大型氯碱企业防止电气设备发生短路事故的措施

王文武

(锦西化工研究院有限公司，辽宁 葫芦岛 125000)

随着大型氯碱企业用电量的逐步增加，电气设备的安全将成为企业安全稳定运行的重要因素。因此，应从设计、设备、安装、验收、管理等方面采取综合防范措施，防止电气设备发生短路事故，确保电网的安全运行，保证氯碱企业生产的平稳运行。

电力系统的短路故障，是在运行中相与相之间或相与地之间发生不通过负荷的导体接触，此时故障点的阻抗很小，导致故障点电流瞬时升高，造成发热或烧毁，而短路故障点以前的电压下降很多，严重影响电力系统的安全运行。

在电气运行实践中，短路故障主要有三相短路、两相短路、单相对地短路和两相对地短路这4种类型。在35 kV电压以上的系统中，单相对地短路故障最多；在35 kV电压及以下的系统中，相间短路故障发生的比较多。

发生短路故障时，由于回路阻抗减小，使得短路回路中的电流大大增加，甚至超过回路额定电流的许多倍。短路电流会产生大量的热量和电磁力，会损毁设备；电弧会烧毁元件，甚至能引起重大火灾，危及生命安全。

1 电气设备发生短路的原因[1]

(1)电气设备的绝缘由于磨损、受潮、腐蚀、鼠咬以及老化等原因而失去绝缘能力。

(2)设备长年失修，导体支持绝缘物损坏或包裹的绝缘材料失效、脱落或开关缺灭弧罩。

(3)绝缘导线受外力作用损伤，如导线被重物压轧或被工具等损伤。

(4)架空裸导线的弛度过大，风吹造成混线；线路架设得过低，搬运物件时不慎碰上导线，以及导线与树枝相碰等。

(5)检修不慎或错误操作造成人为短路。

2 短路电流引起的严重后果

(1)短路电流通过导体，巨大的短路电流热效应使电气设备过热，绝缘受到损伤，甚至烧毁电气线路和设备，引起火灾。

(2)短路电流将使导体间产生很大的电动力，若设备构架不够坚韧，则可能引起电气设备机械变形,甚至损坏，使事故进一步扩大。

(3)短路时系统电压突然下降，将造成电动机转速降低甚至停止运转，影响照明负荷的正常工作，也可能导致工厂的产品报废或设备损坏。

(4)当系统发生不对称短路时，不对称短路电流的磁效应所产生的磁通量足够在邻近的电路内感应出很大的电动势。这可能对附近的通讯线路、铁路讯号系统及其他电子设备、自动控制系统产生强烈干扰。

(5)短路时引起继电保护动作，造成停电事故，给国民经济带来损失，并且短路位置越靠近电源，停电影响的范围越大。

(6)短路时的电压下降还可能使并列运行的各发电厂之间失去同步，破坏系统稳定，最终造成系统瓦解，形成地区性或区域性大面积停电。短路时电压下降得愈大、持续时间愈长，破坏整个电力系统稳定运行的可能性愈大。

3 在设计方面限制短路的措施

为了减轻短路造成的危害，确保系统安全可靠运行，在运行维护中应设法消除可能引起短路的一切原因，并应设置快速的继电保护装置，尽快地切除短路故障，使系统电压迅速恢复到正常值。因此，可采用快速动作的继电保护和断路器，为发电机装设自动调节励磁装置，可瞬时稳定短路时的系统电压。

