电力系统的故障类型及原因分析Word格式.docx

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1.1电力系统和电力网的概念

电力系统是由生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备及相应的专用通信、安全自动、继电保护、调度自动化等设施连接在一起而组成的整体。

电力系统中输送和分配电能的部分称为电力网，它包括升、降压变压器和各种电压的输、配电线路。

电网是不仅包括电力系统，而且还包括：

火电厂的汽轮机、锅炉、供热管道和热用户，水电厂的水轮机和水库，也称动力系统。

如：

华东电网、西北电网、东北电网、华南互联电网等。

1.2电力系统的主要设备及功能。

1.2.1发电部分

同步发电机，在火电站和核电站是汽轮发电机，在水电站是水轮发电机。

它是发电厂的主要设备，将机械能转化为电能的装置。

1.2.2电力变压器

用于升高或降低电压的设备，对应有：

升压变压器和降压变压器。

升压变压器一般安装在电厂的升压站，降压变压器安装在各级各类的变电站。

1.2.3高压断路器

在发电厂和变电站中，是100V以上电路和重要控制设备。

在正常进行时，用高压断路器来接通或断开正常的负荷电流；

在过载时，用它来切断过载电流；

在故障时，用它来迅速切断短路电流。

高夺断路器主要特点是带有灭弧装置。

在开关电器断开电路时，如果电压不低于10V-20V，电流不小于80-100mA，触头之间会产生电弧。

电弧的温度很高，中心温度最高咳达1万摄氏度，如果电弧燃烧时间过长，不仅烧坏触头，还会危及其它设备而发生事故。

1.2.4隔离开头

在结构上，有2个特点：

一是没有灭弧装置；

二是触头全部敞露在空气中，有明显的断开点。

隔离开关的主要用途；

将需要检修的设备或线路与电源隔离，保证检修人员的安全。

检修人员观察到明显的断点，以确信隔离开关已断开。

在两触头等电位情况下，切换电路，如：

倒闸操作。

接通或断开允许的小低电流。

开、合电压互感器和避雷器；

开、合母线和直接接在母线上设备的电容电流；

当开关合上时，开合开关的旁路电流。

二电力系统故障的基本概念

2.1短路的原因及其后果

所谓短路，是指电力系统中正常情况以外的相与相之间或相与地之间发生通路的情况。

2.2短路的原因

1电气设备载流部分绝缘损坏。

2运行人员误操作。

3其他因素。

2.3短路的现象

1电流剧烈增加。

2系统中的电压大幅度下降。

2.4短路危害

1短路电流的热效应会使设备发热急剧增加，可能导致设备过热而损坏甚至烧坏。

2短路电流产生很大的电动力，可引起设备机械变形、扭曲甚至损坏。

3短路时系统电压大幅度下降，严重影响电气设备的正常工作。

4严重的短路可导致并列运行的发电厂失去同步而解列，破坏系统的稳定性。

5不对称短路产生不平衡磁场，会对附近的通讯系统及弱电设备产生电磁干扰，影响其正常工作。

三短路的含义及类别

电力系统的短路就是在回路中因为电阻降低而引起电流异常增大的一种现象；

电力系统在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时而流过非常大的电流。

短路分为很多种情况，有单相接地短路，两相短路，两相短路接地，三相短路等。

相线俗称火线，三相就是三个火线，他们电相线俗称火线！

三相就是三个火线，他们电压相等，频率相当，但是相序（时间）不同！

3.1单相接地短路

指三相交流供电系统中一根相线与大地成等电位状态了，也就是该相线的电位与大地的电位相等，都是“零”。

3.2两相短路

任意两相导线，直接金属性连接或经过小阻抗连接在一起。

3.3两相短路接地

指三相交流供电系统中两根相线与大地成等电位状态了，

3.4三相短路

三相短路分三种：

1单相接地短路；

2两相之间短路；

3三相全部短路。

此外，研究短路现象还要和电力系统的接线方式有关，如变压器中性点直接接地，中性点非直接接地等等。

针对不同短路，不同的接线方式，短路发生时有不同的现象。

如果是中性点非直接接地的电力系统，那么单相短路接地故障时仍然可以运行一段时间，因为此时线电压是不变的，但是故障相的对低电压变为零，非故障相的对低电压变为原来的根号3倍，这时候如果绝缘做的不好，容易使故障扩大。

