低壓配電線路短路故障分析

【摘要】隨著電力業的發展，低壓配電系統在如今的供電系統中發揮著很大作用。現代電網事業中，由于人員操作不當以及電路老化的因素，常常會出現電路故障問題，其中包括線路的斷路和短路故障等。筆者通過對低壓配電系統中電路短路情況的簡析以及相關防范方案的討論，供該行業參考借鑒。

【關鍵詞】低壓配電;線路短路;故障分析;防范措施

1.引言

低壓配電系統是整個電力系統的重要組成部分，它與人們的日常用電生活息息相關。因此，很多線路的故障問題都發生在低壓配電系統中。短路故障是線路故障中的常見問題，如果不采取合理的預防及整治措施，就會造成十分嚴重的后果，甚至引發安全事故。所以對于短路故障隱患的防治也成了現代電力維護事業的重要方面。

2.低壓配電線路短路概述

2.1 低壓配電網特點及維護

在低壓配電網中，與變電系統相關的電氣設備是由變壓器、電容器、回路以及電纜等部分組成。此外，低壓配電的設備是由電纜、支架及電線等構成的。在有關照明設備中，主要是是由熔斷器以及漏電保護器和開關、接零地線構成的。普通的低壓配電系統需要按要求進行維護工作，對低壓配電裝置如開關及接觸器，都必須在每月進行仔細認真地查看，主要的檢查內容應該是相應開關的接觸良好性，還要對相關配電信號及警告是否處于正常情況做檢查。此外，對于功率的檢查要做細致認真，最重要是要對所有地方接觸點進行溫度測驗工作，以確保低壓配電系統的電網安全。

同時，每一年都要對相關的低壓設備避雷裝置進行排查，以保證避雷器的完整，能夠正常的使用。對于地線上的電阻還需要進行實際的測量，并仔細檢查在線路上各接頭是否存在松動或氧化的問題。儀表及時校正也是十分重要的工作之一，與之相關的供電回路的電流也要進行詳細的檢查及測試，要求在供電回路上的電流上絕不能超過額定允許數值，避免線路的損壞，引發安全事故。因此，對低壓電網的維護工作也是十分重要的。

2.2 低壓電網短路故障的常見情況分析

在低壓配電網中，常常會出現電路故障問題，包括線路的短路及電路問題等。而其中所謂的短路，就是指在電網系統發生短路后會出現的相與地、相與相間的連接情況。但單項短路情況是其中最為常見的。發生短路時，低壓的短路電流數值會比原來增大十多倍，有時甚至會增大到上百倍。

除此之外，低壓短路問題還會使電網上的電壓快速下降，特別是在靠近短路部分的電壓會下降得更迅速。同時，這樣的短路問題還存在著較大的危害性。[1]線路短路的情況有很多種，其中一般的低壓短路特征如下：

（1）短路時會造成熱穩定效果破壞，進而很可能引發線路及相關電器設備的損壞情況。

（2）在線路發生短路故障時，會造成電壓的快速降低，越靠近短路部分的電壓就會下降越迅速，這樣會讓大部分的供電系統受到影響甚至損壞。

（3）不對稱的接地短路故障將造成回路電流的不穩定，這會對通信系統的信號造成很嚴重干擾，有時甚至會危害到人員的生命安全，造成巨大損失。

此外，電網短路中的線路電光短路故障也是十分典型的，其主要類型如下：

（1）第一種為串聯電弧故障。如圖1中的（a）圖所示，故障的電弧是和線路的負荷呈串聯相關性，串聯的電弧是導線由于長期的彎折或受外力影響而造成電路的開斷形成的。

（2）第二種為并聯電弧故障。如圖1中的（b）圖所示，故障的電弧是與線路的負荷呈并聯相關性。并聯的電弧是由于各極性導體在意外情況下的自由碰觸造成的。

（3）第三種為接地電弧故障。如圖1中的（C）圖所示，接地的電弧由于相線與設備外殼或其他接地電位的物體間產生的。一般接地故障電弧是歸入并聯故障的電弧。此外，接地故障的電弧可能會在裸露的導線與設備外殼接觸或是釘子刺破線路的絕緣層等情況下出現。

