低壓供配電線路故障分析及處理方法研究

山東三維化學(xué)集團(tuán)股份有限公司天津分公司 俞英麒 中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司 盧曄楠

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，對(duì)于電力的需要也越來(lái)越高，使得我國(guó)成為發(fā)電量居于首位。較大的用電量對(duì)于電力傳輸系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高，配電設(shè)備和模式更加復(fù)雜，對(duì)于配電設(shè)備的安全要求較高，大規(guī)模的配電線路故障，會(huì)造成電氣火災(zāi)、大規(guī)模停電等問(wèn)題，對(duì)社會(huì)造成不可預(yù)估的經(jīng)濟(jì)損失。其中，低壓配電線路對(duì)于人們的日常使用較為重要，能夠保證電力輸送的質(zhì)量和安全性，是完成電力輸送的關(guān)鍵一棒，因此低壓供配電線路對(duì)于我國(guó)電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行有著重要的意義。

本文主要研究低壓供配電線路的構(gòu)成，分析低壓供配電線路常見(jiàn)故障，并根據(jù)筆者自身經(jīng)驗(yàn)提出相應(yīng)的處理方案，為提升低壓供配電線路安全、平穩(wěn)運(yùn)行提供一定的參考建議。

1 低壓供配電線路

1.1 低壓供配電線路組成結(jié)構(gòu)

本文所指的降壓變電所、低壓線路以及用戶線路組成低壓供配電線路，主要是完成10～500kVA等范圍內(nèi)的電力傳輸，多數(shù)情況下，采用分級(jí)供電的方式，從而能夠保證幾十個(gè)用戶的電力使用，進(jìn)一步提高線路的輸送能力和可靠性。而且，低壓供配電線路有樹(shù)干式、放射式兩種聯(lián)接方式，每一種方式有自身的優(yōu)點(diǎn)，其中放射式的供電可靠性高，而樹(shù)干式的靈活性高、配電費(fèi)用較低，能夠根據(jù)相應(yīng)的需求進(jìn)行改變，因此目前多數(shù)的低壓供配電線路多采用樹(shù)干式聯(lián)接方式[1-2]。

為了保護(hù)施工人員和用戶安全，在低壓配電線路中，往往采用IT、TN、TT 等三種接地方式，其中TN 又分為T(mén)N-S、TN-C、TN-C-S，典型的TN-C-S 低壓供配電線路如圖1所示。IT 主要是指帶電的電源與大地直接隔離并不相連，或者通過(guò)相應(yīng)的高阻值阻抗接地，另外的電氣裝置只要有外漏的地方，都需要單獨(dú)或者統(tǒng)一接地；TN 主要是指帶電的電源與大地直接相連，其他的電氣裝置外漏部分通過(guò)保護(hù)性導(dǎo)體與大地相連；TT 主要是指帶電的電源與大地直接相連，其他的電氣裝置外漏部分也直接與大地相連，但是與電源的接地點(diǎn)相互獨(dú)立，并且在使用TT 聯(lián)接方式時(shí)，需要根據(jù)低壓供配電線路使用的場(chǎng)景，選擇合適、可靠、安全、費(fèi)用低的低壓供配電接地方式[3-4]。

圖1 典型的TN-C-S 低壓供配電線路

1.2 低壓配電線路的種類(lèi)

低壓配電線路常見(jiàn)的安裝方式為架空敷設(shè)和電纜敷設(shè)兩種方法，上述兩種敷設(shè)方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，需要根據(jù)使用場(chǎng)景進(jìn)行相應(yīng)的選擇。在城市以及建筑物林立的地方，為保證建筑物的安全和美觀，需要將低壓配電線路敷設(shè)在地下，從而減少自然環(huán)境損害和人為毀壞，保證低壓配電線路的使用安全和順暢；但是對(duì)于電纜敷設(shè)線路檢修困難較大，需要耗費(fèi)大量的人力、財(cái)力，線路更換較為煩瑣。而架空敷設(shè)線路就能夠地勢(shì)寬廣，沒(méi)有特殊要求的場(chǎng)所進(jìn)行敷設(shè)，一般會(huì)采用電線桿將陶瓷瓶將線路固定，并且多采用便捷的線路架設(shè)，從而便于低壓供配電線路的檢修。

