低壓線路故障查找及線路保護系統(tǒng)的研究

丁 正 勝

(安徽宿松供電公司, 安徽 宿松 246500)

0 引 言

在三相四線制低壓供電系統(tǒng)中,中性線斷線是一種常見故障(如輸電線路中性線被竊賊盜割或大風(fēng)刮斷;施工機械違章操作,導(dǎo)致中性線被掛斷;三相不平衡,導(dǎo)致中性線線路過流,進而發(fā)展為中性線過熱熔斷),而配電負(fù)荷大部分為單相負(fù)荷,因用戶電器的啟停具有很大的不確定性,所以難以做到三相負(fù)荷完全平衡,同時在負(fù)荷較重的情況下供電距離較遠(yuǎn)的供電區(qū)域還易出現(xiàn)末端低電壓現(xiàn)象。以上這些都是低壓線路的異常情況。

當(dāng)發(fā)生中性線斷線時,中性點向重負(fù)荷相產(chǎn)生位移,使相電壓降低,而輕負(fù)荷相電壓升高。三相負(fù)荷不平衡度越嚴(yán)重,中性點位移量越大,負(fù)荷側(cè)相電壓越不對稱,電壓畸變越嚴(yán)重,一旦中性點位移偏大,不可避免地引發(fā)過電壓燒毀用戶電器的事故。一旦人體接觸這些電氣設(shè)備外殼,會造成觸電傷亡事故。

1 農(nóng)村用電質(zhì)量問題

在低壓380 V三相四線制農(nóng)村電網(wǎng)系統(tǒng)中,故障查找是個難題。目前,當(dāng)農(nóng)村低壓電網(wǎng)存在用電事故而導(dǎo)致被動停電時,供電所的人員一般等客戶打投訴電話時才知某臺區(qū)的低壓線路停電。如何提高農(nóng)村電網(wǎng)低壓臺區(qū)供電的可靠性,變被動查找為主動查找,降低客戶的投訴率,是農(nóng)村供電所的一個難題。

在低壓三相四線制的配電系統(tǒng)中,如果三相負(fù)荷平衡,中性線中的電流應(yīng)很小。但是,越來越多的現(xiàn)象正在顛覆這個傳統(tǒng)觀念。如某建筑物四周的廣告燈箱采用電子鎮(zhèn)流器的熒光燈照明,三相線路的負(fù)荷均衡,每相電流約為90 A,但是中性線電流達到160 A。這是由于整流電路導(dǎo)致的,這種電路從電網(wǎng)吸取的電流為脈沖狀。當(dāng)相線的電流波形為正弦波時,如果相差120°且幅度相同,在中性線上矢量疊加的結(jié)果為0;如果相線上的電流為脈沖狀且相差120°,則中性線上的脈沖電流相互錯開,無法抵消。如果整流電路的電流為脈沖狀且相差大于60°,就會在中線上發(fā)生重疊現(xiàn)象,中線上的一部分電流發(fā)生抵消,實際的中性線電流會小于1.7倍的相線電流。

同時,隨著農(nóng)村人民生活水平的提高,大量的家用電器普及,其中有許多使用整流電路的電器,以上分析的由于中性線過流問題而導(dǎo)致的斷零現(xiàn)象時有發(fā)生。且農(nóng)村地區(qū)為治理霧霾,引入煤改電的取暖方式后,這種現(xiàn)象將會越來越嚴(yán)重。

以上現(xiàn)象在農(nóng)村普遍存在,究其原因是農(nóng)村電網(wǎng)采用三相四線制公用變壓器供電方式。當(dāng)三相四線制的中性線因事故而斷開,而其余三相負(fù)荷不平衡時,將引起低壓各相電壓畸變,導(dǎo)致某相負(fù)載電壓升高,造成部分電氣設(shè)備燒毀,而這部分用電設(shè)備退出運行后,負(fù)荷更輕,相電壓更高,如此惡性循環(huán),直至該相負(fù)荷全部燒毀或退出運行。同時,中性線斷路點后側(cè)電氣設(shè)備外殼漏電,相當(dāng)于帶相電壓,一旦人體接觸這些電氣設(shè)備外殼,會造成觸電傷亡。

為杜絕此類事故發(fā)生,提高農(nóng)村低壓線路的故障查找水平,在10 kV配網(wǎng)智能架空線路故障查找系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,研發(fā)低壓線路故障查找及線路保護系統(tǒng),實現(xiàn)兩種狀態(tài)的故障報警與線路保護。

(1) 將農(nóng)村380 V低壓電網(wǎng)分成多個分支網(wǎng)狀系統(tǒng),當(dāng)某分支失電時裝置將發(fā)生報文發(fā)送到后臺主站系統(tǒng)(通知低壓臺區(qū)哪臺低壓分支停電),便于供電所的人員主動維修。

(2) 檢測到三相四線制供電系統(tǒng)中性線斷線后,在中性線斷線點后側(cè)自動投入臨時工作接地點,使三相電壓達到基本平衡,用戶電壓在用電設(shè)備額定范圍內(nèi),保證設(shè)備的正常運行和防止事故的進一步發(fā)展;檢測到斷零故障后及時動作,可使變壓器下的綜合配電箱跳閘,避免電器燒毀。同時,將故障信息發(fā)送到后臺的故障查找系統(tǒng),通知相關(guān)人員上門維修。當(dāng)供電所人員維修后,系統(tǒng)自動恢復(fù)原來的中性線供應(yīng)。

