第七章故障电流限制器
论电力系统三相短路的原因和防范措施
论电力系统三相短路的原因和防范措施重庆中机龙桥热电有限公司——王超——【摘要】电力是维持当今社会发展的主要能源之一,是人类生活当中不可缺少的重要部分,整个电力系统的稳定和发展关系到我们每一个人正常的生活次序,大则关系到整个国家长治久安,小则关系到每一个家庭。
目前由于电力系统经过多年的构建和发展,同时随着电子产品的日新月异,形成了错综复杂的连接方式,电气系统重大短路事故也有了新的解释和任务。
本文针对新形势下电力系统短路故障做一个分析,并制定相关对策。
【关键词】电力系统、短路、大电流、损坏一、电力系统中短路原因的分析导致短路发生的最终原因是承载电力的载体绝缘受到破坏,引起绝缘破坏的原因主要有:1、电气设备绝缘材料的自然老化、污秽或机械损伤。
2、雷击引起过电压,自然灾害引起杆塔倒地或断线。
3、鸟兽跨接导线引起短路。
4、运行人员误操作(如检修后未拆除地线就合闸等)。
电力系统的运行经验表明,各类短路发生的几率不同,其中单相接地发生得最多,三相短路发生得最少。
根据某些系统的统计资料,在所有短路故障中,三相短路占5%,单相接地占65%,两相短路占10%,两相接地短路占20%。
虽然三相短路发生的几率最小,但其产生的后果最严重,同时它又是分析不对称故障的基础,因此将重点进行研究。
二、短路对电力系统的正常运行和电气设备的危害短路故障一旦发生,往往造成十分严重的后果,主要有:1 、电流急剧增大。
短路时的电流要比正常工作电流大得多,严重时可达正常电流的十几倍。
大型发电机出线端三相短路电流可达几万甚至十几万安培。
这样大的电流将产生巨大的冲击力,使电气设备变形或损坏,同时会大量发热使设备过热而损坏。
有时短路点产生的电弧可能直接烧坏设备。
2、电压大幅度下降。
三相短路时,短路点的电压为零,短路点附近的电压也明显下降,这将导致用电设备无法正常工作,例如异步电动机转速下降,甚至停转。
3、可能使电力系统运行的稳定性遭到破坏。
电力系统发生短路后,发电机输出的电磁功率减少,而原动机输入的机械功率来不及相应减少,从而出现不平衡功率,这将导致发电机转子加速。
智能配电网概述
智能配电网的特征/2
支持大量的分布式电源接入
包括风力发电、太阳能发电、生物质发电、燃料电池、 小型燃气轮机等 即插即用（Plug and Play)
支持用户能源管理（需求侧管理）
支持智能读表以及与用户侧的双向通信 支持实时（动态）电价，让用户选择用电时间，更好 地削峰填谷，适应分布式发电的间歇性特点。 支持用户自备分布式发电、储能装置并网 支持电动车的接入
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AMI系统的构成
摘自B.C Hydro Luan Peng博士的报告
智能电表
通信系统
电表数据管理系统
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AMI vs. AMR
AMR
收集用户用电量 单向通信 每月读取一次电度量
AMI
能够按需要收集各种用户用电数据，如有功/无功电度、 有功/无功功率、电压、电流等。 开放式双向通信 支持实时电价 支持家庭自动化
选择低电价时段充电 可在电价高时向电网送电。
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智能配电网的特征/3
能够提高电网资产利用率
支持配电系统快速仿真、模拟 合理控制潮流，提高系统容载比，充分利用系统容量。 减少投资，减少设备折旧，使用户获得更廉价的电力。
能够对配电网及其设备进行可视化管理
实时采集电网及其设备运行数据 提供潮流、负荷、设备状态监测、电能质量、故障位 置、停电范围等实时信息 解决配电网“盲管”问题
控制家电启停 与智能家电通信
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AMI的作用
更好地进行用户用电管理/需求侧管理
实时电价（可将高峰用电减少5-15%） 用电数据显示 家电控制 电动车充电
支持用户分布式电源的即插即用
光伏发电 分布式储能装置
停电检测 改善客户服务
用电数据查询 网上购电、付费
第7章第5节电力变压器的继电保护课件
