配電線路故障分析及智能裝置診斷研究

陳燁 袁君

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201722137

摘要：配電網(wǎng)處于電力系統(tǒng)的末端，是直接向廣大電力用戶分配電能的網(wǎng)絡(luò)，是電力系統(tǒng)中與客戶直接相聯(lián)系的一環(huán)，對整個系統(tǒng)的供電可靠性影響巨大。電力線路的故障大致可分為瞬時性故障和永久性故障兩大類。其中瞬時性故障占絕大多數(shù)。本文主要對配電線路短路故障、配電線路短線故障、電纜故障進行了分析，并對配電線路智能裝置診斷裝置設(shè)計進行了闡述。

關(guān)鍵詞：配電線路；故障；智能裝置；診斷

1 配電線路的簡介

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)，直接與電力用戶相聯(lián)系，因此，配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行與廣大人民群眾息息相關(guān)。配電網(wǎng)遍布城市、農(nóng)村，其線路主要由架空裸導(dǎo)線、架空絕緣導(dǎo)線和電纜線路組成。目前，城市配電網(wǎng)的趨勢是盡量采用電纜或架空絕緣導(dǎo)線，而農(nóng)村大多數(shù)采用架空裸導(dǎo)線。在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面，配電網(wǎng)目前分為三種，即輻射狀網(wǎng)、樹狀網(wǎng)和環(huán)狀網(wǎng)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

配電網(wǎng)是電力生產(chǎn)和供用電的最后一個環(huán)節(jié)，直接與各種用戶相關(guān)聯(lián)，也是保證對用戶安全、穩(wěn)定、連續(xù)供電的一個重要環(huán)節(jié)。但是與輸電網(wǎng)相比，由于配電網(wǎng)的絕緣水平較低，運行環(huán)境惡劣，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各種防護措施不完善等因素的影響，使得配電網(wǎng)故障率居高不下，極大地影響了配電網(wǎng)的供電可靠性。

2 配電線路短路故障分析

在配電網(wǎng)中，由于短路造成的線路故障占到總故障的70%以上，嚴重影響輸配電線路的安全。所謂的配電系統(tǒng)中的短路，是指相導(dǎo)體之間或相導(dǎo)體與地之間在沒有負載阻抗的情況下而直接的連接，造成輸配電線路中的某一部分電氣過載而遭到破壞。常見的導(dǎo)致輸電線路短路的原因有以下幾個方面：

（1）雷擊或高電位入侵。由于電氣設(shè)備的絕緣都有一定的介電強度，也就是絕緣耐壓值。如果超過絕緣耐壓值的極限，絕緣系統(tǒng)將會被擊穿，造成電氣設(shè)備過電壓，形成短路。

（2）元件損壞。主要是由于設(shè)備絕緣件的老化、設(shè)計安裝不合理等原因，造成元件遭受到較大電壓，形成短路。

（3）氣象條件惡化。如架空線路遭受到冰雪、大風等因素的影響，造成電桿倒塌的危險等。

（4）人為事故。如運維人員帶負荷拉閘、檢修完畢未及時拆除接地線等。

（5）動植物造成的短路。如藻類植物生長連接減小了絕緣體之間的距離，小鳥兩只腳站在相導(dǎo)體之間等，都可以引起輸電線路短路。

3 配電線路斷線故障分析

現(xiàn)如今，我國的配電網(wǎng)大多采用絕緣導(dǎo)線架空來進行電路傳輸，采用該方式輸送電，可以有效減少因為“線樹矛盾”造成的各種輸電線路故障的問題。另外，與埋地電纜相比，可以節(jié)約道路開挖等施工，節(jié)約成本。但是，采用絕緣導(dǎo)線架空進行輸電線路傳輸容易出現(xiàn)雷擊斷線事故。特別是現(xiàn)如今的輸電線路輸電壓較大、輸電線路長，甚至會影響到配電線路的安全運營。

4 電纜線路的故障分析

電纜在工作期間，可能會遭受到外力、電力輸送過載等影響，造成芯線和絕緣遭受到不同程度的損傷，從而造成電纜線路故障。具體來說，有以下幾種故障。

（1）低阻故障，即低電阻接地或短路故障。電纜一芯或者數(shù)芯對地絕緣電阻或芯與芯之間的絕緣電阻低于10 Zc（ Zc為電纜特性阻抗，一般不超過40Ω）時，而導(dǎo)體連續(xù)性良好者稱為低阻故障。一般常見的低阻故障有單相接地、兩相短路或接地等。

