繼電保護(hù)電力系統(tǒng)的短路保護(hù)

文/楊躍

近幾年，由于我國各個(gè)地區(qū)對資源的需求逐漸的增多，電力系統(tǒng)的建設(shè)力度不斷提升，建設(shè)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境也日趨復(fù)雜，這樣若是系統(tǒng)保護(hù)力度不夠的話，很容易出現(xiàn)短路故障，進(jìn)而影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，也會消耗大量的電力能源。因此，為了保證店電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，加強(qiáng)繼電保護(hù)電力系統(tǒng)保護(hù)的力度是非常重要的，主要是利用預(yù)防為主，并且針對繼電保護(hù)電力系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)，制定相應(yīng)的保護(hù)裝措施，以此保證繼電保護(hù)電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，避免短路故障的發(fā)生，也對電力能源進(jìn)行了有效的節(jié)約，提升了電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 引發(fā)繼電保護(hù)電力系統(tǒng)短路故障的主要因素

在繼電保護(hù)電力系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，引發(fā)短路故障的因素有很多，主要體現(xiàn)在絕緣體、三相系統(tǒng)、電力用戶等方面，下面就針對這幾個(gè)方面，對引發(fā)繼電保護(hù)電力系統(tǒng)短路故障的主要因素，進(jìn)行了簡要的分析和闡述：

1.1 絕緣體

從電力系統(tǒng)的方面來分析，短路故障發(fā)生主要表現(xiàn)在橫向系統(tǒng)和縱向系統(tǒng)等方面，主要

是因?yàn)橛捎趯?dǎo)體的不同，并且保護(hù)力度相對較差，進(jìn)而導(dǎo)致短路故障的發(fā)生。導(dǎo)體出現(xiàn)短路故障的因素主要是因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)內(nèi)部絕緣體，出現(xiàn)受損的現(xiàn)象，進(jìn)而影響橫向系統(tǒng)和縱向系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。其實(shí)，絕緣體是屬于一種的不容易導(dǎo)電的物質(zhì)，那么在電流穿過的時(shí)候，絕緣體主要是根據(jù)自身的性能，利用較強(qiáng)的電阻將電流和其它物質(zhì)進(jìn)行絕緣。但是，若是絕緣體若是受到損壞，絕緣體的自身行性能就會消失，這樣電流就會任意的穿過，在這個(gè)過程中，一旦電流相對較大，就會導(dǎo)致繼電保護(hù)電力系統(tǒng)短路故障的發(fā)生。另外，電力人員在電力作業(yè)的過程中，若是出現(xiàn)存在誤差，或者違反規(guī)定的作業(yè)行為，都會引發(fā)繼電保護(hù)電力系統(tǒng)短路故障的發(fā)生，影響了系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性和安全性。

1.2 三相系統(tǒng)

從三相系統(tǒng)的角度分析，三相系統(tǒng)短路故障主要是指電力系統(tǒng)中的橫向故障，具體來說，三相系統(tǒng)短路故障主要體現(xiàn)在三相短路、兩相短路、單相接地短路以及兩相接地短路等方面，并且三相系統(tǒng)短路故障主要是因?yàn)槿嘧杩巩a(chǎn)生異常，發(fā)生短路的時(shí)候電流和電壓是處于相等的狀態(tài)，一般都是以單相短路為主，三相短路產(chǎn)生的概率不是很高。但是，一旦發(fā)生三相短路的話，其影響范圍是非常大的，繼電保護(hù)電力系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性隨之下降。