缺点：有死区，不能保护变压器二次侧出口 处短路，必须与过电流保护配合使用。
过电流保护
过电流保护既可作本级变压器的近后备保 护，又可 作下级线路的远后备保护。
1。动作电流整定
动作电流：躲过最大负荷电流
Iop1
Krel Kre
IL•max
K rel ——可靠系数 ，DL取1.2～1.3，
K re ——返回系数 ，DL取0.85。
工作原理：
作用：抑制励磁涌流产生的不平衡电流 缺点：当内部短路时，会因短路电流非周期分量
的存在，动作有一定延时。
(2) 短路线圈工作原理
工作原理：正常或内部短路时，铁心未饱和， 短路线圈不起作用；外部短路或有励磁涌流 时，铁心饱和A柱比B柱严重，因此对主磁通 起削弱作用，防止误动作。
作用：抑制励磁涌流和外部短路时产生的不平 衡电流。而且匝数越多，作用越大。同时内 部短路时延时越严重。一般10M容量左右的 变压器选3-3′抽头。
供配电系统
第七章 供配电系统的继电保护
第五节 电力变压器的继电保护
本节主要内容
一、常见故障类型、不正常工作状态及其保护 方式
二、变压器的电流和电压保护 三、变压器的瓦斯保护 四、变压器的差动保护
一、 常见故障类型、不正常工作 状态及其保护方式
➢ 常见故障类型★
➢ 不正常工作状态 ➢ 相应的保护方式 二、变压器的电流和电压保护 ➢ 电流速断保护 ➢ 过电流保护★ ➢ 复合电压启动的过电流保护★ ★ ➢ 变压器的过负荷保护
2。动作时限整定：
比后备保护大Δt以上，一般取5～10 s。
瓦斯保护
轻瓦斯：动作于信号
（气体保护） 重瓦斯：动作于跳闸
安装：
气体继电器装设在变压器的油箱与油枕之间的 联通管上。变压器安装时应取1%～1.5%的倾斜度； 联通管对油箱顶盖也有2%～4%的倾斜度。
第7章 配电装置1[课堂课资]
![第7章 配电装置1[课堂课资]](https://img.taocdn.com/s3/m/cdf51844866fb84ae45c8dd1.png)
精制知识
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黄岛电厂支持式电流互感器布置图
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黄岛电厂穿墙式电流互感器布置图
穿墙式电 流互感器
精制知识
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3、互感器和避雷器
电压互感器需占用专用的间隔， 但同一间隔内，可以装设几个不同用途的电压互 感器。 当母线接有架空线路时，母线上应装避雷器，由 于其体积不大，通常与电压互感器共占一个间隔 (以隔层隔开)，并可共用一组隔离开关。
通过配置图可以了解和分析配电装置方案，统计 所用的主要电气设备。
精制知识
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精制知识
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2、屋内配电装置图
平面图 是按比例画出房屋及其间隔、通道和出口等处的 平面布置轮廓，平面上的间隔只是为了确定间隔数 及排列，故可不表示所装电气设备。 断面图 是用来表明所取断面的间隔中各种设备的具体空 间位置、安装和相互连接的结构图。 也应按比例绘制。
☞单层式占地面积较大，通常采用成套开关柜，以
减少占地面积。
精制知识
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间隔的概念
在屋内配电装置中，通常将同一回路的电气设备和导 体布置在一个间隔内。
所谓间隔是指为了将电气设备故障的影响限制在最小 的范围内，以免波及相邻的电气回路，以及在检修电 气设备时，避免检修人员与邻近回路的电气设备接触，
而用砖或用石棉板等制成的墙体隔离的空间。
成套式配电装置
成套配电装置的特点： ①占地面积小。 ②缩短了建设周期，便于扩建和搬 迁。 ③运行可靠性高，维护方便。 ④耗用钢材较多，造价较高。
目前我国生产的3～35kV的各种成套配电装置在发电厂 和变电站中已被广泛采用； 110～500kV的SF6全封精制闭知识组合电器也巳得到应用。 13