2 低壓供配電線路故障分析

低壓供配電線路在電力系統(tǒng)中占重要地位，由于使用環(huán)境復(fù)雜，線路繁多，會(huì)造成低壓配電線路出現(xiàn)相應(yīng)的故障，如果得不到足夠的重視，從而給用戶帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。本研究總結(jié)了低壓供配電線路常見(jiàn)的故障如下。

2.1 短路故障分析

供配電線路中的短路故障，會(huì)造成電流的瞬間變大，超過(guò)額定電流的幾十倍，從而使導(dǎo)線產(chǎn)生大量的熱量，是正常熱量的幾百倍，如果熱量不能夠及時(shí)導(dǎo)出，就會(huì)造成導(dǎo)線的絕緣層燒毀，出現(xiàn)短路故障，進(jìn)而影響低壓供配電線路的正常，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)火災(zāi)。

本研究總結(jié)了短路故障常見(jiàn)的影響因素有：對(duì)于裸線在使用過(guò)程中，由于外力的作用，造成裸線相互擺動(dòng)、碰撞，從而引起線路短路；線路的絕緣性遭到破壞，使得自身的絕緣效果失去，從而導(dǎo)致線路短路；由于低壓配電線路在相對(duì)濕熱的環(huán)境下，容易發(fā)生材料性能的變化，造成線路失去絕緣作用。

另外，由于線路自身長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，造成線路的絕緣性老化，失去絕緣作用；導(dǎo)線的線頭連接不緊密，出現(xiàn)了“虛接”的問(wèn)題，相當(dāng)于在連接處時(shí)斷時(shí)接，從使得線路短路；不正確的電氣操作，會(huì)造紙線路電路。如在拉閘、合閘等電氣操作中，容易產(chǎn)生相應(yīng)的電弧，從而出現(xiàn)電弧短路故障。

2.2 過(guò)載故障分析

過(guò)載故障是低壓配電線路中較危險(xiǎn)的故障，因?yàn)檫^(guò)載故障是由于長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)載，嚴(yán)重超過(guò)了線路的安全電流，從而造成過(guò)載故障，甚至造成火災(zāi)。由于低壓配電線有一定的阻值，高電流通過(guò)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較高的熱量，熱量無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)散去，就會(huì)導(dǎo)致更高的電流經(jīng)過(guò)，從而形成惡性循環(huán)，尤其是在高溫環(huán)境下，如果熱量超過(guò)絕緣層的承受溫度，就會(huì)造成線路自燃，從而引起嚴(yán)重的火災(zāi)問(wèn)題，影響低壓供配電系統(tǒng)的運(yùn)行，因此過(guò)載故障與短路故障相似，存在火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。

另外，長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)載運(yùn)行，會(huì)造成電路老化，加速低壓配電系統(tǒng)線路的使用期限，還會(huì)產(chǎn)生高溫，使得線路出現(xiàn)斷路的問(wèn)題。除此之外，低壓供配電線路設(shè)計(jì)不合理、導(dǎo)線選擇不規(guī)范、接入設(shè)備功率較大、電氣設(shè)備使用不合理，以及斷路器工作不正常等原因，都會(huì)導(dǎo)致線路的過(guò)載。