如果是中性点直接接地，那么就不行在继续运行了，系统会产生比较大的零序流，线电压也发生了变化。

四短路原因

1元件损坏，例如设备绝缘材料老化，设计、制造、安装、维护不良等造成的设备缺陷发展成为短路。

2气象条件影响，例如雷击过后造成的闪烁放电，由于风灾引起架空线断线和导线覆冰引起电线杆倒塌等。

3人为过失，例如工作人员带负荷拉闸，检修线路或设备时未排除接地线合闸供电，运行人员的误操作等。

人为破坏，如偷电线和美国的科索沃战争、伊拉克战争时使用的碳纤维弹。

4其他原因，例如挖沟损伤电缆，鸟兽风筝跨接在载流裸导体上等。

五短路的后果

1产生大电流：

有时会产生上万甚至十几万安的大电流。

因此会产生大量的热量，损毁设备，电弧会将许多元件短时间融化。

同时，产生的电流还会带来一定的电磁力，它同样会损坏设备。

同样可能造成重大火灾及伤害时间。

2造成低电压：

它会使电气设备无法正常工作。

这种危害在医院矿山时会引起危险。

3干扰抑制与破坏系统的稳定运行。

4线损，热损，无功功率等增大。

5影响通信，通讯等。

五短路故障

短路故障是电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地（或中性线）之间的连接。

发生短路故障时，电力系统从正常的稳定状态过渡到短路的稳定状态，一般需3～5秒。

在这一暂态过程中，短路电流的变化很复杂。

它有多种分量，其计算需采用电子计算机。

在短路后约半个周波（0.01秒）时将出现短路电流的最大瞬时值，称为冲击电流。

它会产生很大的电动力，其大小可用来校验电工设备在发生短路时机械应力的动稳定性。

短路电流的分析、计算是电力系统分析的重要内容之一。

它为电力系统的规划设计和运行中选择电工设备、整定继电保护、分析事故提供了有效手段。

六鸟害闪络

在绝缘子正上方的横担及金具上栖立飞鸟时种闪络通常是绝缘子表面爬电及空气放电的一种混合闪络。

鸟粪短接部分空气间隙并降低绝缘子局部表面的外绝缘性能，造成绝缘子串的绝缘性能下降。

鸟害闪络一般可从绝缘子表面的鸟粪残迹及地面的鸟粪痕迹来进行分析。

对鸟害闪络，可在绝缘子串正上方的横担上安装鸟刺，防止鸟粪直接落在伞裙的上方，也可在上端第一片装大裙绝缘子，防止鸟粪直接桥接绝缘子伞裙。

在采用瓷、玻璃、有机合成绝缘子的线路中，鸟害引起的闪络均占有相当比例。

在有机合成绝缘子的闪络故障统计中，鸟害造成的闪络仅低于雷击闪络，居第二位;

与瓷绝缘子、玻璃绝缘子串相比，由鸟害造成的合成绝缘子闪络率较高。

其原因可能是：

①有机合成绝缘子的伞间距较小，在鸟排便的瞬间，易于形成鸟粪的桥接，从而发生伞裙间飞弧短接现象。

②有机合成绝缘子的伞裙是柔性材料，大鸟粪便在重力作用下坠落时，易于全部顺伞裙边缘落下，不易反弹和飞溅;

而瓷和玻璃属刚性材料，由于反弹和飞溅可以减少落下的鸟粪量，甚至阻断鸟粪对伞裙的桥接。

因此，可以说有机合成绝缘子鸟粪闪络率较高是与其本身的结构及材料特点有一定关系的。

七污闪、冰闪和憎水性

7.1污秽闪络（浮冰闪络）

就是积聚在绝缘子表面上的具有导电性能的污秽物质，在潮湿天气受潮后，使绝缘子的绝缘水平大大降低，使绝缘子之间构成短路,在正常运行情况下发生的闪络事故。

绝缘子表面的污秽物质，一般分为两大类：

（1）自然污秽遇雨雾结的浮冰,空气中飘浮的微尘，海风带来的盐雾（在绝缘子表面形成盐霜）和鸟粪等。

（2）工业污秽火力发电厂、化工厂、玻璃厂、水泥厂、冶金厂和蒸汽机车等排出的烟尘和废气。

绝缘子表面的自然污秽物质易被雨水冲洗掉，而工业污秽物质则附着在绝缘子表面，不易被雨水冲洗掉。

当空气湿度很高时，就能导电而使泄漏电流大大增加。

如果是木杆，泄漏电流可使木杆和木横担发生燃烧；

如果是铁塔，可使绝缘子发生严重闪络而损坏，造成停电事故。

此外，有些污秽区的绝缘子表面，在恶劣天气还干扰作用。

用直升机喷洒不导电的清洗液,在不影响线路正常输电的情况下直接去污。

7.2冰闪

线路悬垂绝缘子串很容易积雪结冰，尤其是合成绝缘子伞间距离小，积雪和结冰就更为容易。

绝缘子串结冰后形成贯穿整串的冰柱，当气温回升到摄氏零度以上时冰柱开始融化，融化的冰水顺着悬垂绝缘子串边缘下淌，形成连续的冰水溜，冰水溜的形成就可能造成绝缘子短路跳闸发生停电事故。

