10kV配電系統常見故障及應對措施研究

摘要：文章采用理論加實踐的模式，探討了提高配電系統運行可靠性的方法。文章結合實際工作中發生的故障，對其進行歸類分析，結合配電系統運營及維護保養的工作經驗，對各故障類型有針對性地提出了預防措施，以期確保配電系統的穩定、可靠運行。

關鍵詞：10kV配電系統；配電線路；故障分析；應對措施；電力系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM726 文章編號：1009-2374（2016）06-0127-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.06.063

隨著社會不斷進步和發展，生產、生活對能源的需求與日俱增，電力能源更是已經成為人類不可或缺的重要能源之一。人類對電能的需求逐年增大，據統計，1998年我國的發電量為1.167億kWh，居世界中等水平，而2014年國內水電、火電以及其他清潔能源發電量已飛躍至54637.6億kWh，躍居世界第一。電量的充足供應為我國經濟建設提供有力的支撐，也為居民生活質量提高奠定了堅實的基礎。然而人類在利用電力能源造福自己的同時，因沒有科學、合理地使用電能所引發的事故也日益劇增。正確認知電能，對電氣故障進行系統分析總結，并制定有效的防范措施具有十分現實的意義。配電網是電力系統中結構最為復雜、分布最為廣泛的網絡。10kV配電線路普遍應用于城鎮、農村、工礦企業的電網建設中。而與高壓輸電線路比較，采用小電流接地系統的10kV配電線路的故障相對于高壓輸電線路，受天氣和周圍的環境，區域寬、長，負荷變化復雜，設備運行不均勻等客觀因素影響，如高故障率，直接或間接地影響到電網的安全可靠運行。本文將結合企業實際情況，就10kV配電系統常見故障進行分析總結并對防范措施進行初步探討。

1 配電系統組成

變電站、輸電線路及用電設備是配電系統的主要組成部分。配電原理如圖1所示：

圖1 配電系統原理圖

第一，降壓變壓器和高壓斷路器是變電站的重要組成部分。根據廠房負荷情況，變壓器通常選擇容量1000kVA，變比為10/0.4kV的油浸式和干式變壓器。傳統的油浸式變壓器因其效率低、維護成本高已被逐步被干式變壓器替代，但傳統油浸式變壓器在超負荷工作穩定性方面優于干式變壓器，在目前一些老的工礦企業中仍發揮著作用。

第二，從天氣和周圍的環境的角度來看，區域寬、長，復雜的負載變化，平衡設備運行的客觀因素，如高失敗率，直接或間接地影響到電網的安全可靠運行。本文將結合企業傳統的油浸式變壓器因其效率低、維護成本高已逐步被干式變壓器替代。但傳統油浸式變壓器在超負荷工作穩定性方面優于干式變壓器，在目前一些老的工礦企業中仍發揮著作用。高壓斷路器具有良好的開放電路性能和滅弧能力，可以開啟和斷路器短路和過電流負載是配電系統中不可或缺的安全措施之一。

第三，低壓斷路器和輸電線路的主要部分是低壓配電線路。低壓斷路器可以正常連接和切斷電路，具有多種保護功能。輸電線通常使用空中或地下電纜，一般使用銅（鋁）芯聚氯乙烯電纜。

第四，三相用電設備和單相用電設備是生產用電設備的兩種主要類型。三相用電設備只能接在三相電源上才能正常工作，國內三項電壓為380V，常見動力設備如三相電機、風機水泵、電梯、大型制冷機組、空壓機組等，此類設備的每項阻抗相等，被稱為三項對稱性負載。單相用電設備只需要接在單相電源上就能工作，國內單項電源電壓為220V，照明燈、家用電器、實驗室檢測儀器、小型生產設備等屬于此類。單相設備用電取自三相電源的某一相，為確保電網的負荷平衡，理想狀態是達到三相對稱性負載，以確保供電線路的正常工作。因此，在進行電力系統設計時，需要對用電負荷進行充分評估，合理分配負荷，確保相電壓差距不大。

2 配電系統常見故障類型

電線常見故障主要是漏電、短路、過載、接觸電阻大、電弧火花，由事故引起的高溫可能損壞電氣設備，同時也點燃燃料著火和爆炸。

2.1 泄漏電

線或支架材料的絕緣能力差，導致地球之間的電線、電線或導線之間有電流的現象，稱為泄漏。

泄漏的原因是電火的起源。低壓線路運行在正常情況下，由于電氣線路和電氣設備的絕緣介電性能和地球之間的線直接電容，所以系統中總有漏電流，但目前的泄漏電流沿傳輸線均勻分布，只有一個很小的電流通過，線的絕緣將不會那么受傷。