2.3 斷路故障分析

在低壓供配電線路故障中，斷路故障屬于常見(jiàn)的一種故障，其主要是線路沒(méi)有導(dǎo)通，從而出現(xiàn)了斷路的情況。由于低壓供配電線路在斷路電，容易產(chǎn)生相應(yīng)的斷點(diǎn)電弧，會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生，從而給低壓供配電線路運(yùn)行帶來(lái)安全隱患。本研究總結(jié)了斷路故障常見(jiàn)的影響因素為：一是架空敷設(shè)的低壓供配電線路，容易受到外力的影響，從而使得線路斷開(kāi)；另外，在敷設(shè)的過(guò)程中，電線受到尖銳、鋒利及堅(jiān)硬的物體劃傷，從而導(dǎo)致線路損壞；二是電線受到自然環(huán)境的腐蝕和破壞，使得線路的絕緣保護(hù)層損壞；三是線路接頭密封性較差，使得正常運(yùn)行的線路，阻值變大，從而燒壞線路，導(dǎo)致線路斷開(kāi)。

2.4 漏電故障分析

筆者根據(jù)自身的工作經(jīng)驗(yàn)，如果低壓供配電線路的絕緣性變差，或者安裝支架材料的絕緣性降低，都會(huì)引起漏電故障。另外，正常情況下，低壓配電線路與相關(guān)線路之間，或者低壓配電線路與大地之間存在一定的電容，此時(shí)，漏電的電流非常小，并且分布均勻，并不會(huì)對(duì)低壓配電線路的絕緣性造成損害，但是一旦受到環(huán)境因素的影響，空氣中的絕緣性下降，在低壓供配電系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，使得線路與地面之間產(chǎn)生了較大的電容，就會(huì)造成漏電的問(wèn)題出現(xiàn)，從而造成嚴(yán)重的影響。

2.5 接觸不良分析

主要是低壓供配電線路由于接觸位置連接性不好造成的，與其他故障類(lèi)似，接觸不良的位置會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大的阻值，從而產(chǎn)生大量的熱，使得線路老化、設(shè)備損壞，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)火災(zāi)。接觸不良故障主要表現(xiàn)在電氣設(shè)備在相應(yīng)的連接處出現(xiàn)松動(dòng)，或者連接處出現(xiàn)了灰塵，從而使得接觸處的阻值變大。

另外，在電氣設(shè)備安裝過(guò)程中，線路連接方式不合理、不合規(guī)，接觸點(diǎn)的壓力不足，接觸面積不夠，都會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)接觸不良的問(wèn)題；除此之外，由于電氣設(shè)備受到外界的振動(dòng)、溫度變化以及開(kāi)關(guān)操作等干擾，會(huì)造成連接處出現(xiàn)松動(dòng)，繼而產(chǎn)生接觸不良的問(wèn)題；由于低壓供配電系統(tǒng)屬于電氣系統(tǒng)，對(duì)于環(huán)境的要求較高，濕熱的環(huán)境會(huì)造成線路生銹、腐蝕等問(wèn)題，從而造成接觸不良的問(wèn)題。

3 低壓供配電線路故障應(yīng)對(duì)方法

3.1 斷路故障應(yīng)對(duì)方法

針對(duì)斷路故障而言，首先要加強(qiáng)對(duì)于低壓配電線路的檢查和維修，通過(guò)定期的檢查和測(cè)量，從而保證線路的連接可靠性，掃除斷路故障的潛在威脅，保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行；另外，還可增加低壓供配電線路中零線的截面積，不僅能夠加強(qiáng)零線的使用強(qiáng)度，還可以保證線路中電流的安全數(shù)值；除此之外，在低壓供配電線路中設(shè)置熔斷器，能夠更好地保證斷路故障發(fā)生時(shí)線路的熔斷，從而保證線路系統(tǒng)的安全。電路的耐熱性能的提升，還可進(jìn)一步降低短路故障發(fā)生的概率，控制線路中瞬間高電流的發(fā)生，避免高的溫度造成線路損壞。