1.3 電力用戶方面

由于地區(qū)的發(fā)展程度和經(jīng)濟(jì)程度等方面的不同，人口密度也有著很大程度上的不同，和對電力需求的程度也是不相同。針對人口密集的城市，用電量是非常大，因此對繼電保護(hù)電力系統(tǒng)的建設(shè)也相對較大，電纜線路交叉重疊，并且由于繼電保護(hù)電力系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備和電纜線的長時(shí)間使用，經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備老化、電纜線絕緣受損的現(xiàn)象，若是不及時(shí)的進(jìn)行有效解決，就會影響繼電保護(hù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。另外，針對人口較少的地區(qū)，由于技術(shù)跟不上，工作人員也不夠?qū)I(yè)，這樣很難定期展開繼電保護(hù)電力系統(tǒng)安全檢驗(yàn)工作，其中所存在的安全隱患便不能有效消除，增加了繼電保護(hù)電力系統(tǒng)短路故障發(fā)生的概率。

圖1：補(bǔ)償器安裝網(wǎng)絡(luò)圖

2 繼電保護(hù)電力系統(tǒng)短路的防治措施

要想降低繼電保護(hù)電力系統(tǒng)短路故障發(fā)生的概率，主要是以“防治”手段為主。下面就對是繼電保護(hù)電力系統(tǒng)短路的防治措施，進(jìn)行了簡要的分析和闡述：

2.1 避雷針的安裝

雷擊很容易對繼電保護(hù)電力系統(tǒng)內(nèi)部和外部等方面進(jìn)行損壞，若是情況相對嚴(yán)重的話，

很容易產(chǎn)生起火、停電、設(shè)備損壞等方面。因此，在變電站各項(xiàng)設(shè)備安裝的過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況安裝避雷針，來避免雷擊對繼電保護(hù)電力系統(tǒng)的損壞。另外，在避雷針安裝的過程中，一定要根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)，選擇合適的避雷針類型，保證兩者處于一致的狀態(tài)。同時(shí)，在避雷針安裝的過程中，一定要做好各個(gè)線路的連接，避免引發(fā)其它故障的發(fā)生。

2.2 故障點(diǎn)電源的切斷

在繼電保護(hù)電力系統(tǒng)內(nèi)部，各個(gè)方面之間都是有著聯(lián)系的，也就是說其中的一個(gè)方面差出現(xiàn)問題，就會影響整個(gè)電路系統(tǒng)導(dǎo)致短路故障的產(chǎn)生，若是不及時(shí)的處理，就會造成嚴(yán)重的損失。因此，在繼電保護(hù)電力系統(tǒng)運(yùn)行防治的過程中，一定根據(jù)故障發(fā)生的狀態(tài)，查找短路故障點(diǎn)以及故障點(diǎn)鎖定，并且需要對繼電保護(hù)電力系統(tǒng)短路故障產(chǎn)生的類型，進(jìn)行分析和判斷。同時(shí)，在各個(gè)方面確定以后，需要切斷故障點(diǎn)電源，這樣可以在最大程度上保證工作人員檢修維護(hù)工作的順利展開，也避免影響不斷的擴(kuò)大。另外，工作人員也可以利用萬能表對短路狀態(tài)下的電流，進(jìn)行詳細(xì)、全面的記錄，為后期運(yùn)行調(diào)整，提供了重要的參考依據(jù)。

表1：SFSZQ7-40000/110 型變壓器阻抗技術(shù)參數(shù)

2.3 日常維護(hù)

日常維護(hù)是保證繼電保護(hù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運(yùn)行的關(guān)鍵，主要在固定的周期對繼電保護(hù)電力系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，降低短路故障的發(fā)生。那么，在日常維護(hù)的過程中，一定要從以下幾個(gè)方面展開：

（1）在日常維護(hù)的過程中，一定要提升工作人員的專業(yè)性，避免發(fā)生操作錯(cuò)誤的現(xiàn)象發(fā)生，尤其是在電網(wǎng)密集的區(qū)域。

（2）針對繼電保護(hù)電力系統(tǒng)日常的運(yùn)行狀態(tài)，需要編制短路故障日常維護(hù)方案，對其中存在的不確定因素進(jìn)行分析，并且做好相應(yīng)的預(yù)防措施，降低繼電保護(hù)電力系統(tǒng)短路故障發(fā)生的概率。

