電力系統故障——原因及影響

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在電氣工程和電力系統領域，故障是指可能導致電路損壞的異常情況。因此，故障只不過是電力系統中的缺陷。

當電力系統發生故障時，我們需要一個“電力系統保護”方案來將故障部分與健康部分隔離。

在本文中，我們將學習電力系統故障的基本定義、主要原因和影響。因此，讓我們從電力系統中電氣故障的基本定義開始。

什麼是電力系統故障？

在電力系統中，故障是指電路中發生的缺陷或異常情況，可能導致電路損壞。

當電力系統發生故障時，電路中可能出現任何異常的電流流動。例如，短路是一種常見的電氣故障，它是一條電阻很低的不希望出現的路徑，繞過了正常的負載電路。

另一方面，“開路”是電力系統中發生的另一種常見故障。當電路中斷或出現間隙時，就會發生開路故障。

在實際的電力系統中，會發生幾種不同型別的故障，例如三相故障、接地或接地故障、線間故障等。

在電力系統中，電氣保護裝置用於檢測故障情況並開啟斷路器，以限制由於異常電流流動造成的損失。

下圖描述了配電線路中的單相接地短路故障。

電力系統故障的原因

在電力系統中，故障可能由於多種原因發生。下面解釋了一些導致電力系統發生故障的常見原因。

絕緣失效

絕緣失效是導致電力系統發生故障的主要原因之一。以下是導致絕緣失效的一些主要原因：

• 絕緣過應力
• 絕緣隨著時間的推移而退化
• 腐蝕性蒸汽
• 過熱或過冷條件
• 潮溼和灰塵
• 振動等。

為了防止因絕緣失效引起的故障，會進行不同的維護測試來評估絕緣質量，並在需要時更換絕緣。

短路

短路是指一條電阻非常低的非期望路徑，允許非常大的電流流過它，並導致過熱和電氣火災。

短路是可能損壞電力系統裝置的危險情況之一。

當電網發生短路時，通常會看到以下後果：

• 導體過熱
• 電氣火災或爆炸
• 電路損壞等。

過電壓情況

當電力系統電路中的電壓超過其最大規定限值時，則稱為過電壓。

過電壓情況可能非常危險，具體取決於其持續時間。因為它可能導致絕緣擊穿、過大電流流動、過熱、電氣火災或爆炸等。

過電壓情況的主要原因是：

• 雷擊浪湧
• 操作過電壓
• 外部導電物體
• 電氣諧振
• 工業誘導衝擊電壓等。

粉塵顆粒

一層灰塵顆粒粘附在絕緣子的表面，降低了絕緣強度，可能導致電力系統發生短路。

因導線斷裂引起的故障

當線路導線斷裂時，會出現開路情況，這是一種電力系統故障。如果斷裂的導線掉落在地面上，就會導致短路或接地故障。

在大多數實際情況下，因導線斷裂引起的故障會導致兩相之間、一相與地之間或兩相與地之間發生短路故障。當發生此故障時，會發生閃絡。

導致因導線斷裂引起的故障的主要原因是：

• 由於環境因素、人工操作、樹木倒塌、車輛事故等造成的物理損壞
• 由於過載電流流動引起的過熱
• 由於振動、彎曲等引起的機械應力
• 導體老化等。

其他故障原因

除了上述原因外，電力系統故障也可能由於以下原因發生：

• 由於動物和鳥類干擾/接觸電線引起的短路
• 電氣裝置故障
• 電力系統執行和維護工作中的人為錯誤
• 積雪、風暴和地震等。

根據以上討論，我們可以列出電力系統故障的主要原因，以便快速複習，如下所示：

• 絕緣失效
• 導電路徑失效
• 過電壓情況
• 絕緣子上沉積灰塵顆粒
• 動物或鳥類接觸線路
• 樹木倒在電線上
• 導線斷裂
• 直擊雷
• 電力線路異常負荷
• 機械損壞
• 電力系統中使用的材料質量差
• 環境原因，如地震、風暴、高溫、結冰或積雪等。

電力系統故障的影響

在電力系統中，故障會產生多種影響，這些影響會影響整個系統的可靠性、穩定性、效率和安全性。以下是電力系統故障的一些主要影響或後果：

• 短路或過電壓等故障會損壞系統中連線的裝置。
• 故障可能導致電弧、電氣火災或爆炸。
• 故障也可能導致電壓不穩定或電壓波動。
• 由於故障，電力系統中可能會出現過電壓或低電壓情況。
• 故障會導致供電中斷和停電。
• 故障還會導致高維護成本和停機時間增加。

這些是在電力系統故障情況下常見的一些主要影響。

減少電力系統故障影響

電力系統故障是非期望的情況，會增加維護成本，增加停機時間，並降低電力系統的可靠性和穩定性。因此，必須採取措施來最大程度地減少故障發生的可能性。這裡列出了一些我們應該實施的關鍵措施，以最大程度地減少電力系統故障的影響：

• 我們必須使用高質量的材料和裝置。
• 我們必須實施一個高效的保護系統。
• 我們必須定期對系統進行維護和測試。
• 我們必須持續監控電力系統是否存在故障。
• 我們不能過載電力線路。
• 實施智慧電網技術和先進的保護裝置。
• 我們應該實施自動故障檢測隔離系統，將故障部分與其餘的健康系統隔離開。
• 我們應該嘗試同步電力系統的所有元件，以維持電力系統的穩定性。

透過遵循這些一些常見的做法，我們可以顯著減少電力系統故障的影響。

結論

在本文中，我們詳細解釋了電力系統中不同型別的故障及其影響。在這裡，我們介紹了電力系統故障的基本含義，以及其主要原因、影響和減少影響的措施。

總之，我們可以說故障是影響電力系統穩定性、可靠性和安全性的異常電路情況。因此，建議實施適當的保護系統和維護措施，以最大程度地減少故障及其對系統及其元件的影響的可能性。

與電力系統故障相關的常見問題

以下是與電力系統故障相關的一些常見問題及其答案。

1. 電氣故障的 4 種類型是什麼？

以下是電力系統中發生的 4 種主要型別的電氣故障：

短路故障 - 當兩根導體連線在一起，形成一條阻抗非常低的不希望出現的路徑，並導致過大的電流流動或繞過正常的負載電路時，則稱為短路故障。

開路故障 - 當電路中存在斷路或中斷，阻止電流流動時，稱為開路故障。

接地故障 - 當帶電線路導體與大地或地面接觸，並導致短路或從導體到地面的大電流流動時，則稱為接地故障。

線間故障 - 當輸電或配電線路的兩根導線相互接觸並導致短路時，稱為線間故障。

2. 相間故障是什麼？

在三相或多相電力系統中，當兩根相導體相互接觸並導致短路時，則稱為相間故障。這種故障是三相電力系統中非常常見的故障。導致這種故障的主要原因是絕緣失效或裝置故障。

3. 故障的示例是什麼？

當導線斷裂並與地面接觸時，是電力系統故障的一個常見示例。

4. 什麼是瞬態故障？

瞬態故障是一種臨時故障，當雷擊或開關浪湧進入系統時發生。這種故障能夠在短時間內自動恢復。

5. 什麼是饋線故障？

饋線是連線電源（如變電站）到配電網路的導體。當饋線出現任何異常情況，例如開路、短路等，則稱為饋線故障。