绝缘子串也很容易结冰形成冰柱。

冰柱融化时同样很容易引起事故。

7.3憎水性

反映材料耐水渗透的一个技术指标，在复合绝缘子行业中，憎水性也被称为湿润性，由复合绝缘子外绝缘（硅橡胶）的表面张力决定，表征水分对复合绝缘子外绝缘的湿润能力。

气候环境等外因造成绝缘子憎水性减弱或暂时丧失，硅橡胶材料老化等造成憎水性恢复慢或下降，导致绝缘子绝缘强度下降。

八一般变压器常见故障

1电压升高时内部有轻微放电声（接地片断裂）,2线圈绝缘电阻下降（线圈受潮）,3铁芯响声不正常（铁芯油道内或夹件下面松动、铁芯的紧固零件松动）,4气体继电器信号回路动作（铁心片间绝缘损坏、穿芯螺栓绝缘损坏、铁芯接地方法不正确构成短路）,5气体继电器跳闸回路动作（线圈匝间短路、线圈断线、线圈对地击穿、线圈线间短路）,6绝缘油油质变坏（变压器内部故障、油中水分杂质超标）,7套管对地击穿（瓷件表面较脏或有裂纹）,8套管间放电（套管间有杂物存在）,9分接开关触头表面灼伤（解构与装配上存在缺陷如接触不可靠\弹簧压力不够等）,10分接开关相间触头放电或各分接头放电（过电压作用,变压器内部有灰尘或绝缘受潮）

九断相故障

断相故障：

电力系统一相断开或俩相断开的情况，属于不对称性故障。

断相种类：

一相断开。

十复杂故障

复杂故障:

电力系统的不同地点（俩处或俩处以上）同时发生不对称故障的情况.

十一自然灾害引起的故障

冻雨在碰到树枝、电线、或地面上时，就会在这些物体上冻结成外表光滑、晶莹透明的一层冰壳，有时边冻边淌，象一条条冰柱。

这种冰层在气象学上又称为“雨凇”。

冻雨落在电线、树枝、地面上，随即结成外表光滑的一层薄冰，有的是如同冰糖葫芦的糖衣一样将附着物包裹起来，有的则是边流动边冻结，结果便制造出一串串钟乳石似的冰柱、冰穗（俗称“冰挂”），它们晶莹透亮，如同冰雕一般可以说是大自然的一大奇观，煞是好看！

可惜的是，雨凇并没有像它的亲戚雾凇一样成为人们欣赏的一大奇观，而是成为了灾害，雨凇与雾凇的区别简而言之雨凇是由雨滴凝结而成的，而雾凇则是由水汽凝华而成。

在密度上雨凇可以达到0.85克/立方厘米，而雾凇只有0.25克/立方厘米,对于附着物的压力远远大于雾凇。

雨凇与地表水的结冰也有明显不同，雨凇边降边冻，能立即粘附物体的外表而不流失，形成越来越厚的坚实冰层，从而使物体负重加大。

其特性使其在电力、农业、交通等方面造成比较严重的影响。

雨凇最大的危害是使供电线路中断，雨凇使高压线的钢塔可能会承受10－20倍的电线重量，在两个钢铁之间的电线上所凝结的冰的重量可以达到数吨之重，电线结冰后，遇冷收缩，加上风吹引起的震荡和雨凇重量的影响，能使电线和电话线不胜重荷而被压断，几公里以致几十公里的电线杆成排倾倒，造成输电、通讯中断，严重影响当地的工农业生产。

11.1短路融冰的原理

短路融冰，即在架空线路的某一点装设三相融冰短接线（但不接地），再对线路送融冰电源，经过一段时间后，线路发热，从而将架空线路上的覆冰融化。

11.2防冻融冰存在的问题及分析

输电线路的短路融冰操作性质属于事故处理．值班调度员临时拟写操作指令票，安排电网运行方式，临时将输电线路上的用户转移到其他线路上供电，操作任务多且很复杂，往往一条输电线路融完冰要几个小时到十几个小时，如果这期间线路不堪重负发生倒杆断线，则将前功尽弃，严重影响电网安全和停止广大用户的供电。

融冰准备的仓促性、操作的复杂性、耗时的长期性、供电的可靠性等等这些问题直接制约着输电线路的融冰工作。

如果能有效提高融冰操作时间，那以上的威胁就大大减少了。

十二小结

通过对电力系统的故障的了解，可以在实际运用中更快的了解故障的原因，相应的就能加快对故障的维修及处理，这可以大大的减少损失，保障电力系统的安全。

十三参考文献

刘介才《工厂供电》

宗士杰《发电厂电气设备及运行》

气象出版社《电工作业》

于永源杨绮雯《电力系统分析》