低壓臺(tái)區(qū)架空線路零線帶電故障快速定點(diǎn)裝置研究方案

伍振園，虞浩文，龍 江，唐 明

（1.廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司桂林供電局，廣西 桂林 541002；2.珠海華網(wǎng)科技有限責(zé)任公司，廣東 珠海 510382）

0 引 言

低壓臺(tái)區(qū)線路由于受電壓等級(jí)低、用戶分散性強(qiáng)以及智能設(shè)備應(yīng)用率低等因素限制，導(dǎo)致當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)的檢修效率低下。低壓臺(tái)區(qū)零線帶電故障發(fā)生次數(shù)逐年增加，嚴(yán)重威脅居民的生產(chǎn)生活。傳統(tǒng)的零線故障查找主要包括分段查找排除、分相拉閘停電排除等，不僅耗費(fèi)人力、效率低下，而且頻繁停電導(dǎo)致發(fā)生各類投訴事件，嚴(yán)重影響電網(wǎng)公司的形象。所以，如何及時(shí)發(fā)現(xiàn)并快速定位低壓臺(tái)區(qū)架空線路零線帶電故障，提高架空線路的運(yùn)行和管理水平，是多年來(lái)線路維護(hù)中的難題。隨著國(guó)家對(duì)供電可靠性要求的提高，尤其是智能電網(wǎng)建設(shè)的需求，迫切需要解決這一問(wèn)題[1-2]。針對(duì)低壓臺(tái)區(qū)零線帶電故障這一問(wèn)題，本文在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，提出低壓臺(tái)區(qū)架空線路零線帶電故障快速定點(diǎn)裝置研究的方案，以期為解決這一問(wèn)題提供有益參考[3-4]。

1 低壓臺(tái)區(qū)線路簡(jiǎn)介

低壓臺(tái)區(qū)供電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的電路為三相四線制TT接線方式，如圖1所示。該種系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，零線只在靠近變壓器側(cè)接地，其余部分的零線不再重復(fù)接地。該種TT方式的供電系統(tǒng)主要適用于用戶較為分散、以架空線路為主的低壓配電網(wǎng)[2]。

圖1 低壓臺(tái)區(qū)TT接線方式示意

2 零線帶電故障原因

在TT形式的供電系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，零線中無(wú)電流流過(guò)或者僅有微弱電流通過(guò)。但是，當(dāng)某些故障發(fā)生時(shí)，可能會(huì)引起零線帶電[1，3-4]。

2.1 零線斷線

圖2為零線斷線示意圖。由于低壓臺(tái)區(qū)架空線的高度相較與高壓輸電線路高度較低，且環(huán)境復(fù)雜，容易受外界的一些不可抗因素干擾，導(dǎo)致發(fā)生零線斷線事故。相線電流由用戶電器流向零線，導(dǎo)致零線帶電，用戶無(wú)法正常用電。

圖2 零線斷裂

2.2 變壓器接地電阻偏大或接地引線斷裂

由于在接地體的設(shè)計(jì)、施工中未嚴(yán)格按照接地電阻的考核指標(biāo)進(jìn)行操作，導(dǎo)致接地電阻值遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)；接地體引上線處于土壤和空氣的交界處，容易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致接地體引上線變細(xì)或者斷裂，相當(dāng)于增加了接地電阻的水平，如圖3所示，導(dǎo)致中性線開路，使中性線電壓升高而帶電。

圖3 接地體斷裂

2.3 相線接地故障

圖4為線路A相發(fā)生接地故障，故障電流將流入接地體導(dǎo)致零線帶電。

2.4 三相電流不平衡

三相電流不平衡的原因較多。電源輸出的三相電流本身不平衡，低壓臺(tái)區(qū)變壓器在電壓等級(jí)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，由于開關(guān)未能同時(shí)開斷或接觸不良或者三相負(fù)載不平衡，均能引起三相電流不平衡，進(jìn)而使電流流過(guò)零線。

圖4 相線接地短路

3 零線帶電故障傳統(tǒng)檢修方法

當(dāng)發(fā)生零線帶電故障時(shí)，必須在最短的時(shí)間內(nèi)找到故障發(fā)生的原因和位置。

3.1 分段檢測(cè)

分擔(dān)檢測(cè)法的實(shí)質(zhì)是測(cè)量零線電流的大小來(lái)定位故障發(fā)生的位置，所以也可以稱其為電流檢測(cè)法。具體實(shí)施步驟：按照先干路后支路的方法，將線路劃分為若干個(gè)片段，篩選每個(gè)片段的零線，通過(guò)電流表測(cè)量選擇出帶電區(qū)域，然后再進(jìn)一步細(xì)篩。該方法耗時(shí)較長(zhǎng)，有時(shí)還需要頻繁開斷開關(guān)，效率低下，但是能夠準(zhǔn)確找到零線帶電（斷線）發(fā)生的區(qū)域。

3.2 分相檢測(cè)

對(duì)三相線路依次停電進(jìn)行檢修，用交流電壓表測(cè)量停電相與零線之間的電壓，若某一相與零線之間的電壓為0，則故障發(fā)生在該相。這種方法用于相線對(duì)地短路故障引起的零線帶電，且僅能將故障定位到某一相，要確定具體的故障點(diǎn)還需進(jìn)一步檢修。

3.3 電壓法檢測(cè)

