淺談低壓線路故障查找與線路保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用

國家電網(wǎng)安徽宿松供電公司 丁正勝

引言

在三相四線制低壓供電系統(tǒng)中，零線斷線是一種常見故障，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(shí)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，這些都是低壓線路的異常情況。

雖然供電企業(yè)對用戶電器燒毀一般都投了保險(xiǎn)，但是保險(xiǎn)規(guī)定燒毀電器只能修理不能更換，用戶反應(yīng)強(qiáng)烈，若處理不當(dāng)，供電企業(yè)將面臨責(zé)任界定、銷售電量、經(jīng)濟(jì)賠償、社會形象等損失，企業(yè)和客戶關(guān)系緊張，社會不穩(wěn)定因素增加，更重要的影響了供電企業(yè)的優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平，嚴(yán)重?fù)p害了供電企業(yè)的良好形象。

1 電力服務(wù)質(zhì)量問題

在低壓380V三相四線制農(nóng)村電網(wǎng)系統(tǒng)中，故障查找是一個令人頭疼的問題。目前，當(dāng)農(nóng)村低壓電網(wǎng)存在用電事故而導(dǎo)致被動停電現(xiàn)象時(shí)，往往供電所的人員是不知道停電的存在，而是等客戶打投訴電話時(shí)，才知道那個臺區(qū)的低壓線路停電了。

當(dāng)前農(nóng)村以留守在家的老人與小孩為主，他們使用電器的知識與技能不足，也不能正確地表述供電故障。往往存在的情況是老人和小孩向在外打工的年輕人抱怨，年輕人就會直接撥打95598投訴，將問題說得很重。由此，就會導(dǎo)致某些農(nóng)村供電所的投訴率急劇提高。同時(shí)，在國網(wǎng)公司現(xiàn)有的評價(jià)體系中，投訴率高必然意味著服務(wù)質(zhì)量差。服務(wù)質(zhì)量差就會影響到供電所的服務(wù)評價(jià)體系，進(jìn)而影響到供電所人員的收入。

如何提高農(nóng)村電網(wǎng)的低壓臺區(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，也是擺在農(nóng)村供電所的一個難題。

2 農(nóng)村用電質(zhì)量問題

在低壓三相四線制的配電系統(tǒng)中，如果三相負(fù)荷平衡，零線中的電流應(yīng)該很小，這是所有業(yè)內(nèi)人士的共識。但是，越來越多的現(xiàn)象正在顛覆這個傳統(tǒng)觀念。

例如，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，每相電流大約為90A，但是零線電流達(dá)到160A。

圖1 單相整流器的電路與電壓、電流波形

實(shí)際上，零線電流過大的現(xiàn)象現(xiàn)在越來越普遍。為什么三相電的負(fù)荷平衡，零線上卻還是會出現(xiàn)電流，并且電流達(dá)到相線電流的150%以上呢？這是由于整流電路導(dǎo)致的。

圖1右圖所示是一個典型的單相整流電路，這種電路從電網(wǎng)吸取的電流為脈沖狀，如圖1的左圖所示。

當(dāng)相線的電流波形為正弦波時(shí)，如果它們相差120°，并且幅度相同，在零線上矢量疊加的結(jié)果是總和為零，這是大家所熟悉的。

圖2 相線上的脈沖電流在零線上疊加

但是如果相線上的電流是脈沖狀的、并且相差120°，則他們在中線上疊加的結(jié)果如圖2所示。從圖3可知，零線上的脈沖電流是相互錯開的，無法抵消。數(shù)一下零線上的脈沖電流個數(shù)，在一個周期內(nèi)有三個，因此零線上的電流是各相線電流的總和。按照電流有效值的算法，零線上的電流是相線電流數(shù)量的1.7倍。

如果整流電路的電流的脈寬大于60°，就會在中線上發(fā)生重疊現(xiàn)象，這時(shí)中線上的一部分電流發(fā)生抵消，實(shí)際的零線電流會小于相線電流的1.7倍。

