低壓配電系統(tǒng)故障分析

羅德文

摘 要：在社會(huì)主義事業(yè)建設(shè)進(jìn)程中，電力系統(tǒng)供給始終占據(jù)著重要的位置，是社會(huì)各項(xiàng)工作得以正常運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力源泉。然而電力系統(tǒng)內(nèi)容復(fù)雜，其正常運(yùn)轉(zhuǎn)更是牽涉到設(shè)備、人員、管理等各個(gè)方面，稍有紕漏就極容易導(dǎo)致電力系統(tǒng)故障的產(chǎn)生。為此，以低壓配電系統(tǒng)故障為研究對(duì)象，從低壓配電系統(tǒng)的組成入手，著重分析了低壓配電系統(tǒng)的運(yùn)行方式，探索了低壓配電系統(tǒng)故障的原因及火災(zāi)的發(fā)生機(jī)理，提出了低壓配電系統(tǒng)的保護(hù)原則，并對(duì)低壓配電系統(tǒng)故障進(jìn)行了仿真分析。

關(guān)鍵詞：低壓配電；電力系統(tǒng)；故障；保護(hù)；措施

中圖分類號(hào)：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.26.090

1 低壓配電電力系統(tǒng)的組成

首先，高壓斷路器和降壓變壓器是低壓配電系統(tǒng)的重要結(jié)構(gòu)，高壓斷路器具有滅弧能力和良好的開斷性能，能夠接通和分?jǐn)嚯娏髫?fù)荷；其次，輸電線路和低壓斷路器是低壓配電電力系統(tǒng)的重要結(jié)構(gòu)，低壓斷路器能夠接通和切斷電路，具有保護(hù)功能。輸電線路主要采用裸導(dǎo)線架設(shè)，主要負(fù)責(zé)輸電工作；最后，單相用電設(shè)備和三相用電設(shè)備是居民建筑所使用的主要用電設(shè)備?？照{(diào)機(jī)、三相電機(jī)、風(fēng)機(jī)水泵等需要連接三相電源。而家用電器、照明燈等只需要連接單相電源便能夠工作。

2 低壓配電電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式

2.1 低壓配電系統(tǒng)的接口

低壓配電系統(tǒng)的接口主要包括動(dòng)力照明、高壓系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)等專業(yè)接口。其中，中高壓系統(tǒng)需要低壓系統(tǒng)與下部相連，滿足高壓系統(tǒng)的電能需求。動(dòng)力變壓進(jìn)線電纜連接端頭是低壓配電與供電接口，在設(shè)計(jì)過程中要根據(jù)低壓系統(tǒng)的容量和動(dòng)力變型號(hào)進(jìn)行設(shè)計(jì)。照明系統(tǒng)主要以低壓配電系統(tǒng)為動(dòng)力提供電源。在照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，低壓配電需要根據(jù)照明系統(tǒng)的抽屜負(fù)載進(jìn)行設(shè)計(jì)。電力監(jiān)控系統(tǒng)主要由智能控制單元、進(jìn)線開關(guān)、通信模塊、母聯(lián)開關(guān)、遠(yuǎn)程控制等組成，通過電力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遙控功能。FAS系統(tǒng)是低壓配電系統(tǒng)的組成部分，能夠在火災(zāi)情況下切除非信號(hào)，對(duì)非消防負(fù)荷和三級(jí)負(fù)荷進(jìn)行抽屜分閘，保留消防負(fù)荷和重要的一、二級(jí)負(fù)荷。監(jiān)控系統(tǒng)主要對(duì)地理配電系統(tǒng)及運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行集中監(jiān)視和控制。

2.2 低壓配電系統(tǒng)的接地方式

低壓配電系統(tǒng)的接地方式主要有大電流接地系統(tǒng)和小電流接地系統(tǒng)。超高壓或高壓電力系統(tǒng)主要采用大電流接地系統(tǒng)，降低電器設(shè)備絕緣水平，防止接地故障引起過電壓。在小電流接地系統(tǒng)中，為了防止低壓側(cè)和高壓側(cè)繞組破壞系統(tǒng)絕緣，通常采用中性點(diǎn)直接接地的方式。