(3) 提供低壓線路末端電壓值的實時監(jiān)控和三相不平衡的告警,當(dāng)三相不平衡時可以報警,供電所人員根據(jù)此信息動態(tài)平衡線路負(fù)荷。

(4) 監(jiān)測末端電壓的低電壓狀況,為線路的低電壓治理提供依據(jù)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

低壓線路故障查找及線路保護系統(tǒng)由智能故障指示器、低壓故障指示及斷零保護裝置、物聯(lián)網(wǎng)云端系統(tǒng)以及相關(guān)的手機APP軟件組成。用戶主要依靠安裝在手機上的APP軟件獲得相關(guān)的設(shè)備信息,并對整個斷零保護系統(tǒng)進行參數(shù)的設(shè)置和更改。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

低壓線路故障查找及線路保護系統(tǒng)功能如下:

(1) 故障采集功能:實時監(jiān)控智能故障診斷裝置的上報報文,對接收到的故障報文進行解析,獲取故障數(shù)據(jù)。

(2) 實時故障點分析功能:線路發(fā)生失電故障和斷零故障時分析提示信息,極大地降低電網(wǎng)維護管理人員的工作量和勞動強度。

(3) 故障定位功能:基于低壓臺區(qū)電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),綜合各智能故障診斷裝置的故障數(shù)據(jù)、臺區(qū)出線開關(guān)、漏報開關(guān)的狀態(tài)信息,實現(xiàn)故障點的智能定位。

(4) 故障歷史信息分析功能:針對故障歷史記錄進行各種分析,如按線路、供電區(qū)、行業(yè)等進行統(tǒng)計。

(5) 設(shè)備管理功能:實現(xiàn)智能故障診斷裝置的管理,包括設(shè)備臺帳、安裝地點以及手機號碼等內(nèi)容的錄入、查詢、瀏覽等功能。

(6) 短信通知用電用戶功能:主站可以通過用電信息系統(tǒng),獲知低壓線路使用客戶的具體目錄,將故障停電信息發(fā)送給客戶。

3 工作原理

應(yīng)用低壓線路故障查找及線路保護系統(tǒng),需要在低壓線路上安裝低壓故障指示及斷零保護裝置DLB-I,如圖2所示。

(1) 失電判據(jù)。裝置DLB-I直接檢測相電壓,當(dāng)相電壓低或無相電壓時,可判斷該線路的相電壓失電。低壓故障指示及斷零保護裝置原理如圖3所示。

圖2 低壓故障指示及斷零保護裝置DLB-I

圖3 低壓故障指示及斷零保護裝置原理

(2) 斷零保護判據(jù)。裝置DLB-I中性線斷線故障時,由三相負(fù)載不平衡導(dǎo)致的各相電壓不平衡形成斷零保護判據(jù),在準(zhǔn)確判別故障后自動投入臨時工作接地線,臨時工作接地,并使三相電壓基本保持平衡,保證用戶設(shè)備正常工作。

該裝置同時將故障信息傳送至供電公司的故障查找物聯(lián)網(wǎng)云端上,故障查找系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)云端綜合判斷,將故障信息發(fā)送給相關(guān)檢修人員,提醒檢修人員查找故障點,以盡早排除故障,保證用電的安全性和提高供電可靠性,同時也可以將故障引起的停電信息發(fā)送給該條線路的用戶。

4 安裝位置

低壓線路故障查找及線路保護裝置安裝在農(nóng)村低壓線路分支線路的合適線桿上,前面任何位置斷中性線、失電時都能起到告警保護作用。

裝置安裝方式如圖4所示。

裝置安裝應(yīng)用現(xiàn)場如圖5所示。

5 系統(tǒng)應(yīng)用

運維人員用手機號登錄,可以實時得到所屬配電線路的運行情況,當(dāng)故障發(fā)生時獲知線路發(fā)生哪些故障(接地、短路)和哪些故障在哪些線路上發(fā)生。當(dāng)?shù)蛪壕€路沒有故障時,運維人員也會收到一些瞬間信號,提示要進行運行與維護。

圖4 裝置安裝方式

圖5 裝置安裝應(yīng)用現(xiàn)場

在低壓線路一側(cè),也能夠?qū)崟r得到線路的三相末端電壓等實時數(shù)據(jù)。用戶可以根據(jù)線路數(shù)值,配合換相開關(guān)等設(shè)備調(diào)整線路的負(fù)荷狀況,從而達到負(fù)載均衡和三相不平衡治理的目的。同時當(dāng)發(fā)生低電壓現(xiàn)象時,也可通知供電公司進行線路調(diào)整。

6 結(jié) 語

低壓線路故障查找及線路保護系統(tǒng)由智能故障指示器、低壓故障指示及斷零保護裝置、物聯(lián)網(wǎng)云端系統(tǒng)以及相關(guān)的手機APP軟件組成,可提高農(nóng)村低壓線路的故障查找水平,實現(xiàn)兩種狀態(tài)的故障報警和線路保護。

[1]王偉杰,孫璐,徐璇.低壓配電臺區(qū)三相電源缺相故障查找及處理[J].電子制作,2017(4):71-72.

[2]唐俊.淺析低壓配電線路中的保護系統(tǒng)設(shè)計與實施的重要性[J].科技創(chuàng)業(yè)家,2013(19):115.

[3]邱海乾.低壓配電系統(tǒng)保護的探討[J].廣東建材,2012,28(12):79-81.