同時(shí)，隨著農(nóng)村人民生活水平的提高，農(nóng)村也購買了大量的家用電器，其中也有大量使用整流電路的現(xiàn)象。上面分析的由于零線過流問題而導(dǎo)致的斷零現(xiàn)象，也時(shí)有發(fā)生。每年國網(wǎng)公司都會有大量燒壞、燒毀家用電器的現(xiàn)象，并且隨著為治理霧霾現(xiàn)象，而在農(nóng)村地區(qū)引入煤改電的取暖方式后，這種現(xiàn)象將會越來越嚴(yán)重。

這種現(xiàn)象農(nóng)村存在，而城市則很少存在。究其原因，是因?yàn)槌鞘惺侨辔寰€制，而農(nóng)村電網(wǎng)則是三相四線制公用變壓器供電方式。當(dāng)三相四線制的零線因事故而斷開，同時(shí)其余三相負(fù)荷不平衡時(shí)，將引起低壓的各相電壓畸變，從而導(dǎo)致某相的負(fù)載電壓升高而造成該相部分電氣設(shè)備燒毀，而這部分用電設(shè)備退出運(yùn)行后，該相負(fù)荷更輕、相電壓更高，如此形成惡性循環(huán)，直至該相負(fù)荷全部燒毀或退出運(yùn)行。同時(shí)，零線斷路點(diǎn)后側(cè)電氣設(shè)備外殼漏電時(shí)，相當(dāng)于帶相電壓，一旦人體接觸這些電氣設(shè)備外殼，就會造成觸電傷亡（見圖3）。

為杜絕此類事故發(fā)生，同時(shí)提高農(nóng)村低壓線路的故障查找水平，我公司在其10KV配網(wǎng)智能架空線路故障查找系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，共同探討研發(fā)成功低壓線路故障查找及線路保護(hù)系統(tǒng)。它實(shí)現(xiàn)了兩種狀態(tài)的故障報(bào)警與線路保護(hù)。

圖3 電器結(jié)構(gòu)圖

該系統(tǒng)將農(nóng)村380v低壓電網(wǎng)分成有多個分支的網(wǎng)狀系統(tǒng)，當(dāng)某個分支失電時(shí)，裝置將發(fā)生報(bào)文到后臺主站系統(tǒng)，通知低壓臺區(qū)那一臺低壓分支停電了，這時(shí)供電所的人員就會主動上門進(jìn)行維修，變被動停電維護(hù)為主動停電維護(hù)，從而降低客戶的投訴率。

在檢測到三相四線制供電系統(tǒng)零線斷線后，在零線斷線點(diǎn)后側(cè)自動投入臨時(shí)工作接地點(diǎn)，使三相電壓達(dá)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(yùn)行和防止事故的進(jìn)一步發(fā)展，另一方面，在檢測到斷零故障后及時(shí)動作，可使變壓器下面綜合配電箱跳閘，避免燒毀電器。同時(shí)，將故障信息發(fā)生到后臺的故障查找系統(tǒng)，通知相關(guān)人員上門進(jìn)行維修。當(dāng)供電所人員完成維修后，系統(tǒng)自動恢復(fù)原來的零線供應(yīng)。

提供農(nóng)電低壓線路末端電壓值的實(shí)時(shí)監(jiān)控與三項(xiàng)不平衡的告警。出廠設(shè)置是可設(shè)定三項(xiàng)不平衡值的，當(dāng)不平衡時(shí)可以報(bào)警，供電所人員可以根據(jù)此信息進(jìn)行動態(tài)平衡線路負(fù)荷。

提供農(nóng)電低壓線路末端電壓值的實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以監(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)。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)由前端的智能故障指示線路保護(hù)裝置、物聯(lián)網(wǎng)云端系統(tǒng)以及相關(guān)的手機(jī)APP組成。

用戶主要依靠安裝在手機(jī)上的app軟件獲得相關(guān)的設(shè)備信息，并對整個斷零保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置和更改。如下頁圖（圖4）所示。