3 低壓配電電力系統(tǒng)故障的原因

3.1 漏電

低壓配電系統(tǒng)中支架材料絕緣性較差或電線絕緣性較差會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線與大地之間或?qū)Ь€與導(dǎo)線之間有電流通過，進(jìn)而產(chǎn)生漏電現(xiàn)象。漏電會(huì)產(chǎn)生電火花，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)。低壓配電系統(tǒng)在正常運(yùn)行的工況下，用電設(shè)備和電路絕緣層的介質(zhì)特性與線路以及線路與大地之間都存在著電壓，因此，低壓配電系統(tǒng)中會(huì)存在漏電電流。然而，在正常運(yùn)行狀態(tài)找那個(gè)，漏電電流會(huì)沿著系統(tǒng)的輸電線路呈現(xiàn)均勻分布的狀態(tài)，微小電流不會(huì)損壞線路絕緣。然而，點(diǎn)低壓配電系統(tǒng)絕緣下降或被皮損之后，與大地向接觸時(shí)，便會(huì)發(fā)生漏電現(xiàn)象，而且線路故障點(diǎn)，接地中性點(diǎn)以及接地點(diǎn)會(huì)構(gòu)成漏電短路。

3.2 短路

低壓配電電力系統(tǒng)中電勢(shì)不等的兩個(gè)點(diǎn)相接觸會(huì)產(chǎn)生過電流，進(jìn)而引發(fā)短路。并且，短路回路的電流很大，很容易產(chǎn)生電弧和電火花，導(dǎo)致導(dǎo)線進(jìn)入導(dǎo)體熔化，甚至還會(huì)引起周圍易燃物的燃燒，引發(fā)火災(zāi)。低壓配電電力系統(tǒng)短路故障按照電勢(shì)接觸劃分可以分為電弧性短路和金屬性短路。其中，電弧性短路主要指導(dǎo)體接入低壓配電系統(tǒng)中或?qū)w從低壓配電系統(tǒng)中斷開的瞬間會(huì)產(chǎn)生溫度極高且具有導(dǎo)電性能的氣體，而這種氣體便被稱為電弧。金屬性故障主要指不同電位的導(dǎo)體接觸而引發(fā)的短路。短路點(diǎn)的溫度較高，會(huì)導(dǎo)致焊接點(diǎn)熔化，形成非常大的短路電流。

3.3 過負(fù)荷

過負(fù)荷主要指低壓配電系統(tǒng)中電線電流量過大，超過了電線的安全電流量。低壓配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線具有電阻，在電流通過的時(shí)候會(huì)引發(fā)內(nèi)阻發(fā)熱，而導(dǎo)線內(nèi)阻所引起的發(fā)熱量越大，過電流越大。如果導(dǎo)線發(fā)熱過于嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線絕緣層點(diǎn)燃，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)。

3.4 接觸電阻過大

低壓配電系統(tǒng)中電源線的結(jié)合處和保護(hù)裝置、開關(guān)等的結(jié)合處接觸不良的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致局部電阻變大。如果電氣回路中的電流通過大電阻會(huì)形成巨大熱能，如果熱能足夠大會(huì)導(dǎo)致金屬熔化，進(jìn)而導(dǎo)致輸電線路絕緣層燃燒，引發(fā)火災(zāi)。

3.5 電火花和電弧

低壓配電系統(tǒng)中的輸電線路電能釋放過程中會(huì)產(chǎn)生電火花，而電火花的高度密集會(huì)形成電弧。如果電弧溫度足夠高能夠點(diǎn)燃周圍物品或引發(fā)爆炸。

4 低壓配電系統(tǒng)火災(zāi)的發(fā)生機(jī)理

4.1 弧光放電火災(zāi)機(jī)理

電氣回路故障會(huì)產(chǎn)生電弧，而電弧發(fā)光強(qiáng)、溫度高，很容易引發(fā)危險(xiǎn)。具體來講，低壓配電系統(tǒng)發(fā)生故障的時(shí)候，電路仍然處于通電狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)釋放出的電能轉(zhuǎn)化為熱能，導(dǎo)致易燃物點(diǎn)燃，引發(fā)火災(zāi)。并且，電弧所產(chǎn)生的高溫會(huì)導(dǎo)致低壓配電系統(tǒng)中的金屬燒損，甚至?xí)l(fā)生噴濺，點(diǎn)燃周圍的可燃物。如果低壓配電系統(tǒng)的某一分支發(fā)生故障，則故障由于電弧接通而持續(xù)時(shí)間較長，形成過電流，進(jìn)而導(dǎo)致觸點(diǎn)過熱或線路過熱而引發(fā)火災(zāi)。并且，低壓配電系統(tǒng)中的大負(fù)荷配電電氣會(huì)產(chǎn)生電弧，導(dǎo)致金屬粒子和絕緣老化形成導(dǎo)電通道，進(jìn)而引發(fā)短路故障。另外，低壓配電系統(tǒng)產(chǎn)生的弧光放電會(huì)導(dǎo)致線路絕緣被擊穿，進(jìn)而導(dǎo)致電氣設(shè)備和周邊易燃物點(diǎn)燃，引發(fā)火災(zāi)。

