配電線路故障分析及智能裝置診斷研究

陳燁 袁君

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201722137

摘要：配電網處于電力系統的末端，是直接向廣大電力用戶分配電能的網絡，是電力系統中與客戶直接相聯系的一環，對整個系統的供電可靠性影響巨大。電力線路的故障大致可分為瞬時性故障和永久性故障兩大類。其中瞬時性故障占絕大多數。本文主要對配電線路短路故障、配電線路短線故障、電纜故障進行了分析，并對配電線路智能裝置診斷裝置設計進行了闡述。

關鍵詞：配電線路；故障；智能裝置；診斷

1 配電線路的簡介

配電網是電力系統的基礎，直接與電力用戶相聯系，因此，配電網的安全穩定運行與廣大人民群眾息息相關。配電網遍布城市、農村，其線路主要由架空裸導線、架空絕緣導線和電纜線路組成。目前，城市配電網的趨勢是盡量采用電纜或架空絕緣導線，而農村大多數采用架空裸導線。在網絡結構方面，配電網目前分為三種，即輻射狀網、樹狀網和環狀網，其結構示意圖如圖1所示。

配電網是電力生產和供用電的最后一個環節，直接與各種用戶相關聯，也是保證對用戶安全、穩定、連續供電的一個重要環節。但是與輸電網相比，由于配電網的絕緣水平較低，運行環境惡劣，網絡結構復雜，各種防護措施不完善等因素的影響，使得配電網故障率居高不下，極大地影響了配電網的供電可靠性。

2 配電線路短路故障分析

在配電網中，由于短路造成的線路故障占到總故障的70%以上，嚴重影響輸配電線路的安全。所謂的配電系統中的短路，是指相導體之間或相導體與地之間在沒有負載阻抗的情況下而直接的連接，造成輸配電線路中的某一部分電氣過載而遭到破壞。常見的導致輸電線路短路的原因有以下幾個方面：

（1）雷擊或高電位入侵。由于電氣設備的絕緣都有一定的介電強度，也就是絕緣耐壓值。如果超過絕緣耐壓值的極限，絕緣系統將會被擊穿，造成電氣設備過電壓，形成短路。

（2）元件損壞。主要是由于設備絕緣件的老化、設計安裝不合理等原因，造成元件遭受到較大電壓，形成短路。

（3）氣象條件惡化。如架空線路遭受到冰雪、大風等因素的影響，造成電桿倒塌的危險等。

（4）人為事故。如運維人員帶負荷拉閘、檢修完畢未及時拆除接地線等。

（5）動植物造成的短路。如藻類植物生長連接減小了絕緣體之間的距離，小鳥兩只腳站在相導體之間等，都可以引起輸電線路短路。

3 配電線路斷線故障分析

現如今，我國的配電網大多采用絕緣導線架空來進行電路傳輸，采用該方式輸送電，可以有效減少因為“線樹矛盾”造成的各種輸電線路故障的問題。另外，與埋地電纜相比，可以節約道路開挖等施工，節約成本。但是，采用絕緣導線架空進行輸電線路傳輸容易出現雷擊斷線事故。特別是現如今的輸電線路輸電壓較大、輸電線路長，甚至會影響到配電線路的安全運營。

4 電纜線路的故障分析

電纜在工作期間，可能會遭受到外力、電力輸送過載等影響，造成芯線和絕緣遭受到不同程度的損傷，從而造成電纜線路故障。具體來說，有以下幾種故障。

（1）低阻故障，即低電阻接地或短路故障。電纜一芯或者數芯對地絕緣電阻或芯與芯之間的絕緣電阻低于10 Zc（ Zc為電纜特性阻抗，一般不超過40Ω）時，而導體連續性良好者稱為低阻故障。一般常見的低阻故障有單相接地、兩相短路或接地等。

（2）高阻故障，即高電阻接地或短路故障。電纜一芯或數芯對地絕緣電阻或芯與芯之間的絕緣電阻低于正常值很多，但高于10 Zc，而導體連續性良好者稱為高阻故障。一般常見的高阻故障有單相接地、兩相短路或接地等。

（3）斷線故障。電纜各芯絕緣均良好，但有一芯或數芯導體不連續。

（4）斷線并接地或短路故障。電纜有一芯或數芯導體不連續，經過（高或低）電阻接地或短路。

（5）閃絡故障。在電壓達到某一數值時，電纜相間或相對地閃絡擊穿，當電壓降低時擊穿停止。有時即使再提高電壓，也不會出現擊穿現象，而經過一段時間后又會發生。

電纜線路的故障類型是多種多樣的，而致使電纜線路發生故障的原因也是多方面的。常見的主要原因有機械損傷、絕緣受潮、絕緣老化、過電壓、過熱、產品質量缺陷以及設計不良等。

5 配電線路智能裝置診斷裝置設計

自動重合閘裝置在輸電線路的安全運營過程中有著十分重要的影響。但是，由于各種原因的制約，常常會出現自動重合閘盲目跳閘的情況，甚至會影響到故障的判斷。另外，當自動重合閘跳閘后，如果沒有及時合閘，甚至會給電力系統造成更加嚴重的危害。

針對這一現象，研發一種能正確識別線路故障類型的故障智能診斷裝置顯得十分有必要。通過該裝置的啟動，可以自動識別線路故障，以確定是否自動合閘，減少自動合閘的盲目性。

故障智能診斷裝置可以劃分為控制模塊、線路狀態傳感器模塊和人機交互模塊三個部分。控制模塊主要用于對外部接受到的信號進行處理和分析，并且將處理好的信號及時通過傳感器模塊傳遞出去；傳感器模塊主要用于線路故障參數進行采集，并進行信息的傳遞；人機交互模塊用于實現人機交互對話，完成人機信息傳遞。

故障智能診斷裝置的工作原理是：當配電線路發生故障，故障智能診斷裝置將故障信息通過傳感器模塊傳輸到控制模塊。控制模塊接收到斷路器分閘回路的跳閘信號后，斷路器合閘回路閉鎖，并快速處理傳感器發送回來的故障參數，判斷故障類型，確定是永久性故障還是瞬時性故障，以確定是否重新合閘。如果是永久性故障，控制模塊發出重合信號，傳感器將信號傳輸給斷路器，斷路器合閘回路閉鎖，線路恢復正常；若為永久性故障，斷路器停止工作，并將相關報警信息反饋給運維人員。運維人員接收到系統的線路故障后，立即現場查看，解決線路故障。在每次故障處理完畢后，故障智能診斷裝置將會記錄故障相關內容，生成故障處理日志，以便日后調用、查閱和分析。故障智能診斷裝置具體的工作流程見圖2所示。

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6 總結

配電線路發生故障后，應當及時、快速的處理，將故障風險降至最低，恢復供電能力。從本文的研究看出，通過增加故障智能診斷裝置，可以智能識別配電線路故障發生的原因，以決定是否進一步處理。通過故障智能診斷裝置，不僅僅可以提高識別故障的能力，還能提升配電網安全性和穩定性，避免因為故障停電而造成巨大的經濟損失。

參考文獻：

[1]沈海濱，陳維江，王頌虞，等.10kV架空線路雷擊斷線故障的模擬試驗研究[J].電網技術，2011（01）：117121.

[2]高友權.配電系統繼電保護.北京：中國電力出版社，2005.