低壓臺區架空線路零線帶電故障快速定點裝置研究方案

伍振園，虞浩文，龍 江，唐 明

（1.廣西電網有限責任公司桂林供電局，廣西 桂林 541002；2.珠海華網科技有限責任公司，廣東 珠海 510382）

0 引 言

低壓臺區線路由于受電壓等級低、用戶分散性強以及智能設備應用率低等因素限制，導致當線路發生故障時的檢修效率低下。低壓臺區零線帶電故障發生次數逐年增加，嚴重威脅居民的生產生活。傳統的零線故障查找主要包括分段查找排除、分相拉閘停電排除等，不僅耗費人力、效率低下，而且頻繁停電導致發生各類投訴事件，嚴重影響電網公司的形象。所以，如何及時發現并快速定位低壓臺區架空線路零線帶電故障，提高架空線路的運行和管理水平，是多年來線路維護中的難題。隨著國家對供電可靠性要求的提高，尤其是智能電網建設的需求，迫切需要解決這一問題[1-2]。針對低壓臺區零線帶電故障這一問題，本文在總結前人研究的基礎上，提出低壓臺區架空線路零線帶電故障快速定點裝置研究的方案，以期為解決這一問題提供有益參考[3-4]。

1 低壓臺區線路簡介

低壓臺區供電系統正常運行時的電路為三相四線制TT接線方式，如圖1所示。該種系統運行過程中，零線只在靠近變壓器側接地，其余部分的零線不再重復接地。該種TT方式的供電系統主要適用于用戶較為分散、以架空線路為主的低壓配電網[2]。

圖1 低壓臺區TT接線方式示意

2 零線帶電故障原因

在TT形式的供電系統中，當系統正常運行時，零線中無電流流過或者僅有微弱電流通過。但是，當某些故障發生時，可能會引起零線帶電[1，3-4]。

2.1 零線斷線

圖2為零線斷線示意圖。由于低壓臺區架空線的高度相較與高壓輸電線路高度較低，且環境復雜，容易受外界的一些不可抗因素干擾，導致發生零線斷線事故。相線電流由用戶電器流向零線，導致零線帶電，用戶無法正常用電。

圖2 零線斷裂

2.2 變壓器接地電阻偏大或接地引線斷裂

由于在接地體的設計、施工中未嚴格按照接地電阻的考核指標進行操作，導致接地電阻值遠大于標準；接地體引上線處于土壤和空氣的交界處，容易發生腐蝕現象，導致接地體引上線變細或者斷裂，相當于增加了接地電阻的水平，如圖3所示，導致中性線開路，使中性線電壓升高而帶電。

圖3 接地體斷裂

2.3 相線接地故障

圖4為線路A相發生接地故障，故障電流將流入接地體導致零線帶電。

2.4 三相電流不平衡

三相電流不平衡的原因較多。電源輸出的三相電流本身不平衡，低壓臺區變壓器在電壓等級轉換過程中，由于開關未能同時開斷或接觸不良或者三相負載不平衡，均能引起三相電流不平衡，進而使電流流過零線。

圖4 相線接地短路

3 零線帶電故障傳統檢修方法

當發生零線帶電故障時，必須在最短的時間內找到故障發生的原因和位置。

3.1 分段檢測

分擔檢測法的實質是測量零線電流的大小來定位故障發生的位置，所以也可以稱其為電流檢測法。具體實施步驟：按照先干路后支路的方法，將線路劃分為若干個片段，篩選每個片段的零線，通過電流表測量選擇出帶電區域，然后再進一步細篩。該方法耗時較長，有時還需要頻繁開斷開關，效率低下，但是能夠準確找到零線帶電（斷線）發生的區域。

3.2 分相檢測

對三相線路依次停電進行檢修，用交流電壓表測量停電相與零線之間的電壓，若某一相與零線之間的電壓為0，則故障發生在該相。這種方法用于相線對地短路故障引起的零線帶電，且僅能將故障定位到某一相，要確定具體的故障點還需進一步檢修。

