低壓線路 故障查找與線路保護系統(tǒng)應(yīng)用

國網(wǎng)安徽宿松供電公司 丁正勝

在低壓380伏三相四線制低壓供電系統(tǒng)中，零線斷線是一種常見故障，如：零線被盜割或被大風(fēng)刮斷；施工機械違章操作等外力破壞導(dǎo)致零線斷線；三項不平衡導(dǎo)致零線過流，進而發(fā)展為零線過熱熔斷。而配電負荷大部分為單相負荷，因用戶電器的啟停具有很大的不確定性，所以難以做到三相負荷完全平衡。同時在負荷較重的情況下，供電距離較遠的區(qū)域還易出現(xiàn)末端“低電壓”現(xiàn)象。以上這些都是低壓線路的異常情況。

若發(fā)生零線斷線，則中性點向重負荷相產(chǎn)生位移，使該相電壓降低，而輕負荷相電壓升高。三相負荷不平衡度越嚴重，中性點位移量就越大，負荷側(cè)相電壓就越不對稱，電壓畸變越嚴重，一旦中性點位移偏大，就不可避免地引發(fā)過電壓燒毀用戶電器的事故。如果人體接觸這些電器和設(shè)備的外殼，就會造成觸電傷亡事故。

雖然供電企業(yè)對用戶電器燒毀一般都投了保險，但是保險規(guī)定燒毀電器只能修理不能更換，用戶反應(yīng)強烈，若處理不當(dāng)，供電企業(yè)將面臨責(zé)任界定、銷售電量、經(jīng)濟賠償?shù)葥p失，并導(dǎo)致與用戶關(guān)系緊張，致使社會不穩(wěn)定因素增加，更重要的是影響了供電企業(yè)的優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平，嚴重損害了供電企業(yè)的良好社會形象。

供電服務(wù)質(zhì)量問題

在低壓380伏三相四線制農(nóng)村電網(wǎng)系統(tǒng)中，故障查找是一個令人頭疼的問題。目前，當(dāng)農(nóng)村低壓電網(wǎng)因出現(xiàn)用電事故而停電時，供電所工作人員通常不能在第一時間獲悉停電情況，而是等用戶進行投訴后，才知道哪個臺區(qū)的低壓線路停電了。

而且，農(nóng)村以留守老人和兒童為主，他們的安全用電、科學(xué)用電知識不足，也不能準(zhǔn)確表述供電故障。通常情況下，老人和小孩會向在外地打工的子女或者父母打電話抱怨，而這些在外打工者就會直接撥打95598投訴，將問題說得很嚴重。由此，就會導(dǎo)致某些農(nóng)村供電所的投訴率急劇提高。同時，在國家電網(wǎng)公司現(xiàn)有的評價體系中，投訴率高必然意味著服務(wù)質(zhì)量差。服務(wù)質(zhì)量差就會影響到供電所的服務(wù)評價水平，進而影響到供電所工作人員的收入。

如何提高農(nóng)村電網(wǎng)低壓臺區(qū)供電可靠性，變被動查找為主動查找，降低客戶的投訴率，也是擺在農(nóng)村供電所面前的一個難題。

農(nóng)村用電質(zhì)量問題

在低壓380伏三相四線制的配電系統(tǒng)中，如果三相負荷平衡，零線中的電流應(yīng)該很小，這是基本常識。但是，越來越多的現(xiàn)象正在顛覆這個常識。例如，某建筑物四周的燈箱廣告，采用帶有電子鎮(zhèn)流器的熒光燈照明。三相線路的負荷均衡，每相電流大約為90安，但是零線電流卻達到160安。

圖1 單項整流器的電路與電壓、電流波形

實際上，零線電流過大的現(xiàn)象現(xiàn)在越來越普遍。為什么三相電的負荷平衡，零線上卻還是會出現(xiàn)大電流，并且電流達到相線電流的150%以上呢？這是由于整流電路導(dǎo)致的。