（3）在日常維護(hù)的過程中，一定要利用有效的監(jiān)控技術(shù) ，加強(qiáng)對繼電保護(hù)電力系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)控制，并且與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行有效的聯(lián)系，這樣一旦發(fā)生短路故障，可以及時(shí)的傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，根據(jù)傳輸?shù)膮?shù)進(jìn)行處理，避免繼電保護(hù)電力系統(tǒng)短路的故障的發(fā)生。

3 繼電保護(hù)分析

在繼電保護(hù)電力系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，做好相應(yīng)的保護(hù)方案是非常必要的，主要是從熔斷器保護(hù)、相電流保護(hù)、零序電流保護(hù)等方面，

具體的內(nèi)容如下：

3.1 熔斷器保護(hù)

其實(shí)，最早短路保護(hù)一般是以電源端的電流增大造成線路發(fā)熱而設(shè)計(jì)的，熔斷器就是其中的一個(gè)，是起到發(fā)熱和自熔的功能。在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，若是電流足夠大的話，熔斷器的溫度會先于系統(tǒng)其他部分而升高到將自身熔斷的臨界點(diǎn)，從而切斷電流。同時(shí)，熔斷器屬于一種一次性保護(hù)的組件，是不可重復(fù)使用的，主要是因?yàn)槿蹟嗥髟谇袛喙收弦幌嚯娏骱?，這樣還會保證功供電的穩(wěn)定性，但是還會隱藏故障隱患。另外，隨著電流系統(tǒng)的不斷發(fā)展，三聯(lián)裝熔斷器逐漸應(yīng)用到其中，在運(yùn)行的過程中若是其中一個(gè)發(fā)生熔斷，另外兩相卡死機(jī)構(gòu)中會有一個(gè)被彈簧鎖死的機(jī)構(gòu)收回，導(dǎo)致另外兩相的熔斷器一起跌落。但是，熔斷過程是需要一個(gè)周期的，在這個(gè)周期可以通過相應(yīng)技術(shù)進(jìn)行調(diào)整，避免影響繼電保護(hù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.2 相電流保護(hù)

相電流保護(hù)主要是在短路電流故障計(jì)算原理和電流互感器的基礎(chǔ)之上，并且利用機(jī)械方式作為繼電保護(hù)電力系統(tǒng)線路切斷保護(hù)的一項(xiàng)形式。在相電流保護(hù)的過程中，最開始的保護(hù)形式主要是在互感器上面取出電流，直接流經(jīng)繼電器吸合保持回路上的一個(gè)常閉節(jié)點(diǎn)，并且在電流足夠大的時(shí)候，這樣常閉節(jié)點(diǎn)的電磁力將抵消常閉節(jié)彈簧壓力，常閉節(jié)點(diǎn)可以將主接觸器的吸合電流拿掉，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)保護(hù)的目的。

3.3 零序電流保護(hù)

短路故障現(xiàn)象的發(fā)生，都會直接影響繼電保護(hù)電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，內(nèi)部電流相位紊亂，也就是零序電流保護(hù)。因此，為了保證繼電保護(hù)電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，一定要對該方面給予足夠的重視。同時(shí)，在固定的時(shí)間內(nèi)部，可以將零序電流整定的短路繼電保護(hù)取代相電流保護(hù)，并且一定要對其內(nèi)部電流系統(tǒng)進(jìn)行梳理，這樣才能盡最大可能保證電流運(yùn)行的有序性，避免發(fā)生紊亂的現(xiàn)象，降低繼電保護(hù)電力系統(tǒng)短路故障現(xiàn)象發(fā)生的概率。

3.4 智能化保護(hù)

在上個(gè)世紀(jì)90年代，單片機(jī)技術(shù)和 PLC技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，并且在程序化保障的智能綜合保護(hù)模塊基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)電力系統(tǒng)智能化保護(hù)的模式。同時(shí)，智能化保護(hù)的過程中，一定要正確安裝探頭，這樣工作人員將繼電保護(hù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)輸入到其中，這樣可以對繼電保護(hù)電力系統(tǒng)進(jìn)行綜合性的保護(hù)，降低漏電、短路、過熱、過負(fù)荷、缺相、欠壓等現(xiàn)象的發(fā)生。

