配電線路常見故障與配電設計可靠性分析

棗莊市第一人民醫院 張宏兵

1 影響供電可靠性的配電線路常見故障

可靠性供電是醫院供電質量的重要指標，但很多用電設備在使用過程中由于電源連續性供電，電負荷過大（核磁、CT、伽瑪刀、鍋爐、中央空調、電梯、照明系統等）、功率大、耗能大，日負荷曲線變化也大，使導體支持絕緣物發生性狀改變，為配電線路短路、斷路埋下安全隱患。此外，由于應用率高，各用電設備零部件發生摩擦、重物壓軋、受潮、腐蝕等現象，或供電線路和電力設備長時間失修、陳舊老化、絕緣物損壞、脫落、鐵芯局部熔毀，也會出現配電變壓器、線圈間短路、斷路、對地擊穿，引發醫療電器短路、斷路，出現安全故障。

1.1 開關開斷、關合類載流故障

開關開斷、關合類載流故障主要集中發生在7.2～12kV電壓等級上，例如當一部分10kV電力系統少油、真空斷路，運行較長時間后，出現三相不同期、噴油短路、連接點過熱、掉瓷、滅弧室燒損、操作桿卡環、脫落等現象，最終導致部分配件及線路老化，影響醫院供電需求及供電改造。

1.2 配電室故障

醫院最大的供電中心就是配電室，不合理的配電很容易出現故障。故障出現在電纜線路中間和末端，多數情況下均由外力損傷（電纜敷設施工不規范、土建施工在直埋電纜上，或接頭壓接不緊等）、絕緣受潮（接頭進水、滲入水蒸氣、制作不合格）、三相負荷不平衡、長期超負荷運行導致（電流的熱效應加速絕緣的老化）。案例1（長期超負荷運行導致）：在某醫院中，巡查人員發現630kVA變壓器隔離開關觸頭變黑。其低壓母線排為鋁排，隔離開關為銅排，因是不同種類金屬的不同特性，出現了電化腐蝕，使金屬接頭兩端電阻增大。當用電負荷增大，大電流通過時，熱效應原理使觸頭溫度升高，發生變色。案例2（配電室三相負荷不平衡）：若三相電流或電壓幅值不一致，幅值差會超過規定標準值，影響變壓器的安全和壽命，降低電動機過載能力，使其中一項負荷過大，引起跳閘現象[1]。

1.3 電流互感器故障

1.3.1 絕緣熱擊穿

電流互感器絕緣結構多為電容型結構（220kV電壓），因絕緣體一般厚度較大，皺褶較多，在高電壓和大電流作用下，介質出現損耗，使絕緣體溫度升高，此時若絕緣部分包裹松動。初級繞組的支撐螺母松動、夾板松動、焊接不良等，端子會屏蔽引線接觸，也會出現絕緣熱擊穿。若真空密封結構和材料處理不當、浸漬不徹底、受潮，也會導致絕緣下降出現擊穿。

1.3.2 局部放電

醫院場所電容屏多由串聯電容芯構成，外由電纜紙的連續纏繞組成，正常狀態下220kV電壓均勻分布，但在此過程中，受工藝和質量差異性的影響，尺寸和排列有一定的不合理性，電容極板光滑度和平整度較差。此外，若絕緣材料包裹不嚴，沿電流互感器局部固體絕緣的電場強度達到一定值時，電容屏斷裂或錯位,使電流互感器均壓特性被破壞，出現局部放電故障。

1.3.3 變壓器受潮

結構不合理或膠墊松動使端部密封不良,電流互感器絕緣穩定性變差，長期存積水分,在工作場強的作用下,主電容屏擊穿,出現故障。檢修中設備暴露在大氣中后吸收過多空氣中的水分，損壞油的絕緣強度、腐蝕銅、鐵等金屬，使冷卻器銅管分裂,水進入變壓器。

1.4 變壓器著火

變壓器著火可能會出現變壓器的零件松動的情況，發出“嗡嗡”“哇哇”聲響，或繞組導線擊穿產生的聲響；若變壓器滲油或滲水時，引起油位過高或過低，出現溢油、假油位，或油標管堵塞，變壓器內部引出線乃至線圈外漏，導致內部放電等情況。若正常情況下，變壓器油是冷卻和絕緣的，但當長時間過熱運行或殼體進水，吸收潮氣，油質發生質變，油色異常，酸值增高，閃點降低，絕緣強度降低，油箱內絕緣油燃燒，容易繞組匝間短路，與外殼之間發生擊穿放電，發生事故。

2 配電系統的合理設計

2.1 TN供電系統

2.1.1 供電系統范圍

電氣專業角度將醫療場所分成三類《建筑物電氣裝置第7-710 部分：特殊裝置或場所的要求醫療場所》 GB16895.24—2005/IEC60364-7-710：2002，分別為0類場所、1類場所、2類場所。

在0類和1類醫療場所中的TN系統，配備剩余電流保護設備RCD可以用低壓安全保護裝置，例如手術臺驅動的供電回路、X 光機的回路，以及額定功率在5kV 以上的大型設備的回路，這些電氣設備不用于維持生命，漏電時可以斷開主電路保護器，不會對患者造成重大影響，醫生的診斷或治療可以重新開始。