3.3 電壓法檢測

當確定短路相線后，通過測量零線與零電位參考點之間的電壓值，若某一處的電壓測量值最大，則可定位該處即為故障發生點。該種方法是在分相檢測法基礎上實施的改進方案，可以與分享檢測結合使用。

此外，在文獻[5]中還針對零線帶電故障總結了一套原因判斷查找方案流程圖，如圖5所示。但是，該種流程的實施仍要需要耗費大量的人力、物力，操作也較為繁瑣，與目前智能電網建設的目標不一致。

4 零線帶電故障預防措施

關于如何降低零線帶電故障的發生頻率，維持低壓臺區電力線路安全穩定運行，主要是基于對以往零線故障發生的原因進行歸納總結，在分析零線帶電故障原因以及解決方法中總結一些零線帶電故障預防行之有效的措施。

針對變壓器和零線接地體腐蝕或者意外斷裂、接地阻抗不達標的情況，需要定時使用專業的接地阻抗測試儀，按照規程的測試步驟測量接地體的接地阻抗，有效規避因為接地阻抗超標而引起的零線帶電故障。

關于三相電流不平衡引起的零線帶電故障，要從電力系統規劃設計之初便開始關注，盡量使三相線路的負載均勻分配。還需要從三相電源的角度進行考量，保證三相電源輸出電流本身平衡也是關鍵性的一步。此外，需要保證低壓臺區三相開關均可靠接觸，避免因為某一相開關接觸不良而引起的三相電流不平衡。最后，需要注意零線本身的質量和施工工藝，避免因為零線材質不佳導致零線斷裂等事故。

圖5 零線帶電故障原因判斷查找流程

5 零線帶電故障快速定點裝置研發

本項目在消化和吸收現有技術的基礎上，針對低壓臺區架空線路零線帶電故障檢測開展研究，提出低壓臺區架空線路零線帶電故障快速定點裝置研發方案，率先實現低壓臺區架空線路零線帶電故障的快速定位，提高架空線路零線帶電故障判斷準確率，便于檢修人員及時排查故障，增加低壓臺區線路的運行可靠性。

5.1 低壓臺區架空線路零線帶電故障快速定點裝置仿真研究

利用有限元仿真分析軟件，搭建架空線零線仿真物理模型，給出仿真流程，對零線帶電故障進行仿真分析；研究零線帶電故障判據，基于仿真分析對零線帶電故障進行特征提取，實現故障的快速診斷；研究故障快速定位方法，基于ATP-EMTP軟件仿真研究故障的幅值判據，實現故障的快速診斷。

5.2 低壓臺區架空線路零線帶電故障快速定點硬件研究

研究高精度電子式零序電流互感器設計方法，提出副邊最佳匝數和原邊最小電流的計算公式，仿真研究鐵心最佳工作點的選擇方法；研究硬件抗干擾技術，如電源抗干擾、電路保護以及電路板屏蔽等，以保證裝置穩定工作；研究信號預處理電路設計方法、數據采集及處理方法及無線傳輸方法；研究軟件噪聲濾波、不對稱電流快速計算等算法，提高裝置的可靠性和靈敏度；基于實驗室典型故障，建立零線帶電故障判斷模型，設計零線帶電故障類型識別模型，提高故障類型診斷準確率。

6 結 論

針對低壓臺區零線帶電故障這一問題，在總結現有零線帶電故障原因及檢測方法的基礎上，給出預防零線帶電故障的有效方法，并提出低壓臺區架空線路零線帶電故障快速定點裝置研究方案。提出的低壓臺區架空線路零線帶電故障快速定點裝置研究思路，可以提升在低壓臺區架空線路零線帶電故障診斷的技術水平，實現低壓臺區架空線路零線帶電故障的快速定位，提高低壓臺區線路的運行可靠性和低壓臺區線路的運維管理水平。下一步研究中，將針對提出的裝置研發方案進行工程實驗，進一步檢測所提出方案的可行性。