4.2 電接觸火災(zāi)機(jī)理

電接觸火災(zāi)是低壓配電系統(tǒng)故障的重要類型，主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：第一，接觸點(diǎn)過熱會(huì)導(dǎo)致絕緣表面纖維、污染物、粉塵等起火。第二，接觸點(diǎn)熔融滴落會(huì)導(dǎo)致周圍或下方的可燃物起火。第三，接觸不良會(huì)導(dǎo)致火花放電和金屬噴濺，點(diǎn)燃易燃易爆的氣體和粉塵。第四，電接觸會(huì)引發(fā)相間短路、熔焊、接地等故障，導(dǎo)致可燃物起火。

4.3 電發(fā)熱機(jī)理

電發(fā)熱機(jī)理的機(jī)理主要有以下幾個(gè)方面：第一，電發(fā)熱會(huì)引起導(dǎo)線絕緣表層燃燒，導(dǎo)體電流還會(huì)導(dǎo)致接觸點(diǎn)過熱，進(jìn)而導(dǎo)致接觸點(diǎn)溫度升高，造成滴落和熔化現(xiàn)象，引發(fā)易燃物燃燒。第二，大電流短路故障會(huì)導(dǎo)致故障點(diǎn)溫度升高，導(dǎo)致導(dǎo)線熔化，產(chǎn)生噴濺，引發(fā)火災(zāi)。第三，電機(jī)、變壓器、電磁開關(guān)等電器設(shè)備會(huì)因?yàn)殍F心過熱而導(dǎo)致整體或局部發(fā)熱，引發(fā)絕緣體燃燒，出現(xiàn)火災(zāi)。第四，電感式鎮(zhèn)流器、微波爐、電路等散熱條件被破壞會(huì)導(dǎo)致設(shè)備溫度升高，出現(xiàn)自燃現(xiàn)象。最后，電冰箱、空調(diào)等制冷設(shè)備的空氣過濾裝置不通暢會(huì)導(dǎo)致設(shè)備電機(jī)功率增加，電機(jī)繞組被燒損。

5 低壓配電系統(tǒng)保護(hù)的原則

第一，電流選擇性。低壓配電系統(tǒng)保護(hù)應(yīng)增強(qiáng)電流的選擇性，在小型斷路器中使用電流選擇性保護(hù)，通過對(duì)低壓配電系統(tǒng)的電流進(jìn)行檢測(cè)和判斷。第二，時(shí)間選擇性。低壓配電電力系統(tǒng)保護(hù)應(yīng)確保時(shí)間的選擇性。具體來講，選擇性保護(hù)主要通過上下級(jí)開關(guān)的不同時(shí)間來實(shí)現(xiàn)，為了增強(qiáng)時(shí)間的選擇性，在開關(guān)選擇的時(shí)候，應(yīng)確保分支開關(guān)分?jǐn)鄷r(shí)間小于斷路器的脫扣時(shí)間。第三，邏輯選擇性。低壓配電電力系統(tǒng)保護(hù)應(yīng)增強(qiáng)邏輯選擇性，實(shí)現(xiàn)上下級(jí)開關(guān)的通信功能和職能化。第四，能量選擇性。低壓配電系統(tǒng)能量選擇性通常應(yīng)用在有限流能力的開關(guān)之中。開關(guān)在短路故障發(fā)生的時(shí)候能夠檢測(cè)到電路中的大電流。而下級(jí)開關(guān)由于限流速度較快，其脫扣能量比上級(jí)開關(guān)低，使得上級(jí)開關(guān)無法運(yùn)行。