2類場所中應保證設備對病人的直接漏電流不超過10μA，同時保證在漏電流或過電流狀態下能不間斷供電，外科手術的醫療電氣設備和系統，其供電回路必須采用IT供電系統[2]。

2.1.2 IT供電系統

醫用隔離變壓器。隔離變壓器專用于醫療IT系統，繞組間雙重絕緣，減少電磁干擾，配置PT100溫度傳感器監測變壓器溫度。

醫療智能絕緣監測儀。通過微控制器技術，具有集成度高，體積小巧，安裝方便的特點，主要應用在手術室、重癥監護室等2類場所。

電流互感器。絕緣監測儀是配套使用的保護型電流互感器，最大可測電流60A，變比是2000∶1。

2.2 照明系統

2.2.1 指標和規范

醫院有大量多點位的一級負荷和多種單相非線性諧波源負載，隨著X光機、核磁共振、B超、CT機等急救等醫療設備供電系統的不斷擴充和持續性、長時間的應用，醫院的配電設計應結合《醫院能耗監管系統建設技術導則》規定，完善用電指標，提高電能質量，一般情況下，用電指標一般在70～80VA／m2。

2.2.2 各科室照明標準與設備

各科室照明標準與設備見表1。

表1 照明場所與設備

2.2.3紫外線燈的配置

醫院配置紫外線燈主要是消毒殺菌，減少疾病傳播風險。一般情況下，相關科室（手術室、候診室、呼吸科、血庫、婦科、傳染科、衛生間）安裝功率密度為1.5～3W/m2），15～20m2內設置1盞效率0.8 的燈具（石英玻璃管）；傳染病房、污染區、衛生間、過道等需要高度殺菌，需要在15～20m2內設置2～3盞紫外線燈[3]。

2.2.4 急救中心、急診ICU配電設計

急救中心、急診ICU 為一級負荷配電，急診化驗注射、輸液按一級負荷配電。建議設三段母線，為急診照明干線、動力干線、應急干線、照明及動力干線，引自變壓器不同母線段，應急干線引自變電所應急段，應急干線每層安裝兩個插接，引至照明和動力配電箱，作為備用，其容量應按兩段干線容量之和設計，以保證整個急診區域的可靠性供電。

2.2.5 動力系統配電設計

電梯（醫用電梯、污梯）、熱力站設備（采暖系統機組、潔凈空調機組、普通空調機組）等，均由配電變電所不同低壓母線段兩路電源供電，末端自投。

3 配電運檢管理措施

3.1 絕緣子布線

導線絕緣強度應符合電源電壓的要求，例如220V 電壓的絕緣導線必須配備250V 級以上的，380V電壓絕緣導線必須選用500V級?；虿捎妙~定電壓1.8/3kV以上的電纜敷線。

3.2 敷設線路

單芯電纜敷設，固定在槽溝內，并配熔斷器及保護裝置（瓷管、硬塑料管），以減少導電部分間的直接接觸，解決短路、斷路問題。

3.3 保電運檢管理

對線路接頭、用電線路等重點部位進行紅外測溫，編制“一線一案”的線路保電方案，按照“先復電，后搶修”的原則進行故障處理，并安排500kW 發電車為醫院作好應急保障，第一時間完成負荷轉供電，保障醫院內可靠供電[4]。

3.4 變壓器絕緣的干燥處理

當變壓器繞組的絕緣電阻、介損值等指標降低時，需要進行干燥處理，將絕緣材料中的水分轉移、排走，可以通過熱油循環干燥。變壓器油適配表見表2。表2 中的搶修方案如下，當配電室故障搶修三相負荷不平衡時，可以更換隔離開關，或重新規劃合理布線，量能分配，或增加變壓器容量；此外，當變壓器滲油或油位不穩時，用氣體繼電保護將其跳閘、切斷電源停電檢修，或對絕緣油進行過濾處理，保證變壓器內溫度不超過85℃，小于100kVA 的變壓器，熔絲額定電流按變壓器額定電流的2～3 倍選擇，大于100kVA 的變壓器，按照其1.5～2 倍選擇。由架空導線引入的變壓器，配置避雷器。

表2 變壓器油適配表

變壓器絕緣的干燥處理方法步驟是在注油前，檢查變壓器內部是否清潔到位，并取油樣檢查，合格后方可注油。此外，應當注意散熱器和變壓器連接的閥門全部關閉，避免散熱；抽真空是將抽真空油箱、變壓器油管路、濾油機、儲油罐連接好，保證真空狀態；注油是將變壓器與真空泵抽真空管路相連，從器身上方閥門注入油箱。油位高出鐵芯上沿100～105mm。油溫控制。變壓器20℃以下，應熱油循環加熱到50～70℃。放油是通過器身上部閥門向變壓器注入，變壓器油應符合標準GB 2536—2011。循環時間是2500kV變壓器為48h；20～330kV變壓器≥24h。