采用如下限制短路电流的措施，可有效地减少短路电流。

(1)合理选择电气主接线的形式或运行方式，以增大系统阻抗，减小短路电流值。

(2)加装限电流电抗器，把电流限制在一定范围内。

(3)采用分裂低压绕阻变压器，增加短路时的阻抗，限制短路电流。

4 在安装方面防止短路的措施

(1)电气设备的安装应严格按要求施工，不同场合应选用不同类型的电气设备和安装方式。

(2)室外变电站应安装避雷针进行保护，在变压器附近线路上应安装避雷器，以减少雷击损害引起的短路放电故障。

(3)保证架空线路施工质量，防止电线间距太小、档距过大、电线松驰而造成导线相碰。架空线的支持绝缘子要保证足够的耐压强度，否则会引起线路对地短路。

(4)带电安装和检修电气设备时注意力要集中，防止误接线，误操作；在与带电部位距离较近的部位工作时，要采取防止短路的措施。

(5)电缆沟敷设电缆必须考虑防积水和防鼠害措施。

(6)穿墙或穿越楼板的导线应用瓷管或硬塑料管保护，以免导线绝缘遭到损坏。

5 在设备管理和维护方面防止短路的措施

(1)加强管理，堵好进出电缆空洞，窗户加装钢丝网，门口安装防鼠板，防止小动物进入配电室爬上电气设备造成事故。

(2)设计好防止导电粉尘进入电气设备的措施，并及时清除电气设备上的导电粉尘，防止电气设备绝缘降低引起的对地放电短路事故。

(3)在电缆埋设处设置电缆标记桩，标明埋设深度和方向。若有人在附近动土施工，须派专人看护，并向施工人员说明电缆敷设位置，以防电缆被破坏而引发短路。

(4)运行维护人员应认真学习电气规程，严格遵守规章制度，正确操作电气设备，避免违章操作引起的短路事故。

(5)线路施工时，维护人员工作完毕，应立即拆除接地线，送电前要检测相间绝缘和对地绝缘。

(6)要经常对线路、设备进行巡视检查，要考虑到线路的防湿、防热、防腐，避免绝缘层损坏，发现缺陷及时检修。

(7)定期检查电气设备的绝缘情况，发现问题及时处理。

6 预防短路事故应做好的实际工作

6.1 降低设备内部故障引起短路事故的措施

6.1.1 防止电流互感器CT、电压互感器PT等设备击穿短路烧毁故障的措施

(1)设计单位对CT和PT的选型应采用绝缘加强型(增加爬距)；电气设备厂须选择有生产许可证和入网证且质量可靠的CT、PT 厂家；使用单位应从安全可靠运行方面进行考虑，选择高质量的电气产品。

(2)加强对电气设备的预防性试验，严格按周期进行试验，并对检验出的缺陷及时处理；建立电气设备台账，对于临近或超出使用年限的PT、CT立即检修更换。

(3)进行预防性试验时，应做到不漏项、不超期，严格按标准值试验；检修电气设备时，坚持“到期必修”“修必修好”的原则；保证投入设备维护、试验的费用充足，保证设备的安全运行和连续生产。

(4)在雷雨季节或潮湿天气下，应关闭电气设备室的门窗，减少进入室内的潮湿空气，配电室内应加装除湿器，防止露闪和湿闪事故；在污闪季节来临之前，有必要进行一次电气设备清扫，防止污闪事故。

(5)尽可能少用或不用老旧电气设备，如果使用利旧的电气设备，为保证运行安全，旧的电气设备在接入电源时其进线柜的设备，包括计量设备应使用新的。

(6)检查核对各级主要断路器的遮断容量数值，发现遮断容量不足的开关应安排更换。

6.1.2 防止配电变压器过载、短路故障的措施

(1)设计配电变压器的容量时应留有足够的裕度，并对配电馈线柜的变压器的保护增设过载保护，先报警，后切除三级负荷。

(2) 值班电工做好日常巡视工作，按期测试负荷电流，巡视设备是否正常，测量绝缘是否良好。禁止变压器长期超载运行，负荷超过120%时应立即停止运行。

(3) 800 kV·A及以上油浸式变压器须投瓦斯保护，轻瓦投报警，重瓦投跳闸。

6.1.3 防止小动物进入配电室造成设备短路故障的措施

(1)设计单位应选择全封闭式配电柜柜型。设计配电室时，要对窗、门、孔、洞的封闭或堵塞提出要求，并说明做法。

(2)配电柜的安装要精密细致，进出线孔要用防火泥密堵。

(3)抢修部门抢修完毕后，进出线孔要及时恢复至密堵状态。

(4)对配电室进行检查和验收时，应严格把关。配电室不允许留有孔洞，要求门窗缝隙及通风网孔不能超过10 mm×10 mm。

6.1.4 防止电缆故障的措施

(1)提高电缆头(中间接头)的制作技术和工艺，做好交接试验，定期进行预防性试验。

(2)选择带铅铠电缆，电缆过马路须加套钢管；电缆通道、盖板应设固定标记，盖板应坚固。

6.2 提高电气设备继电保护的可靠性、速动性应采取的措施

(1)进(出)线柜保护选型应采用电子式综合保护，提高保护的速动性，并且应与变电站微机保护有效配合。

(2)在无法兼顾速动性和选择性的情况下，为了快速切除故障，应考虑确保达到速动性，进线柜的过流保护建议采用 0.1～0.2 s动作。

(3)设计单位设计保护时，应配信号继电器(过流、速断指示)和报警器，以便提前处理和查找故障。

(4)严格按规定对继电保护装置进行周期性调试和检验。

6.3 预防绝缘层缺陷出现短路故障的措施

造成设备或线路的绝缘层失去绝缘能力的原因有很多，比如磨损、鼠咬、潮湿、陈旧、老化等；加上日常运行过程中，电气管理人员对电气设备检修没有予以高度重视，导致设备常年失修的情况时有发生，这些都是造成绝缘层出现问题的重要原因。此外，外力作用也会对绝缘层产生重要影响。

