供电系统常见故障分析

电气故障类型非常多，几乎没有相同的事故，至今也没有一本全面介绍电气事故的书籍，大部分是某一方面的事故防范。但我们实际从事现场工作的人员确实需要这方面的情况和知识，以及形成共识，制订切实可行的防范措施。一、短路故障短路故障是中、低压系统最常见、发生最多的事故。其它类型的事故，如过热事故、过电压事故、绝缘事故，最后都要演变成短路事故，使保护跳闸，切除故障。要掌握短路故障的电气特征，对系统的影响，对设备的安全要求，使短路故障产生损失降低到最小。1、短路时的电流变化研究计算短路电流是学电气专业的基础课。常用专业术语：•短路水平•短路参数•最大、最小运行方式短路水平短路水平：指短路电流或短路容量的大小。如某矿6KV母线最大短路电流16KA，则短路容量为6.3×16×1.732=174（MVA）。短路参数短路参数：指短路阻抗、短路电流、短路容量。最大、最小运行方式最大、最小运行方式：各种运行方式下，短路阻抗不同，如两台变压器并联运行时，阻抗小，短路电流就大，路径不同，阻抗也不同。最大、最小运行方式就是可能的两种极端运行方式。最大、最小运行方式限制了短路电流的变化范围，也是确定保护定值、保护范围、灵敏度、有无越级跳闸的可能的主要依据。两相短路和三相短路的电流关系：0.866乘三相短路电流等于两相短路电流。短路水平对安全的指导意义：•设备选型：开关的遮断容量要大于短路水平。这是开关选择最主要的原则，切不断短路电流就要爆炸，就要扩大事故。•动稳定：是指短路电流通过时产生的电动力。主要是紧固设备和支承设备，如支柱绝缘等级、固定螺栓、套管等，要考虑受力问题。如35KV母线支持瓶用在6KV母线，大多数情况动稳定达不到要求，因35KV短路电流小，电动力和电流平方成正比，和电压等级没有关系。•热稳定：是指短路电流通过设备（有电阻）时产生的热能量。开关、刀闸、变压器、电缆等都存在热稳定问题。热能量和电流的平方成正比，和持续时间成正比。如：3×21就是电流在21KA时作用时间不能超过3秒。开关、变压器等一般由厂家考虑，我们主要控制短路时间，保护设置的时间不能超过设备承受能力。需要注意的有两点：一是电缆的热稳定，在供电末端由于保护的可靠性差，短路时间有可能长，加之电缆截面较小，电阻较大，有可能引起电缆着火。一般大截面的电缆热稳定性好。根据我们西山的短路水平，井下6KV电缆应选120mm2以上，地面应在70mm2以上，能保证电缆的热稳定性。二是旧开关、变压器的热稳定性是按当时的短路水平设计的，目前电力系统的短路水平明显增大，这是电网发展带来的问题之一。西山矿区和八十年代相比增加近一倍，这是供电方面的一个重大变化。很多旧开关遮断能力不足，旧变压器、互感器热稳定达不到要求，容易发生着火等重大事故，必须引起各级机电管理人员的高度关注。2、短路时的电压变化短路时不仅产生短路电流，同时伴随着电压降低，对整个系统和其它用电设备都要产生影响。在3#线路D点发生三相短路，短路电流由D点流向电源，经过的设备都有短路电流流过，都有热稳定、动稳定问题。D点以后的电压都由额定电压变为零，D点至电源的电压由零逐渐升高至额定电压。曲线上，3点为额定电压，2点为母线残余电压。也就是说，1#、2#线尽管无故障，但电压由额定电压降为残余电压。如果残余电压降为额定电压的70%以下，交流接触器就要释放，失压脱扣器在65%以下时有可能动作。这种情况我们叫短路故障引起的电压闪变，对系统内的所有电压敏感元件都要产生影响。防范措施•1、降低系统阻抗，采用大容量变压器，保证母线残压在70%以上，但短路电流大，投资大。•2、交流接触器、无压释放等电压敏感元件提高动作值。•3、采用延时装置，因电压闪变时间较短，过流切除小于2.5秒，落雷故障也在2.5秒之内。2、3条都是可行的防范措施。二、目前一些应对短路故障方面存在的技术问题短路故障是系统的主要故障，包括其它类型的故障如过热、过电压、绝缘等，均要发展为短路故障才能切除。所以我们配备的都是电流型保护。