（2）高阻故障，即高電阻接地或短路故障。電纜一芯或數(shù)芯對地絕緣電阻或芯與芯之間的絕緣電阻低于正常值很多，但高于10 Zc，而導(dǎo)體連續(xù)性良好者稱為高阻故障。一般常見的高阻故障有單相接地、兩相短路或接地等。

（3）斷線故障。電纜各芯絕緣均良好，但有一芯或數(shù)芯導(dǎo)體不連續(xù)。

（4）斷線并接地或短路故障。電纜有一芯或數(shù)芯導(dǎo)體不連續(xù)，經(jīng)過（高或低）電阻接地或短路。

（5）閃絡(luò)故障。在電壓達到某一數(shù)值時，電纜相間或相對地閃絡(luò)擊穿，當電壓降低時擊穿停止。有時即使再提高電壓，也不會出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，而經(jīng)過一段時間后又會發(fā)生。

電纜線路的故障類型是多種多樣的，而致使電纜線路發(fā)生故障的原因也是多方面的。常見的主要原因有機械損傷、絕緣受潮、絕緣老化、過電壓、過熱、產(chǎn)品質(zhì)量缺陷以及設(shè)計不良等。

5 配電線路智能裝置診斷裝置設(shè)計

自動重合閘裝置在輸電線路的安全運營過程中有著十分重要的影響。但是，由于各種原因的制約，常常會出現(xiàn)自動重合閘盲目跳閘的情況，甚至會影響到故障的判斷。另外，當自動重合閘跳閘后，如果沒有及時合閘，甚至會給電力系統(tǒng)造成更加嚴重的危害。

針對這一現(xiàn)象，研發(fā)一種能正確識別線路故障類型的故障智能診斷裝置顯得十分有必要。通過該裝置的啟動，可以自動識別線路故障，以確定是否自動合閘，減少自動合閘的盲目性。

故障智能診斷裝置可以劃分為控制模塊、線路狀態(tài)傳感器模塊和人機交互模塊三個部分?？刂颇K主要用于對外部接受到的信號進行處理和分析，并且將處理好的信號及時通過傳感器模塊傳遞出去；傳感器模塊主要用于線路故障參數(shù)進行采集，并進行信息的傳遞；人機交互模塊用于實現(xiàn)人機交互對話，完成人機信息傳遞。

故障智能診斷裝置的工作原理是：當配電線路發(fā)生故障，故障智能診斷裝置將故障信息通過傳感器模塊傳輸?shù)娇刂颇K。控制模塊接收到斷路器分閘回路的跳閘信號后，斷路器合閘回路閉鎖，并快速處理傳感器發(fā)送回來的故障參數(shù)，判斷故障類型，確定是永久性故障還是瞬時性故障，以確定是否重新合閘。如果是永久性故障，控制模塊發(fā)出重合信號，傳感器將信號傳輸給斷路器，斷路器合閘回路閉鎖，線路恢復(fù)正常；若為永久性故障，斷路器停止工作，并將相關(guān)報警信息反饋給運維人員。運維人員接收到系統(tǒng)的線路故障后，立即現(xiàn)場查看，解決線路故障。在每次故障處理完畢后，故障智能診斷裝置將會記錄故障相關(guān)內(nèi)容，生成故障處理日志，以便日后調(diào)用、查閱和分析。故障智能診斷裝置具體的工作流程見圖2所示。

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6 總結(jié)

配電線路發(fā)生故障后，應(yīng)當及時、快速的處理，將故障風險降至最低，恢復(fù)供電能力。從本文的研究看出，通過增加故障智能診斷裝置，可以智能識別配電線路故障發(fā)生的原因，以決定是否進一步處理。通過故障智能診斷裝置，不僅僅可以提高識別故障的能力，還能提升配電網(wǎng)安全性和穩(wěn)定性，避免因為故障停電而造成巨大的經(jīng)濟損失。

參考文獻：

[1]沈海濱，陳維江，王頌虞，等.10kV架空線路雷擊斷線故障的模擬試驗研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011（01）：117121.

[2]高友權(quán).配電系統(tǒng)繼電保護.北京：中國電力出版社，2005.