3.1 故障采集功能

實(shí)時(shí)監(jiān)聽智能故障診斷裝置的上報(bào)報(bào)文，對接收到的故障報(bào)文進(jìn)行解析，獲取故障數(shù)據(jù)。

3.2 實(shí)時(shí)故障點(diǎn)分析功能

線路發(fā)生失電故障、線路發(fā)生斷零故障等幾十種分析提示信息，極大地降低了電網(wǎng)維護(hù)管理人員的工作量和勞動強(qiáng)度。

圖4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.3 故障定位功能

基于低壓臺區(qū)電網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系，綜合各智能故障診斷裝置的故障數(shù)據(jù)和臺區(qū)出線開關(guān)、漏報(bào)開關(guān)的狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的智能定位。

3.4 故障歷史信息分析功能

針對故障歷史記錄進(jìn)行各種分析，比如按線路、供電區(qū)、行業(yè)等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

3.5 設(shè)備管理功能

實(shí)現(xiàn)智能故障診斷裝置的管理，包括設(shè)備臺帳、安裝地點(diǎn)、手機(jī)號碼等內(nèi)容的錄入、查詢、瀏覽等功能。

3.6 短信通知用電用戶功能

主站可以通過用電信息系統(tǒng)，獲知該低壓線路具體使用客戶的目錄，將故障停電信息發(fā)送到該客戶的手機(jī)之中，從而降低客戶的投訴率。

4 工作原理

應(yīng)用低壓線路故障查找及斷零保護(hù)系統(tǒng)，需要在低壓線路上安裝低壓故障指示與斷零保護(hù)裝置DLB-I。

圖5 DLB-I 低壓故障指示與斷零保護(hù)裝置

4.1 失電判據(jù)

DLB-I裝置直接檢測相電壓，當(dāng)相電壓低或無相電壓時(shí)，可判斷該線路的項(xiàng)電壓失電。（見圖6）

4.2 斷零保護(hù)判據(jù)

DLB-I裝置利用零線斷線故障時(shí)，由于三相負(fù)載不平衡導(dǎo)致的各相電壓不平衡形成保護(hù)判據(jù)，在準(zhǔn)確判別故障后，自動投入臨時(shí)工作接地線，臨時(shí)工作接地并使三相電壓基本保持平衡，以此保證用戶設(shè)備正常工作。（見圖6）

圖6 低壓故障指示與斷零保護(hù)裝置原理圖

同時(shí)，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)生到相關(guān)檢修人員的手機(jī)上，提醒檢修人員查找故障點(diǎn)（見圖6），以盡早排除故障，保證用戶的安全性和提高供電可靠性，同時(shí)它也可以將故障引起的停電信息發(fā)送到該條線路的用戶手中，提高客戶的滿意度。

5 安裝位置

本裝置安裝在農(nóng)村低壓線路分支線路中合適的一根桿上，前面任何位置斷零線、失電時(shí)都能起到告警保護(hù)作用。

圖7 安裝方式

圖8 安裝應(yīng)用現(xiàn)場

6 系統(tǒng)應(yīng)用

運(yùn)維人員用自己的手機(jī)號登錄，可以實(shí)時(shí)得到自己所屬配電線路的運(yùn)行情況，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，會知道線路發(fā)生了那些故障（接地、短路），那些故障在那些項(xiàng)線上發(fā)生。當(dāng)沒有故障時(shí)，也會收到一些瞬間信號，從而提示客戶進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行與維護(hù)。

在低壓線路這一側(cè)，也能夠?qū)崟r(shí)得到線路的三項(xiàng)末端電壓等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。用戶可以根據(jù)線路數(shù)值，配合換項(xiàng)開關(guān)等設(shè)備調(diào)整線路的負(fù)荷狀況，從而達(dá)到負(fù)載均衡和三相不平衡治理的目的。同時(shí)，當(dāng)發(fā)生低電壓現(xiàn)象時(shí)，也可通知供電公司進(jìn)行線路調(diào)整。