预防绝缘层缺陷造成短路故障的措施如下。

(1)在进行电气设备安装时，技术人员需要始终保持严谨的态度，确保设备安装及线路布置的科学性、准确性，合理规避因机械损伤而造成电气设备短路。

(2)安装电气设备时，防尘、防潮、防腐、防风等都是必须要考虑的环境因素。

(3)为了预防因突然停电造成火灾事故的发生，供电系统最好使用双电源，且能够实现自动切换。

(4)在各个电气设备外面加装金属壳是有效预防设备出现短路的重要举措。

(5)为了有效预防碰壳接地时容易发生的短路故障，在安装电气设备时，还需要严格遵循相关的标准做好接零或者接地工作，这样做不仅能够有效实现快速关闭电源的功能，还能够对由于短路带来的高热、高温起到一定的预防作用。

6.4 预防导线升温出现短路故障的措施

当负荷的实际容量过高就容易诱发导线温度过高，如果电气设备的负荷电流值有着较大的差异或者导线界面过细都会使设备温度陡然升高，引起绝缘破坏，造成短路事故。

预防导线升温出现短路故障的措施如下。

(1)选择合适的保护测量和信号报警装置是保护电气设备并延缓导线升温的重要措施。当电气设备及线路出现异常或者负荷过大时，这些保护设备和信号装置就可以精准、及时地切断出现异常的设备和线路，同时发出警报对相关操作人员作出提醒。

(2)对负荷较大的断路器和隔离开关采用无线测温装置进行测温，当监控触头的运行温度超过允许温度时，及时安排电气维修人员进行检修。

(3)对负荷较大的电力电缆进行定期的温度检测，如用红外线测温仪定期进行温度检测，对温度较高的电缆回路进行相应的处理。

7 预防电弧、电火花引起短路故障的措施

导致电火花、电弧故障产生的原因主要如下。

(1)导线出现断裂或者绝缘损坏都可能导致电气设备发生短路，从而形成较强的电弧。

(2)裸线的弧度较大，一旦遇到大风极易发生混线，从而导致电弧的产生。

(3)导体接头出现松动时，接触电阻过大，导致大电流产生，形成电弧或者火花。

(4)违规操作，出现人为短路状况。比如带负荷拉隔离开关，故障尚未消除便合闸、带电作业等。

(5)刀闸熔丝熔断时导致火花出现。

在电气设备日常运行过程中，应做好相关的防火措施，对于易产生火花、电弧的设备，尽可能远离火灾危险区，如果必须要靠近火源，则应使用防火规格较高的电缆和导线。

8 提高维修电工的维护和操作能力

(1)电控设备厂的配电柜应提供开关柜操作说明书，不同柜型各配一份。电力安装单位在送电前，应传授用户电工开关操作送电技术。

(2)在培训电工时，应加强高压开关实际操作学习、训练和考试。

(3)指导电工提高维护和操作水平，严格按照“两票三制”规定操作，制定操作程序并上墙。

(4)凡有可能引起高压电气设备误操作事故的设备，均应装设防误操作装置。

(5)要做好基础设备的日常运行、维护、管理工作，尽最大努力减少故障出现的次数。

(6)运用先进、系统、科学的管控措施对电气设备加强管理，从而将电气设备有效连接到一个相对综合性的自动控制平台上，并将其作为一个整体进行监控。

9 其他应注意的问题

(1)设计单位在设计时，开关柜后面应按要求留有足够的维修通道，便于检修。

(2)电气设备厂集装式高压开关柜的后面板应设置为可解开固定模式，便于日后抢修。

(3)电力安装单位安装时，对新装的低压配电柜也要进行绝缘试验，尤其是封闭式母线槽(柜)。竣工后要交代用户在送电前不能动用设备，配电室要专人管理且上锁。

(4)配电室应配齐绝缘手套、验电器、接地线、标示牌、应急灯等绝缘操作和抢修必备工具，且按周期试验和妥善保管，便于抢修时使用，缩短抢修时间。

(5)对电气设备有效划分出不同的级别，设备故障出现的次数及维修难易程度也是划分级别的重要依据，应根据级别对电气设备的异常情况进行逐一分析和处理。