基于故障樹的大型配電設施電氣故障起因及影響分析方法

楊宜海

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基于故障樹的大型配電設施電氣故障起因及影響分析方法

楊宜海

（深圳市開元國際物業管理有限公司東莞華熙分公司）

針對大型配電設施電氣故障起因及影響分析不及時、不充分等問題，提出一種基于故障樹的大型配電設施電氣故障影響及原因分析方法。首先研究三相電設計不當、變電設施運行故障、濾波電容漏電等原因及故障現象；然后將感知對象分為現象級、可測量級，基于故障樹實現大型配電設施電氣故障影響及原因分析；最后以大型建筑工程為實例，采用基于故障樹的方法，有針對性地提出解決對策，對確保電力設施的安全和高效運轉，防止出現用電事故，具有較好的實際應用價值。

故障樹；大型配電設施；電氣故障

0 引言

隨著大型建筑工程蓬勃興起，大功率電器設施應用日益廣泛，給配電設施工程建設提供廣闊發展空間的同時，也增加了電氣故障發生的概率[1-3]。配電設施作為電力輸送管理的重要載體，其電氣裝置擔負著重要的電力能源保障作用，及時妥當的應對措施對阻止由電氣故障引起的事故蔓延具有重要作用[4]，而對電氣故障采取恰當措施的前提是迅速排查故障起因與影響。故加強配電設施電氣故障起因的排查與影響分析，及時提出解決對策，是降低電氣故障對電力設施運行和用電安全影響的重要手段[6-7]。本文基于故障樹進行故障模式與影響分析，設計配電設施電氣故障分析及處理方案。

1 配電設施電氣故障原因與影響分析

造成配電設施電氣故障主要原因包括三相電設計不當、變電設施運行故障、濾波電容漏電等[8]。

1.1 三相電設計不當

三相電設計不當是造成配電設施電氣故障的最重要原因，其顯著特征為三相電不均衡，即設計的三相電系數較大超出正常幅值，可能給電氣設備造成損害，甚至引起運行故障。故障發生時，存在以下安全隱患：1) 變壓設備的出力效果減小，降低變壓器壽命；2) 電動機磨損程度加重，減弱電動機的電力承擔性能；3)發電機出現不可預見振動和過熱情況，出力性能受到損害，影響正常運轉；4) 加重輸電線路損壞程度，增加老化速度；5) 若保護裝置超過電負荷，直接危害電力網絡的可靠運轉，導致大范圍停電。

1.2 變電設施運行故障

初級線圈是變壓設施運行故障集中發生的位置。典型初級線圈故障模式為部分部位短路或線圈線路回流中的熔斷設施燒壞。一旦燒斷熔體，會引起變壓設施出現較大的損壞，產生過大的熱量，引起鐵芯不牢固，運行時出現噪聲。

最常見的排查措施就是對變壓設備供應的交流電數值進行測量。故障處理辦法有：1) 變壓設備停止供電，看熔斷設施是否出現燒壞的情況；對初級線圈的線路開通系數進行測試；對附屬線圈的線路開通系數進行測試；2) 變壓設施輸送過低的電壓，停止附屬線圈的電力負荷，對供電電壓進行測試，如果低壓過大，再測初級線圈交流電供電電壓，若達到220 V，說明供電安全，再檢測FU1的連接情況，看附屬線圈是否出現匝間短路問題，及時更換出現故障的變壓設備；3) 變壓設施輸送過高的電壓，是由于變壓設備的產品質量不合格，沒有電壓負荷時比電力負荷過大時承擔了更多的電壓，施加電力負荷系數導致電壓供應水平降低，且初級線圈出現匝間部分位置短路的情況，這時需更換相應地變壓設備；4) 出現FU1或FU2燒壞的情況，可通過中斷FU1供電的辦法，取出FU2燒壞的元件，如果FU1沒有出現故障，那么可能是變壓設備的電路承載性能出現了問題，若中斷FU2供電設施，FU1被燒壞，可以中斷附屬線圈的供電設施；如果FU1沒有斷開，可能是部分設備出現了連電的情況；如果FU1又斷開了，表明可能出現短路的問題。

1.3 濾波電容漏電故障

若電解電容阻抗值過大，無法發揮電解的功能，將使交流電在直接輸送電力過程中加重。若電解電容出現漏電故障，將影響電解濾波性能，增加直流電壓，減小供應的電壓，交流噪音也會加大，甚至會燒斷電阻絲。解決這種故障可考慮：1) 輸送二分之一正常供電的電壓，可能是二極管阻抗值太大；2) 輸送過低電壓，可能為VD1或VD2連接不良、承擔電壓負荷的線路漏電；3) 沒有直接輸送電壓，很可能為電解電容發生短路。