第七章 故障录波装置
（4）具有完善的软、磁盘系统及智能化打印绘图 功能。 （5）故障录波数据后期处理。对故障录波后的数 据，可在PC机上用专用的软件进行离线处理。
（6）掉电保护功能。掉电时，实时时钟及录波数 据等信息不丢失。 （7）人机对话供能。定值、时钟和各种操作指令 均可通过面板上的按键和显示器进行直接观察和 操作。
第七章 故障录波装置
要求：了解故障录波装置的作用，了解微机
型故障录波装置特点以及应用。
故障录波装置是电力系统十分重要的安全自动装
置之一。由于故障录波装置对提高电力系统的安
全运行水平极为重要，《继电保护和安全自动装
置技术规程》规定：为了分析电力系统故障及继 电保护和安全自动装置在事故过程中的动作情况， 在主要发电厂、220kV及以上变电站和110kV重要 变电站，应装设故障录波装置。故障录波装置是
二、故障录波装置的发展
根据录波原理的不同，故障录波装置经历了 机械—油墨式、机械—光线式阶段，发展到 现在普遍使用的微机型故障录波装置。 机械—油墨式现已经被淘汰，机械—光线式 由于存在启动速度慢、精度低、录波时间短 等缺点，实际中也很少使用了。目前广泛使 用的是
消除事故隐患。
（4）为检修工作提供依据。从故障录波分析发 现，有时单相接地故障发生在不同相别，切除故 障电流并未集中在断路器的同一相，因此断路器 检修工作，应根据录波实际情况而定。 （5）通过对已查证落实故障点的录波，可核对 系统参数的准确性，改进计算工作或修正系统使 用参数。
（6）统计分析系统振荡时有关参数。故障录波 装置对系统振荡全过程的录波，可以分析振荡性 质(同期或非同期)、振荡周期、振荡中心、振荡 电流等，以提供振荡计算中有关的实际参数。
第七章电器设备
第七章电气设备第一节电气设备概述一．电气设备的分类根据电气设备的作用不同，电气设备分一次设备和二次设备。
1．一次设备通常把生产、转换和分配电能的设备称一次设备。
如：发电机、变压器、断路器等。
2．二次设备对一次设备进行测量、控制、监视和起保护作用的设备称二次设备。
如：电流互感器、电压互感器、仪表、保护、通讯设备等。
二．电气设备的选择正确、合理地选择电气设备是保证系统安全、经济运行的基本保障。
在进行电气设备的选择时，应根据实际情况，在保证设备安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，尽可能节省投资，选择合适的电气设备。
1．按正常工作条件选择⑴额定电压和最高工作电压。
所选电气设备的允许最高工作电压Ualm不得低于所接系统的最高运行电压Usm即Ualm ≥Usm一般电气设备的最高工作电压：当额定电压在220KV及以下时为1.15UN；当额定电压在330—500KV时为1.1UN 。
而实际系统的最高运行电压Usm一般不超过1.1U NS ；因此在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压UN不低于系统额定电压UNS的条件选择，即UN ≥UNS⑵额定电流。
所选电气设备的额定电流IN不小于该回路各种运行方式下的最大持续工作电流Imax,既I N ≥Imax2．按短路情况校验⑴短路热稳定校验。
发生短路时，电气设备各部件温度不应超过允许值。
满足热稳定的条件为I2t t≥Qk式中 Qk—短路电流产生的热效应；It、t—电路允许通过的热稳定电流和时间。
⑵电动力稳定校验。
电动力稳定是电气设备承受电流机械效应的能力，亦动稳定。
满足动稳定的条件为：i es ≥ishI es ≥Ishi sh 、Ish—短路冲击电流幅值及其有效值；i es 、Ies—电气设备允许通过的动稳定电流幅值及有效值。
第二节．SF6全封闭组合电器组合电器是将几种常用的高压电器，如断路器、隔离开关、接地开关、电压、电流互感器、母线、避雷器、电缆终端等，按照一次接线的要求组成一个整体，其主要目的是缩小占地面积，提高设备运行的可靠性。
直流系统短路电流限制技术
直流系统短路电流限制技术摘要：直流系统的短路电流是一种重要的参数，对于系统的稳定性和设备的安全运行具有重要意义。
本文将介绍直流系统短路电流的概念、计算方法，以及常用的短路电流限制技术，旨在为工程技术人员提供参考和指导。
1. 引言直流系统是现代电力系统中的重要组成部分，广泛应用于输电、配电、电力电子等领域。