圖1 線路電光短路故障不同類型的分析圖

2.3 低壓配電電路的檢測方式

由于電路事故的隱患，為防范短路故障，對低壓線路做必要的檢測是十分需要的。低壓配電網中的電路檢測工作的方法有很多種，其中最常用的是利用小型的波型電流檢測方法，該方法是利用小波變換的信號來進行檢測的，并采用三次二進小波的變換來對短路的電流做詳細分析，還要將第四尺度的分量作為故障判斷的具體根據。形態小波上建立的低壓系統模型，結合計算機實驗結果及結論，都表明采用小波形態濾波的方式不僅能夠積極提取有關短路故障的分析，還可以排除其他干擾，對線路有全面的檢測報告。

3.防范低壓配電網中短路故障隱患的有效措施

3.1 設立移動變電站

設立移動的變電站可以縮短低壓供電的距離，來減小短路回路的阻抗，并提號遠端的兩相短路電流數值。雖然該種方法對制造業及石油的開采企業來說沒有大礙，但是針對煤礦的企業，如果采用該方法也會有不足：首先其在掘進方面，由于規定移變不能掘進巷道，而只能放在進風的巷道里，由于掘進巷道的總長達數千米，造成移變低壓側線路仍十分長。如果在這種情況下使用移動變電站，則不能夠達到預期目的。其次，在采煤企業的順槽中雖然使用移動變電站可使低壓供電的距離降低到幾百米，但正像前面所說的在低壓線路的阻抗占短路回路阻抗的份額很小情況下，如果盲目縮短供電距離，不能使線路末端短路的電流值提升，反而會引發更大的短路危害。

3.2 增加低壓電纜的截面或并聯電纜

通過這樣的方法可以減小短路故障時回路的阻抗，以此增大線路短路時的電流值，從而達到正確區分遠端線路的短路狀態以及大容量變壓器設備的起動狀態。然而，采用這種方法會出現一些問題。如在有些低壓供電的系統中，由于低壓電纜的阻抗在回路中的總阻抗大小上只占十分小的份額，僅僅是靠加大低壓電纜的截面是不能使短路的回路阻抗下降很多的，同時短路的電流數值也不可以得到很好提高。并聯電纜會使低壓線路接線環節變多，接線端子處就會容易發熱，這樣造成接觸電阻的變大。在線路發生的短路時候，回路的總阻抗仍然比較大，實際的短路電流值會小于理論值，在發生遠端短路的故障時，相應的保護裝置就可能不運作。其次，由于對電纜的投資增加很多，會造成機電的安裝維護工作量變大大。電纜是在供電系統中安全的薄弱之處，如果并聯電纜會使增多電纜的用量，同時也就會增多故障易發生點，這樣對工廠安全沒有益處。此外，受電氣設備的進線裝置數量的限制，電纜的截面也能增大的很多。

3.3 完善電壓取樣的短路保護裝置

有效的電路保護裝置能夠很好地應對突發的短路事故，主要是由于電路的短路保護與線路短路電流值大小基本無關。短路的點出現在線路何處都會讓供電線路的末端電壓為零或下降，會相比線路上的大容量設備的線路末端電壓低，所以從線路的末端進行電壓取樣的短路保護方法，能夠有效將設備的起動情況以及短路情況分開，這樣就不會出現拒動及誤動的隱患。由于無論供電線路多長，在發生短路時末端電壓會變為零或下降十分多，所以在滿足線路起動壓降要求下，如果從末端進行電壓取樣的短路保護，一定能夠保護整條供電線路的安全。

如果是線路出現弧光短路問題，其線路的末端電壓也會大幅度地減小，采取電壓取樣的短路保護可以在弧光短路瞬間，根據電壓下降情況的特點，迅速實現保護行動。[2]同時由于電壓取樣短路保護與線路電流值的大小是無關的，所以在滿足電機起動壓降的需要，就可以省去并聯電纜的成本及相關安裝和維護的工作。此外，電壓取樣的短路保護方法在安裝使用的過程中，不需要進行整定，十分方便實用，且保證電路的安全。

4.總結

面對低壓配電網中的線路短路隱患，必須要有科學的方案進行防范和處理。線路的短路故障有很多種類，不同的類別有各自的解決措施。完善長距離輸電線的安全保護裝置，能夠起到有效減少短路問題的作用。

參考文獻

[1]楊藝.低壓故障電弧檢測概述[J].低壓電器，2009（5）.

[2]李冀昆.牽引供電新型異相短路保護原理的研究[J].電力系統保護與控制，2010（22）.