6 低壓配電系統(tǒng)的保護(hù)措施

6.1 做好日常維護(hù)工作

低壓配電系統(tǒng)保護(hù)應(yīng)做好日常維護(hù)工作，因此，低壓配電系統(tǒng)管理人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)低壓配電系統(tǒng)的日常維護(hù)，為此，低壓配電系統(tǒng)管理部門應(yīng)積極設(shè)置日常維護(hù)工作崗位，引入專業(yè)的低壓配電日常維護(hù)人員，做好低壓配電系統(tǒng)的日常維護(hù)工作，確保低壓配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。同時(shí)，低壓配電系統(tǒng)管理人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)日常維護(hù)工作的監(jiān)管，確保低壓配電系統(tǒng)日常維護(hù)工作的落實(shí)，避免維護(hù)人員失職而導(dǎo)致的低壓配電系統(tǒng)故障。

6.2 加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)督

低壓配電系統(tǒng)的保護(hù)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)督，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為此，低壓配電系統(tǒng)應(yīng)積極設(shè)置低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)督人員，做到對(duì)低壓配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)督，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并找出低壓配電系統(tǒng)中的潛在的障礙或已經(jīng)出現(xiàn)的故障，對(duì)故障加以針對(duì)性解決，避免故障對(duì)低壓配電系統(tǒng)的運(yùn)行障礙。同時(shí)，低壓配電系統(tǒng)應(yīng)對(duì)運(yùn)行過程中的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)督，將低壓配電系統(tǒng)參數(shù)控制在合理范圍內(nèi)，減少意外故障的發(fā)生。

6.3 做好檢修工作

低壓配電系統(tǒng)的保護(hù)應(yīng)做好檢修工作。這是因?yàn)?，檢修工作能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)低壓配電系統(tǒng)中潛在的問題或已經(jīng)出現(xiàn)的故障，并對(duì)故障進(jìn)行維修，進(jìn)而確保低壓配電系統(tǒng)的運(yùn)行。因此，低壓配電系統(tǒng)管理部門應(yīng)積極設(shè)置檢修崗位，引進(jìn)專業(yè)檢修人員對(duì)低壓配電電力系統(tǒng)進(jìn)行定期檢修和不定期檢修，及時(shí)檢查低壓配電系統(tǒng)中的故障，并加強(qiáng)對(duì)低壓配電系統(tǒng)中的故障維修，確保低壓配電系統(tǒng)故障的及時(shí)排除，進(jìn)而保證低壓配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

6.4 重視電力系統(tǒng)的保養(yǎng)

低壓配電系統(tǒng)的保養(yǎng)工作十分重要，直接影響著低壓配電系統(tǒng)的性能。因此，低壓配電系統(tǒng)管理部門應(yīng)加強(qiáng)對(duì)低壓配電系統(tǒng)保養(yǎng)工作的重視，積極開展低壓配電系統(tǒng)保養(yǎng)工作。為此，低壓配電系統(tǒng)管理部門應(yīng)積極制定電力系統(tǒng)保養(yǎng)制度，明確規(guī)定低壓配電系統(tǒng)的保養(yǎng)周期、保養(yǎng)措施、保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)等，并積極引入專業(yè)的低壓配電系統(tǒng)保養(yǎng)人員，確保高效的低壓配電系統(tǒng)保養(yǎng)工作的開展。

6.5 提高人員素質(zhì)

低壓配電電力系統(tǒng)工作人員素質(zhì)直接影響著電力系統(tǒng)的保護(hù)工作。因此，低壓配電系統(tǒng)管理部門應(yīng)不斷提高系統(tǒng)工作人員素質(zhì)。為此，低壓配電系統(tǒng)應(yīng)提高人才要求，引入高素質(zhì)的檢修人才、保養(yǎng)人才、維修人才等人才，加強(qiáng)低壓配電系統(tǒng)保護(hù)工作。同時(shí)，低壓配電系統(tǒng)管理部門應(yīng)加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有人員的培訓(xùn)，深化工作人員對(duì)低壓配電系統(tǒng)故障維修和維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)的學(xué)習(xí)，不斷提高工作人員的低壓配電系統(tǒng)故障維修能力和維護(hù)保養(yǎng)能力。

7 結(jié)論

總之，通過上述分析，我們可知，電力系統(tǒng)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)事關(guān)我國社會(huì)主義的現(xiàn)代化建設(shè)。因此，我們對(duì)于低壓配電系統(tǒng)故障而言，要引起高度的重視，組織各方力量加大低壓配電相關(guān)技術(shù)的研發(fā)，以此來促進(jìn)其故障的良好解決。

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