗（俗稱“冰掛”），它們晶瑩透亮，如同冰雕一般可以說(shuō)是大自然的一大奇觀，煞是好看！可惜的是，雨凇并沒(méi)有像它的親戚霧凇一樣成為人們欣賞的一大奇觀，而是成為了災(zāi)害，雨凇與霧凇的區(qū)別簡(jiǎn)而言之雨凇是由雨滴凝結(jié)而成的，而霧凇則是由水汽凝華而成。在密度上雨凇可以達(dá)到0.85克/立方厘米，而霧凇只有0.25克/立方厘米,對(duì)于附著物的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于霧凇。雨凇與地表水的結(jié)冰也有明顯不同，雨凇邊降邊凍，能立即粘附物體的外表而不流