然而，直流系统的短路电流过大会导致设备损坏、系统崩溃甚至火灾等严重后果，因此短路电流限制技术显得尤为重要。
2. 直流系统短路电流的概念直流系统短路电流指在系统短路状态下，电流的最大值。
它与系统的电压、电阻、电抗等参数有关。
短路电流的大小决定了系统的故障电流容量和设备的选型。
3. 直流系统短路电流的计算方法直流系统短路电流的计算可以通过理论计算和实测两种方法进行。
3.1 理论计算方法理论计算方法是根据系统的拓扑结构和参数进行计算。
常用的计算方法有短路电流对称分量法、短路阻抗法和有限电流法等。
这些方法基于电路分析原理，可以较为准确地计算出短路电流的数值。
3.2 实测方法实测方法是通过在现场进行电流测量来获取短路电流的数值。
这种方法适用于已建成的系统或无法通过理论计算得到准确结果的情况下。
实测方法可以采用直接测量法、电压法和电流互感器法等。
4. 直流系统短路电流限制技术为了限制直流系统短路电流的大小，保护设备和确保系统的正常运行，人们提出了一系列的短路电流限制技术。
4.1 装置容性限流技术装置容性限流技术通过在系统中引入适当的容性元件来限制短路电流。
这些容性元件在正常运行状态下呈高阻抗，而在系统短路时则呈低阻抗，从而限制短路电流的大小。
4.2 电流限制器技术电流限制器技术是一种主动控制技术，通过在系统中引入可控的电流限制器来限制短路电流。
电流限制器可以根据系统的需求主动调节阻抗，从而实现短路电流的有效限制。
4.3 智能保护技术智能保护技术是一种集成化的短路电流限制技术，通过智能保护装置对系统进行实时监测和控制，实现对短路电流的快速响应和精确限制。
过电流保护 措施
过电流保护措施概述过电流保护是指在电路中出现过电流时，通过采取一系列的措施，保护电路免受电流过载的损害。
过电流可能由于各种原因引起，包括短路、过载、故障和雷击等。
正确采取过电流保护措施可以保证电路的安全运行并延长设备的使用寿命。
过电流保护原理过电流保护的基本原理是在电路中引入保护装置，一旦电流超过设定的阈值，保护装置就会触发并切断电路或采取其他措施来降低电流。
常用的过电流保护装置有熔断器、电流限制器和过流继电器等。
这些装置可以在电路中进行监测，一旦检测到电流异常，就会立即采取措施保护电路。
过电流保护措施1.熔断器：熔断器是最常见的过电流保护装置之一。
它由一根金属丝组成，当电流超过丝的额定电流时，丝就会瞬间熔断，切断电路。
熔断器的选择应根据电路的额定电流和短路电流来确定。
2.电流限制器：电流限制器是一种电子器件，它可以限制电流通过电路。
电流限制器能够监测电流变化，并在电流超过设定值时降低电路的电阻来限制电流。
电流限制器通常与熔断器或断路器配合使用，以提供更可靠的过电流保护。
3.过流继电器：过流继电器是一种自动开关设备，可以检测并保护电路免受过电流损害。
过流继电器可以根据设定的电流阈值进行动态调整，一旦电流超过阈值，继电器将切断电路。
过流继电器通常用于对电机、变压器和发电机等设备进行过电流保护。
4.差动保护：差动保护是一种常用的电路保护措施，它可以保护免受电流远离理想状态造成的伤害。
差动保护通常是通过比较电流的流入和流出来进行的，如果差值超过设定的阈值，保护装置就会触发并切断电路。
5.整流器保护：整流器常常面临过电流和过电压的威胁，因此需要采取一系列的保护措施。
过电流保护电路通常包括过电流保险丝、过电压保护二极管和过载保护电阻等。
这些保护措施可以保证整流器在故障时能够安全运行。
总结过电流保护是保护电路免受电流过载损害的重要手段。
通过合理选择和使用过电流保护装置，可以确保电路的安全运行。
常用的过电流保护装置包括熔断器、电流限制器、过流继电器、差动保护和整流器保护等。
第七章继电保护自动装置与二次回路
当电气设备发生故障时，能自动、迅速、有选择地将故 障元件（主变、线路）从电力系统切除，避免故障元件 继续遭到破坏，使非故障元件迅速弧腹正常运行，将事 故尽可能限制在最小范围内。
出现不正常运行状态时，发出报警信号，避免事故发生 。
二、继电保护的基本要求 电气设备发生短路时，产生很大的短路电流;电网电压
4.灵敏性
继电保护动作的灵敏性是指继电保护装置对其保护范围 内故障的反应能力，即继电保护装置对被保护设备可能发生 的故障和不正常运行方式应能灵敏地感受和灵敏地反映。