當(dāng)確定短路相線后，通過(guò)測(cè)量零線與零電位參考點(diǎn)之間的電壓值，若某一處的電壓測(cè)量值最大，則可定位該處即為故障發(fā)生點(diǎn)。該種方法是在分相檢測(cè)法基礎(chǔ)上實(shí)施的改進(jìn)方案，可以與分享檢測(cè)結(jié)合使用。

此外，在文獻(xiàn)[5]中還針對(duì)零線帶電故障總結(jié)了一套原因判斷查找方案流程圖，如圖5所示。但是，該種流程的實(shí)施仍要需要耗費(fèi)大量的人力、物力，操作也較為繁瑣，與目前智能電網(wǎng)建設(shè)的目標(biāo)不一致。

4 零線帶電故障預(yù)防措施

關(guān)于如何降低零線帶電故障的發(fā)生頻率，維持低壓臺(tái)區(qū)電力線路安全穩(wěn)定運(yùn)行，主要是基于對(duì)以往零線故障發(fā)生的原因進(jìn)行歸納總結(jié)，在分析零線帶電故障原因以及解決方法中總結(jié)一些零線帶電故障預(yù)防行之有效的措施。

針對(duì)變壓器和零線接地體腐蝕或者意外斷裂、接地阻抗不達(dá)標(biāo)的情況，需要定時(shí)使用專業(yè)的接地阻抗測(cè)試儀，按照規(guī)程的測(cè)試步驟測(cè)量接地體的接地阻抗，有效規(guī)避因?yàn)榻拥刈杩钩瑯?biāo)而引起的零線帶電故障。

關(guān)于三相電流不平衡引起的零線帶電故障，要從電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)之初便開始關(guān)注，盡量使三相線路的負(fù)載均勻分配。還需要從三相電源的角度進(jìn)行考量，保證三相電源輸出電流本身平衡也是關(guān)鍵性的一步。此外，需要保證低壓臺(tái)區(qū)三相開關(guān)均可靠接觸，避免因?yàn)槟骋幌嚅_關(guān)接觸不良而引起的三相電流不平衡。最后，需要注意零線本身的質(zhì)量和施工工藝，避免因?yàn)榱憔€材質(zhì)不佳導(dǎo)致零線斷裂等事故。

圖5 零線帶電故障原因判斷查找流程

5 零線帶電故障快速定點(diǎn)裝置研發(fā)

本項(xiàng)目在消化和吸收現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)低壓臺(tái)區(qū)架空線路零線帶電故障檢測(cè)開展研究，提出低壓臺(tái)區(qū)架空線路零線帶電故障快速定點(diǎn)裝置研發(fā)方案，率先實(shí)現(xiàn)低壓臺(tái)區(qū)架空線路零線帶電故障的快速定位，提高架空線路零線帶電故障判斷準(zhǔn)確率，便于檢修人員及時(shí)排查故障，增加低壓臺(tái)區(qū)線路的運(yùn)行可靠性。

5.1 低壓臺(tái)區(qū)架空線路零線帶電故障快速定點(diǎn)裝置仿真研究

利用有限元仿真分析軟件，搭建架空線零線仿真物理模型，給出仿真流程，對(duì)零線帶電故障進(jìn)行仿真分析；研究零線帶電故障判據(jù)，基于仿真分析對(duì)零線帶電故障進(jìn)行特征提取，實(shí)現(xiàn)故障的快速診斷；研究故障快速定位方法，基于ATP-EMTP軟件仿真研究故障的幅值判據(jù)，實(shí)現(xiàn)故障的快速診斷。

5.2 低壓臺(tái)區(qū)架空線路零線帶電故障快速定點(diǎn)硬件研究

研究高精度電子式零序電流互感器設(shè)計(jì)方法，提出副邊最佳匝數(shù)和原邊最小電流的計(jì)算公式，仿真研究鐵心最佳工作點(diǎn)的選擇方法；研究硬件抗干擾技術(shù)，如電源抗干擾、電路保護(hù)以及電路板屏蔽等，以保證裝置穩(wěn)定工作；研究信號(hào)預(yù)處理電路設(shè)計(jì)方法、數(shù)據(jù)采集及處理方法及無(wú)線傳輸方法；研究軟件噪聲濾波、不對(duì)稱電流快速計(jì)算等算法，提高裝置的可靠性和靈敏度；基于實(shí)驗(yàn)室典型故障，建立零線帶電故障判斷模型，設(shè)計(jì)零線帶電故障類型識(shí)別模型，提高故障類型診斷準(zhǔn)確率。

6 結(jié) 論

針對(duì)低壓臺(tái)區(qū)零線帶電故障這一問(wèn)題，在總結(jié)現(xiàn)有零線帶電故障原因及檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上，給出預(yù)防零線帶電故障的有效方法，并提出低壓臺(tái)區(qū)架空線路零線帶電故障快速定點(diǎn)裝置研究方案。提出的低壓臺(tái)區(qū)架空線路零線帶電故障快速定點(diǎn)裝置研究思路，可以提升在低壓臺(tái)區(qū)架空線路零線帶電故障診斷的技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)低壓臺(tái)區(qū)架空線路零線帶電故障的快速定位，提高低壓臺(tái)區(qū)線路的運(yùn)行可靠性和低壓臺(tái)區(qū)線路的運(yùn)維管理水平。下一步研究中，將針對(duì)提出的裝置研發(fā)方案進(jìn)行工程實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步檢測(cè)所提出方案的可行性。