•首先是电流保护的选择性较差，如前所述，由于有最大方式和最小方式的影响，定值大了，灵敏度不够，定值小了，要越级跳闸，大部分情况是为了保证可靠性，而牺牲了选择性，越级跳闸时有发生，不是管理问题，是技术问题。对一些重要设备可以考虑低电压闭锁及纵差保护，但投资较大。•二是系统结构复杂，时间级差无法实现，也是选择性差的主要原因。•三是操作机构的可靠性低，经常有拒动现象。•四是预防过热、过电压、绝缘缺陷等事故方面的手段较少。过热这几年通过测温管理基本得到控制。绝缘缺陷事故主要靠电气设备试验和产品质量提高来控制和预防。过电压事故是我们的弱点，发生几率高，但检测控制预防手段少，尤其谐振和弧光过电压，电流保护效果很差，发展为大事故才跳闸。•五是电气事故的多少除和我们的管理水平、维护水平有关外，也和设备制造水平、设计结构水平、大气变化、地质变化、外来破坏等有关。我们的任务就是要把这些可控因素差的危害减到最小。要把备用系统用好，备用系统加自动化装置，这是保证可靠供电的思路之一。•六是交流操作系统的不可靠性。目前还有很多开闭所和井下是交流操作系统，大部分都是利用短路电流跳闸的，试验没问题，但实际使用存在拒动问题，原因不在设备本身质量方面。过流脱扣器的动作条件有两个，一是电流达到最小脱扣电流，过去一般是5A，也有2.5A的。看似容易达到，但互感器带载能力有限，在驱动脱扣器时，容易饱和，电流下降，如果是在远端两相短路，变比选择偏大时，易拒动。二是互感器二次最大电流不能超过继电器切换能力（150A）。由于电动力的影响，过大的电流使继电器接点切换不动。这种情况的几率高，一方面是系统短路电流大，再一方面互感器一般是按负荷大小选的，在发生三相短路时很容易产生拒动。关键是互感器变比的选择，一定要计算最大三相短路电流用变比除一下，两头都要兼顾，但如果最大方式和最小方式差距大时很难同时满足。三、二次回路及辅助设施故障要实现供配设备的停送控制和故障情况下的紧急控制，保证设备可靠运行，必须配置相应的辅助设施，即二次回路。说是辅助，实际上是同等重要，就象汽车的动力和刹车一样，相互依存。举两个例子：1、如图：是变电站操作电源的原理图。LJLJR充电KM-KKM+~380+-电池（a）+-电池RLJLJ充电KM-KKM+~380（b）R、LJ是个限流回路，当电池组亏电时限制充电电流，LJ电流继电器整定5A。比较a、b两图，区别在于限流回路一个放在电池的负极，一个放在正极。在交流有电时，两种接线都没有问题，但在交流失电或电压降低时，需电池放电供控制母线。图b在放电电流超过5A时，限流电阻起作用，使控制母线电压大幅降低，使开关失控。一台开关的跳闸电流在2.5A以上，如果两台以上的开关同时跳闸，就存在拒动问题。2、某矿风机房，一只报警电铃烧坏，致使整个操作系统无电，备用风机无法开启。3、对二次辅助设施的基本要求•a．具备相对独立性，互为备用的主设备和辅助设施要相互独立，任何故障不致使两套系统同时受损。•b．局部故障不能影响整体功能。•c．主要功能（控制保护）要结构简单，功能可靠。四、事故控制的基本思想任何大的电气事故都是由两种以上的缺陷组合发生的，有短路、落雷或过电压故障，同时存在保护控制失灵，就会发生大事故。我们的任务就是要消灭这些隐患，使它们不能组合在一起。•a．加强日常维护检修，消灭过热点，确保正常电流、短路电流的无故障通过，维护线路的正常运行，不发生倒杆断线，经常检查试验、保护、控制的正确动作，以及多台开关跳闸的能力，通过试验检查保证设备、电缆的绝缘水平，具备抵抗规定范围内的过电压。•b．有问题、有隐患，一定要及时处理或退出运行，不能让它们组合在一起。•c．电气事故除和我们日常维护管理有关外，设备制造水平、设计结构、管理程度、施工安装质量、气象环境、地质灾害等等关系密切，要想方设法控制这些因素，把伤害降到最低。•d．在当前事故还不能完全控制的情况下，要研究解决好两个课题，一是控制事故范围，不能局部影响整体，小事故演变为大事故，特别是二次和辅助设备，现有设施是否存在这样的隐患。二是备用设施的独立性或快速投入性能，任何情况下都不能两套设施同时受损，要有快速投入的组织或技术措施，包括重合闸、备自投等自动装置。