2.2 短路

在電線上，由于各種原因，導致潛在的兩點接觸產生電流的現象稱為短路。由于短路回路的電流很大，在短路容易產生強大的電火花和電弧，金屬導體連接到熔點和熔化，甚至引起飛濺現象，導致電線絕緣層或導線周圍的易燃物燃燒，最終導致火災的發生。簡式低壓配電系統在中國，由于潛在的異常導體接觸有多種形式的短路，在低壓配電系統中，單相接地短路、兩相地面短路、兩相短路和三相短路故障是最可能發生的。

2.2.1 接地故障。此類故障包括相位線和保護干線、線或與電氣設備外殼的金屬性，如金屬管材的等位電勢之間的接觸。這樣的失敗也是一種單相短路故障，但具有最大的發生概率。

2.2.2 三個短路。在電壓分布系統中，三相對稱短路，在這次的最大短路電流，具有最低的發生概率。Id3短路電流穩態值：

類型：E為低壓配電系統的額定線電壓；ZΣ為總電阻短路循環，它包含各種組件的低壓配電系統的阻力、接觸電阻和電抗。

2.2.3 兩個短路電流。兩個短路電流Id2和短路點距離的力量與大小有關。一般從兩相短路電流的力量可以通過Id3三相短路電流穩態值計算。

當配電系統和兩相短路時，故障相的相電壓的大小是故障相電壓的一半，兩條斷層階段相反的方向。當低壓配電系統在兩相短路，兩相故障相電壓降低為零，兩條斷層階段相反的方向。

2.3 過載

過載是指線的電流量的流量安全的電力線路。因為線本身有阻力，當電流通過導線時電阻引起的發燒。和電流量的平方正比熱量和過電流，如果電線通過當前，越線加熱更為嚴重，導致電線絕緣迅速老化，之后實現絕緣子閃點、絕緣體自燃火災。

2.4 接觸電阻太大了

當連接的電源線、開關、保護設備、電氣設備接觸不良時，接觸不良部分的局部阻力變得非常大。在這一點上，如果通過電流的電路通過電阻，線可以形成一個巨大的熱能，熱能足夠大時熔融金屬，會使輸電線路的絕緣保護層來達到自己的點火和燃燒，溢出或因為金屬周圍的易燃物燃燒，造成火災。

2.5 電火花和電弧

輸電線路的能量釋放的兩極產生電火花，許多高密度電火花形成電弧，電弧溫度相當高，甚至超過3000℃，可以很容易地點燃易燃或造成炸藥爆炸。

3 常見故障及應對措施

制藥企業的生產運行，需要電力系統可靠運行。一旦發生電力故障，空調系統停運，無法維持制藥所需的生產環境；凍干制品的凍干工藝將被破壞，導致制品報廢；工藝用水溫度無法維持、循環停止，質量無法保證。成都生物制品研究所有限責任公司公司原有兩路10kV鋁芯聚氯乙烯電纜，投入運營的10多年為公司提供了生產、生活所需的電力供應，但在實際運營中也發生了多次故障。

第一，相間短路故障。

第二，在建設初期，受建設現場條件限制，線路檔距過大，導線弧錘過大，大風時及地面樹木影響易造成混線，導致相間短路。

第三，絕緣子質量參差不齊，線路接地、跳閘現象較多。成都地區春季/夏季雷雨季節，10kV架空線路接地，導致高壓斷路器跳閘現象嚴重。在雨中經常看到在絕緣子的放電現象。在日常巡回檢查可能很難找到這樣的一個問題，因為絕緣子瓷質量等問題通常除了破損的瓷裙，大多局限于微小裂紋引起的表面把閃，檢查員必須斷電在桿上過進行仔細檢查。絕緣子缺陷主要包括以下：（1）瓷裙出現不同程度的損傷，一個微小的裂縫；（2）表面存在嚴重的放電痕跡；（3）由于絕緣子有單邊傾斜或不均勻、蠕變和故障現象；（4）配電線路概況的線長、分支，沒有達到全覆蓋，投產后很長一段時間，零絕緣子、避雷器函數失敗。

第四，保護裝置的選擇不當和保護設定值不合理。供電網絡中保護裝置的設置正確與否，會對電網的安全可靠運行和企業正常生產產生影響。選擇保護裝置并確定其設定值時，除了要考慮和電氣保護和變壓器正常過載，還考慮最大負載情況下，大容量電動機啟動時，啟動電流不合適的原因。

4 結語

一般來說，配電系統運行環境相對復雜，所以事故或故障的原因也多種多樣。技術人員在處理配電線路故障的過程中，應認真分析和總結，找到事故中存在的缺陷并采取相應的技術和管理措施消除隱患的措施，以對類似事故起到防患于未然的作用，保障生產所需的電力供應。

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作者簡介：張改（1982-），男，河北人，成都生物制品研究所有限責任公司工程師，碩士，研究方向：高壓供配電故障分析與防護。

（責任編輯：蔣建華）