4 短路電流計(jì)算分析

繼電保護(hù)電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算主要是為保護(hù)措施的選擇，以及保護(hù)方案的編制，提供重要的參考數(shù)據(jù)。其實(shí)，在繼電保護(hù)電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算的過程中，所包括的內(nèi)容有很多，例如：補(bǔ)償器安裝、主變壓器電阻、系統(tǒng)線路、負(fù)荷線路等方面，下面就以110kV為例，對繼電保護(hù)電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算的相關(guān)內(nèi)容，進(jìn)行了簡要的分析和闡述。

4.1 補(bǔ)償器安裝

在繼電保護(hù)電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算的過程中，需要對補(bǔ)償器安裝的位置進(jìn)行分析，就以110kV繼電保護(hù)電力系統(tǒng)為例，選擇10kV補(bǔ)償器， 將基準(zhǔn)容量定位為100MVA，并且電壓所選取的標(biāo)準(zhǔn)為：Ub=Uav=1.05Ue。同時(shí)，基準(zhǔn)電壓選取一般情況下為三檔，其中主要包括有：10.5kV、37kV、115kV，其基準(zhǔn)電流也分為三檔，主要有：5.5KVA、1.56KVA、0.5KVA等，只有對各個(gè)方面進(jìn)行明確，才能保證短路電流計(jì)算的準(zhǔn)確性，圖1所示。

4.2 變壓器阻抗計(jì)算

變壓器阻抗計(jì)算是繼電保護(hù)電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算的一項(xiàng)種重要內(nèi)容，因此一定要對變壓器技術(shù)參數(shù)進(jìn)行明確，并且通過利用相應(yīng)的計(jì)算公式，進(jìn)行變壓器阻抗分析，在110kV繼電保護(hù)電力系統(tǒng)中，選用SFSZQ7-40000/110 型變壓器，技術(shù)參表1所示，具體內(nèi)容如下：

根據(jù)表1中的參數(shù)，其計(jì)算過程為：

并且將這個(gè)-0.5%可以約等于0，根據(jù)這兩個(gè)步驟展現(xiàn)下面的計(jì)算，

所以所得出的結(jié)論為：

為繼電保護(hù)電力系統(tǒng)短路保護(hù)方案的編制，提供了重要的參考依據(jù)。

4.3 系統(tǒng)線路計(jì)算

在110kV中，若是將系統(tǒng)電流設(shè)置為50KM的話，那么需要將SB設(shè)置為100MWA，VB1設(shè)置為110kV的話，那么通通過相應(yīng)的計(jì)算，系統(tǒng)電壓平均參數(shù)為115kV，所得到的線路阻抗為：X1=0.4/km，其計(jì)算公式為：

最終為判斷出系統(tǒng)線路短路電流為0.165。

4.4 負(fù)荷線路計(jì)算

負(fù)荷線路電流計(jì)算，是繼電保護(hù)電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算中不可缺少的一個(gè)方面，若是在110kV繼電保護(hù)電力系統(tǒng)中，設(shè)置35kV的一側(cè)VB2為37kV，其計(jì)算公式為

。另外，在計(jì)算的過程中，若是電流為10kV一側(cè)的VB3位10.5kV的話，那么根據(jù)同樣的計(jì)算公式，可以判斷短路電流為7.256。

5 結(jié)束語

綜上所述，本文在引發(fā)繼電保護(hù)電力系統(tǒng)短路故障的基礎(chǔ)之上，提出了一些保護(hù)措施，并且以110kV繼電保護(hù)電力系統(tǒng)為例，對短路電流計(jì)算的一些相關(guān)內(nèi)容，進(jìn)行了闡述和分析，其主要目的就是保證繼電保護(hù)電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，避免短路故障發(fā)生概率，提升電力行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也為電力行業(yè)的發(fā)展，給予一定的支持。

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