圖1下部所示的是一個典型的單相整流電路，這種電路從電網(wǎng)吸取的電流為脈沖狀，如圖1上部所示。

圖2 相線上的脈沖電流在零線上疊加

當(dāng)相線的電流波形為正弦波時，如果它們相差120度，并且幅度相同，在零線上矢量疊加的結(jié)果是總和為零。這是大家所熟悉的。

但是，如果相線上的電流是脈沖狀的，并且相差120度，則他們在中線上疊加的結(jié)果如圖2所示，零線上的脈沖電流是相互錯開的，無法抵消。在一個周期內(nèi)，零線上的脈沖電流有3個，因此零線上的電流是各相線電流的總和。按照電流有效值的算法，零線上的電流是相線電流數(shù)量的1.7倍。

如果整流電路電流的脈寬大于60度，就會在中線上發(fā)生重疊現(xiàn)象，這時中線上的一部分電流發(fā)生抵消，實際的零線電流會小于相線電流的1.7倍。

同時，隨著農(nóng)村生活水平的提高，農(nóng)民家庭也購買了大量的家用電器，其中也有大量使用整流電路的情況。上面分析的由于零線過流問題而導(dǎo)致的零線斷線現(xiàn)象，也時有發(fā)生。國家電網(wǎng)公司供區(qū)內(nèi)每年都會發(fā)生大量燒壞燒毀家用電器的現(xiàn)象，因此，電網(wǎng)公司也陪了不少錢。并且在農(nóng)村地區(qū)逐漸引入“煤改電”取暖方式后，這種情況會越來越嚴重。

而且，這些多發(fā)生于農(nóng)村，而城市則很少見。究其原因，是因為城市是三相五線制，而農(nóng)村則采用三相四線制公用變壓器供電方式。當(dāng)三相四線制的零線因事故而斷開，同時，其余三相負荷不平衡時，將引起低壓的各相電壓畸變，從而導(dǎo)致某相的負載電壓升高而造成該相部分電器燒毀，而這部分用電設(shè)備退出運行后，該相負荷更輕、相電壓更高，如此形成惡性循環(huán)，直至該相負荷全部燒毀或退出運行。同時，零線斷路點后側(cè)電器外殼漏電時，相當(dāng)于帶相電壓，一旦人體接觸這些電器和設(shè)備外殼，就會造成觸電傷亡事故（見圖3）。

圖3 電器結(jié)構(gòu)圖

故障查找及斷零保護系統(tǒng)

為杜絕此類事故發(fā)生，同時提高農(nóng)村低壓線路的故障查找水平，國網(wǎng)安徽宿松供電公司在10千伏配網(wǎng)智能架空線路故障查找系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，成功研發(fā)出低壓線路故障查找及斷零保護系統(tǒng)。它實現(xiàn)了兩種狀態(tài)的故障報警與線路保護：

1.該系統(tǒng)將農(nóng)村380伏低壓電網(wǎng)，分成有多個分支的網(wǎng)狀系統(tǒng)，當(dāng)某個分支失電時，裝置將發(fā)送報告到后臺主站系統(tǒng)，通知低壓臺區(qū)某一臺低壓分支停電了。這時，供電所工作人員就會主動上門維修，變被動停電維護為主動停電維護，從而降低用戶的投訴率。

2.在檢測到三相四線制供電系統(tǒng)零線斷線后，在零線斷線點后側(cè)自動投入臨時工作接地點，使三相電壓達到基本平衡，用戶電壓在用電設(shè)備額定范圍內(nèi)，保證設(shè)備的正常運行和防止事故的進一步發(fā)展。另一方面，在檢測到斷零故障后及時動作，可使變壓器下面綜合配電箱跳閘，避免燒毀電器。同時，將故障信息發(fā)送到后臺的故障查找系統(tǒng)，通知相關(guān)人員上門維修。完成維修后，系統(tǒng)自動恢復(fù)原來的零線供應(yīng)。

3.提供三項不平衡報警。系統(tǒng)出廠時，可以設(shè)定三項不平衡報警值。當(dāng)發(fā)生不平衡情況并達到報警值時，系統(tǒng)可以自動報警，供電所工作人員可以根據(jù)報警信息動態(tài)平衡線路負荷。