1.4 配電設施電氣故障原因故障樹

將感知對象分為現象級、可測量級[9]，則根據上述分析，可得到基于故障樹的配電設施電氣故障影響及原因圖，如圖1所示。

圖1 大型配電設施電氣故障樹

根據大型配電設施電氣故障樹可實現大型配電設施電氣故障起因及影響分析。

2 大型建筑工程配電設施電氣設施的實例

以南方某29層工程建筑項目為例，該工程涵蓋了商場、寫字樓和高層居民住宅，其中電力需求涉及民用電、商業用電和非民用電3個方面，同時還有電梯設施、動力泵等輔助電力耗電設施。這種大型高層建筑工程項目，通常需要依據電能需求的安全、可靠性能指標設計電力輸送供應的規劃。

以19層為參照局點，19層以下需要安裝設計電梯和居民日常生活所用的水泵。水泵、電梯和消防設施電力供應的電氣設備和突發事件照明用電的設置，一般采用雙回路電源；而普通的電氣設施一般可以通過單回路電源的形式進行電力輸送。

19層以上包括19層的建筑，安裝消防設施需用的電氣設備和應對突發停電事件設置的照明設施，使用雙回路電源的電力供應設備，其中消防設施的底部增設了雙回路電源智能控制箱或轉換開關。

配電設施系統采用三相電，但安裝設計時出現不均衡，分別按照27 A、64 A和105 A的電流進行施工，經常出現自動空氣斷路器或開關自行跳閘的情況。維修技術人員將自動空氣斷路器或開關的級次系數增加1倍，用NM1—225S/3300 IN160 A的空氣自動控制開關換掉DZ10—100/300 IN80 A開關。雖然電氣故障問題基本解決，但又接連出現用電故障，并且較以往更加嚴重，不僅擊穿了自動空氣控制裝置的一級鋁排，出現相間的短路情況，還使整個高層建筑工程出現大范圍的停電，給高層建筑內的居民、客戶和辦公人員的工作、生活造成較大影響。最后對現有配電線路和部分用電設施進行調換，重新安裝敷設電氣線路，更新電氣設施，才使電力資源的正常供應。

3 結語

大型配電設施電氣故障影響及原因分析是目前配電設施后期運行維護的關鍵問題。本文采用基于故障樹的方法分析配電設施電氣故障原因與影響，有效減少電氣故障對電力設施造成的影響，降低二次故障發生率，提高電力設施運行的安全性。

[1] 張勇.配電房電氣故障分析探討[J].中小企業管理與科技(下旬刊),2015(1):207-208.

[2] 楊葉平.配電房的常見故障及處理方法[J].電子科技,2013, 26(5):169-171.

[3] 薛濤,彭啟鳳,黃國健,等.基于故障樹的電梯門系統故障分析[J].自動化與信息工程,2015,36 (6):34-36.

[4] 李煜,劉波峰,譚陽紅,等.基于故障樹和雙向聯想記憶神經網絡的橋式起重機故障診斷方法[J].自動化與信息工程,2014, 35(5):1-6,12.

[5] 王志平,楊坤,陳光黎.輸電線路遠程監控與故障預警在線監測控制器研究[J].自動化與信息工程,2014, 35(3):32-36.

[6] 谷凱凱,郭江.緊致融合模糊集和故障樹的變壓器故障診斷[J].高電壓技術,2014,40(5):1507-1513.

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[8] 徐丙鳳,黃志球,胡軍,等.一種狀態事件故障樹的定量分析方法[J].電子學報,2013,41(8):1480-1486.

Causes and Effects Analysis of Electrical Faults in Large Distribution Facilities Based on Fault Tree

Yang Yihai

(Shenzhen Kaiyuan International Property Management Company Dongguan Huaxi Branch)

Focusing on the problem that the causes and effects analysis of electrical faults in large distribution facilities is not timely and inadequate, a method of causes and effects analysis for large-scale power distribution facilities based on fault tree was presented. Firstly the causes and performances of three-phase electrical design inappropriate, substation operation fault, and filter capacitor leakage fault were studied. Then the sensing objects are classified into the phenomenological and measurable levels, and the influence of the electrical faults of the large-scale power distribution facilities is analyzed based on the fault tree. Finally, a large-scale construction project is taken as an example, and a solution method based on fault tree is put forward to solve the problem. It has a good practical value to ensure the safe and efficient operation of power facilities and to prevent the occurrence of electricity accidents.

Fault Tree; Large power Distribution Facility; Electrical Fault

楊宜海，男，1961年生，大專，主要從事配電安全維護等工作。