3.2 過(guò)載故障應(yīng)對(duì)方法

過(guò)載保護(hù)器在低壓供配電線路的主干線路上，能夠?qū)^(guò)載的電流進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)線路上出現(xiàn)過(guò)載的情況，就會(huì)及時(shí)地切斷主干線路，能夠降低由于過(guò)載故障對(duì)于低壓供配電線路的影響，從根本上控制電線上的負(fù)荷，從而及時(shí)地阻止線路上高溫的產(chǎn)生，保證線路的安全。

另外，在低壓供配電線路上安裝接地保護(hù)器，可以檢測(cè)線路中開(kāi)閘、合閘等瞬間行為，避免產(chǎn)生相應(yīng)的電弧，能夠避免出現(xiàn)線路自然的問(wèn)題，提高低壓供配電系統(tǒng)的可靠性和安全性。除此之外，電力人員要及時(shí)檢修裸露在外邊線路，避免裸露的線路與地面導(dǎo)通，及時(shí)控制電流的負(fù)荷量，通過(guò)相關(guān)技術(shù)對(duì)裸露的線路進(jìn)行相應(yīng)的接地保護(hù)，從而能夠避免電流過(guò)載的問(wèn)題，從而保證系統(tǒng)安全。

3.3 短路故障應(yīng)對(duì)方法

使用合理的熱磁脫扣、斷路器等器件，從而滿足低壓配電線路的使用，能夠有效地避免線路短路；另外，短延時(shí)脫扣器，不僅僅能夠保證整個(gè)線路的敏感性，還能夠針對(duì)過(guò)載率比較低的電力系統(tǒng)，保證其運(yùn)行的連續(xù)性和安全性，能夠進(jìn)行瞬間動(dòng)作保護(hù)；除此之外，選擇絕緣性和耐熱性好的材料，能夠減少電路系統(tǒng)短路故障的概率，保證低壓配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.4 漏電故障應(yīng)對(duì)方法

使用漏電保護(hù)器能夠有效地避免漏電故障。漏電保護(hù)器能夠在極短的時(shí)間內(nèi)，將整個(gè)電路斷開(kāi)，避免漏電產(chǎn)生相應(yīng)的電弧，避免出現(xiàn)嚴(yán)重漏電故障；另外，在安裝漏電保護(hù)器時(shí)，要采用分級(jí)保護(hù)的方法，將整個(gè)低壓供配電線路按照主干線、總線以及主線不同的等級(jí)劃分，從而針對(duì)不同的部位，合理安排漏電保護(hù)器，保證整個(gè)線路能夠順利切斷；而且還需要對(duì)漏電保護(hù)器進(jìn)行防潮、防火等處理，避免漏電故障的發(fā)生。除此之外，在選擇地線時(shí)，要選擇多芯電線，而且自身?yè)碛袃?yōu)良的絕緣性，保障電氣的連續(xù)性，從而保證足夠的電氣電導(dǎo)。

3.5 接觸不良故障應(yīng)對(duì)方法

針對(duì)接觸不良故障，需要按照檢測(cè)為主，輔之以維修的原則，盡可能排查接觸不良設(shè)備的連接處，并且在連接處進(jìn)行鍍錫操作，增加其牢固度；注重電氣設(shè)備環(huán)境使用檢查，針對(duì)惡劣環(huán)境的低壓供配電線路，要注重進(jìn)行除濕、密封以及除塵等相關(guān)操作，提高電氣設(shè)備連接處抗腐蝕，耐高溫能力，有效降低電阻和溫度，從而保證低壓供配電設(shè)備正常使用。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，對(duì)于低壓供配電線路運(yùn)行的可靠性、安全性提出了新的要求，對(duì)低壓供配電線路的故障問(wèn)題重視程度越來(lái)越高，因此要加強(qiáng)對(duì)于低壓供配電系統(tǒng)線路的檢測(cè)和維修，保證線路的安全、平穩(wěn)運(yùn)行，并且要積極通過(guò)科學(xué)的管理技術(shù)和方法，對(duì)低壓配電線路的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行管理，從而進(jìn)一步保障低壓配電線路的安全性與穩(wěn)定性。