4.對農(nóng)電低壓線路的末端電壓值進行實時監(jiān)控，可以監(jiān)測末端電壓的“低電壓”情況，為“低電壓”治理提供依據(jù)。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)由前端的智能故障指示線路保護裝置、物聯(lián)網(wǎng)云端系統(tǒng)以及手機APP組成。

用戶主要依靠安裝在手機上的APP獲得相關(guān)的設(shè)備信息，并對整個系統(tǒng)進行參數(shù)設(shè)置和更改（見圖4）。

圖4 低壓線路故障查找及斷零保護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)功能

故障采集。實時監(jiān)聽智能故障診斷裝置的上報報文，對接收到的故障報文進行解析，獲取故障數(shù)據(jù)。

故障實時分析。對線路發(fā)生失電故障、斷零故障等等幾十種故障進行分析并發(fā)出提示信息，能極大降低電網(wǎng)維護管理人員的工作量和勞動強度。

故障定位?；诘蛪号_區(qū)電網(wǎng)拓撲關(guān)系，綜合各智能故障診斷裝置的故障數(shù)據(jù)和臺區(qū)出線開關(guān)、漏保開關(guān)的狀態(tài)信息，實現(xiàn)故障點的智能定位。

故障歷史信息分析。針對故障歷史記錄進行各種分析，比如按線路、供電區(qū)、行業(yè)等進行統(tǒng)計。

設(shè)備管理。實現(xiàn)智能故障診斷裝置的管理，包括設(shè)備臺賬、安裝地點、手機號碼等內(nèi)容的錄入、查詢、瀏覽等功能。

短信通知用戶。主站可以通過用電信息系統(tǒng)，獲知該低壓線路的具體用戶目錄，將故障停電信息發(fā)送到用戶手機上，從而降低用戶投訴率。

工作原理

應(yīng)用低壓線路故障查找及斷零保護系統(tǒng)，需要在低壓線路上安裝低壓故障指示與斷零保護裝置（DLB-I）。

失電判據(jù)：DLB-I裝置直接檢測相電壓，當(dāng)相電壓低或無相電壓時，可判斷該線路的相電壓失電（見圖6）。

斷零保護判據(jù)：DLB-I裝置利用零線斷線故障時，由于三相負載不平衡導(dǎo)致的各相電壓不平衡形成保護判據(jù)，在準(zhǔn)確判斷故障后，自動投入臨時工作接地線，使三相電壓基本保持平衡，以此保證用戶設(shè)備正常工作（見圖6）。

圖5 低壓故障指示與斷零保護裝置（正面與側(cè)面）

同時，該系統(tǒng)還能將故障信息傳送至供電公司的故障查找物聯(lián)網(wǎng)云端上。故障查找系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)云端綜合判斷后，將故障信息發(fā)送到相關(guān)檢修人員的手機上，提醒檢修人員查找故障點，以盡早排除故障，保證用戶用電的安全性并提高供電可靠性。另外，該系統(tǒng)也可以將故障引起的停電信息發(fā)送到線路所帶的用戶手機上，及時與用戶保持溝通，提高用戶的滿意度，降低投訴率。

圖6 低壓故障指示與斷零保護裝置原理圖

安裝位置

本裝置安裝在農(nóng)村低壓線路支線的某一根適當(dāng)?shù)碾姉U上，前面任何位置出現(xiàn)零線斷線和失電時，都能起到報警和保護作用（見圖7、圖8）。

系統(tǒng)應(yīng)用

運維人員用手機號登錄，可以實時了解自己負責(zé)的配電線路的運行情況。當(dāng)故障發(fā)生時，運維人員會知道線路發(fā)生了哪些故障（接地、短路），哪些故障在哪些相線上發(fā)生。

在低壓線路這一側(cè)，也能夠?qū)崟r得到線路的三相末端電壓等實時數(shù)據(jù)。用戶可以根據(jù)線路數(shù)值，配合換相開關(guān)等設(shè)備調(diào)整線路的負荷狀況，從而達到負載均衡和三相不平衡治理的目的。同時，當(dāng)發(fā)生“低電壓”現(xiàn)象時，也可通知供電公司進行線路調(diào)整。

圖7 安裝方式

圖8 安裝應(yīng)用現(xiàn)場