上、下级保护之间灵敏性必须配合，这也是保证选择性的条 件之一。
主保护、后备保护
主保护：反应被保护元件自身的故障并以尽可能短的 延时，有选择性地切除故障的保护称为主保护。
动机自启动引起的过负荷、油浸变压器油箱漏油造成 油面降低
二、电力变压器保护设置要求
变压器应装设以下保护：
1.电流速断保护：10000KVA以下，过流时间大于0.5 秒，3—10KV配电变压器。
2.瓦斯保护：油浸式，800KVA及以上，室内400KVA 及以上，反应油箱内和油面降低。
3.纵差动保护：l0O00kVA及以上、630OkVA及以上 的并列运行变压器，2000KVA以上电流速断灵敏度不 够
后备保护：当主保护拒动时起作用，从而动作于相应 断路器以切除故障元件。分为近后备保护和远后备保 护。
近后备保护：当主保护拒动时，由本电力设备或线路 的另一套保护来实现后备的保护。
远后备保护：当主保护或断路器拒动时，由相邻电力 设备或线路的保护来实现的后备保护。
四、常用继电器介绍
继电器是一种在其输入物理量（电气量或非电量）达 到规定值时，其电气输出电路被接通和分断的自动装 置。
基于“快速开关+限流电抗器”的零损耗深度限流装置缺陷剖析
基于“快速开关 +限流电抗器”的零损耗深度限流装置缺陷剖析摘要：本文依据现行国家标准、国际标准、国家实验室数据及仿真手段剖析了基于“快速开关+限流电抗器”的零损耗深度限流装置，在短路事故中存在的技术缺陷而带来的风险，并指出快速开关的正确选择方法；同时指出该类装置不属真正意义的短路（故障）电流限制器；文中也指出了容易被误解的断路器的分闸时间、燃弧时间和开断时间等定义。
关键词: 短路快速开关选择限流电抗器故障电流限制器深度限流缺陷Defect Analysis of Zero Loss Depth Current Limiting Device Based on "Quick Switch &Current Limiting ReactorQin HanGuangxi Huayin Aluminum Co., LTD., Debao, Guangxi 533700AbstractAccording to the current national standards, international standards, national laboratory data and simulation methods, this paper analyzes the technical defects of zero loss depth current limiting device based on "quick switch & current limiting reactor" in short circuit accident, and points out the correct selection method of quick switch. It is also pointed out that this kind of device is not a real short circuit current limiter. The definitions of opening time, burning time and opening time of circuit breaker which are easily misunderstood are also pointed out.Key words: Short circuit Quick switch Selective current limiting reactor Fault current limiter Depth current limiting Defect1 引言自2010年以来,我国在中压(6.6kV~40.5kV)配电领域,出现了采用“快速开关+限流电抗器”的“零损耗深度限流装置”,该类装置由于快速开关动作到限流电抗器投入过程存在着换流时间，这个时间往往大于事故电流的第一波峰甚至第二波峰的发生时间，强大的事故电流在换流前就已经使设备承受强大的电磁力了，在其量值远大于配电系统中设备的额定峰值耐受电流时，设备会发生机械损伤,造成故障扩大。