配電線路常見故障與配電設(shè)計可靠性分析

棗莊市第一人民醫(yī)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(yī)院供電質(zhì)量的重要指標(biāo)，但很多用電設(shè)備在使用過程中由于電源連續(xù)性供電，電負(fù)荷過大（核磁、CT、伽瑪?shù)丁㈠仩t、中央空調(diào)、電梯、照明系統(tǒng)等）、功率大、耗能大，日負(fù)荷曲線變化也大，使導(dǎo)體支持絕緣物發(fā)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(yīng)用率高，各用電設(shè)備零部件發(fā)生摩擦、重物壓軋、受潮、腐蝕等現(xiàn)象，或供電線路和電力設(shè)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(xiàn)配電變壓器、線圈間短路、斷路、對地?fù)舸l(fā)醫(yī)療電器短路、斷路，出現(xiàn)安全故障。

1.1 開關(guān)開斷、關(guān)合類載流故障

開關(guān)開斷、關(guān)合類載流故障主要集中發(fā)生在7.2～12kV電壓等級上，例如當(dāng)一部分10kV電力系統(tǒng)少油、真空斷路，運行較長時間后，出現(xiàn)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(huán)、脫落等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致部分配件及線路老化，影響醫(yī)院供電需求及供電改造。

1.2 配電室故障

醫(yī)院最大的供電中心就是配電室，不合理的配電很容易出現(xiàn)故障。故障出現(xiàn)在電纜線路中間和末端，多數(shù)情況下均由外力損傷（電纜敷設(shè)施工不規(guī)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(fù)荷不平衡、長期超負(fù)荷運行導(dǎo)致（電流的熱效應(yīng)加速絕緣的老化）。案例1（長期超負(fù)荷運行導(dǎo)致）：在某醫(yī)院中，巡查人員發(fā)現(xiàn)630kVA變壓器隔離開關(guān)觸頭變黑。其低壓母線排為鋁排，隔離開關(guān)為銅排，因是不同種類金屬的不同特性，出現(xiàn)了電化腐蝕，使金屬接頭兩端電阻增大。當(dāng)用電負(fù)荷增大，大電流通過時，熱效應(yīng)原理使觸頭溫度升高，發(fā)生變色。案例2（配電室三相負(fù)荷不平衡）：若三相電流或電壓幅值不一致，幅值差會超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)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(fù)荷過大，引起跳閘現(xiàn)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(jié)構(gòu)多為電容型結(jié)構(gòu)（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(zhì)出現(xiàn)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(xiàn)絕緣熱擊穿。若真空密封結(jié)構(gòu)和材料處理不當(dāng)、浸漬不徹底、受潮，也會導(dǎo)致絕緣下降出現(xiàn)擊穿。

1.3.2 局部放電

醫(yī)院場所電容屏多由串聯(lián)電容芯構(gòu)成，外由電纜紙的連續(xù)纏繞組成，正常狀態(tài)下220kV電壓均勻分布，但在此過程中，受工藝和質(zhì)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(yán)，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(xiàn)局部放電故障。

1.3.3 變壓器受潮

結(jié)構(gòu)不合理或膠墊松動使端部密封不良,電流互感器絕緣穩(wěn)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(xiàn)故障。檢修中設(shè)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(xiàn)變壓器的零件松動的情況，發(fā)出“嗡嗡”“哇哇”聲響，或繞組導(dǎo)線擊穿產(chǎn)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(xiàn)溢油、假油位，或油標(biāo)管堵塞，變壓器內(nèi)部引出線乃至線圈外漏，導(dǎo)致內(nèi)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(dāng)長時間過熱運行或殼體進水，吸收潮氣，油質(zhì)發(fā)生質(zhì)變，油色異常，酸值增高，閃點降低，絕緣強度降低，油箱內(nèi)絕緣油燃燒，容易繞組匝間短路，與外殼之間發(fā)生擊穿放電，發(fā)生事故。

2 配電系統(tǒng)的合理設(shè)計

2.1 TN供電系統(tǒng)

2.1.1 供電系統(tǒng)范圍

電氣專業(yè)角度將醫(yī)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(yī)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(yī)療場所中的TN系統(tǒng)，配備剩余電流保護設(shè)備RCD可以用低壓安全保護裝置，例如手術(shù)臺驅(qū)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(shè)備的回路，這些電氣設(shè)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(yī)生的診斷或治療可以重新開始。

2類場所中應(yīng)保證設(shè)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(tài)下能不間斷供電，外科手術(shù)的醫(yī)療電氣設(shè)備和系統(tǒng)，其供電回路必須采用IT供電系統(tǒng)[2]。

2.1.2 IT供電系統(tǒng)

醫(yī)用隔離變壓器。隔離變壓器專用于醫(yī)療IT系統(tǒng)，繞組間雙重絕緣，減少電磁干擾，配置PT100溫度傳感器監(jiān)測變壓器溫度。

醫(yī)療智能絕緣監(jiān)測儀。通過微控制器技術(shù)，具有集成度高，體積小巧，安裝方便的特點，主要應(yīng)用在手術(shù)室、重癥監(jiān)護室等2類場所。

電流互感器。絕緣監(jiān)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(tǒng)

2.2.1 指標(biāo)和規(guī)范

醫(yī)院有大量多點位的一級負(fù)荷和多種單相非線性諧波源負(fù)載，隨著X光機、核磁共振、B超、CT機等急救等醫(yī)療設(shè)備供電系統(tǒng)的不斷擴充和持續(xù)性、長時間的應(yīng)用，醫(yī)院的配電設(shè)計應(yīng)結(jié)合《醫(yī)院能耗監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定，完善用電指標(biāo)，提高電能質(zhì)量，一般情況下，用電指標(biāo)一般在70～80VA／m2。

2.2.2 各科室照明標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)備

各科室照明標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)備見表1。

表1 照明場所與設(shè)備

2.2.3紫外線燈的配置

醫(yī)院配置紫外線燈主要是消毒殺菌，減少疾病傳播風(fēng)險。一般情況下，相關(guān)科室（手術(shù)室、候診室、呼吸科、血庫、婦科、傳染科、衛(wèi)生間）安裝功率密度為1.5～3W/m2），15～20m2內(nèi)設(shè)置1盞效率0.8 的燈具（石英玻璃管）；傳染病房、污染區(qū)、衛(wèi)生間、過道等需要高度殺菌，需要在15～20m2內(nèi)設(shè)置2～3盞紫外線燈[3]。

2.2.4 急救中心、急診ICU配電設(shè)計

急救中心、急診ICU 為一級負(fù)荷配電，急診化驗注射、輸液按一級負(fù)荷配電。建議設(shè)三段母線，為急診照明干線、動力干線、應(yīng)急干線、照明及動力干線，引自變壓器不同母線段，應(yīng)急干線引自變電所應(yīng)急段，應(yīng)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(yīng)按兩段干線容量之和設(shè)計，以保證整個急診區(qū)域的可靠性供電。

2.2.5 動力系統(tǒng)配電設(shè)計

電梯（醫(yī)用電梯、污梯）、熱力站設(shè)備（采暖系統(tǒng)機組、潔凈空調(diào)機組、普通空調(diào)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(dǎo)線絕緣強度應(yīng)符合電源電壓的要求，例如220V 電壓的絕緣導(dǎo)線必須配備250V 級以上的，380V電壓絕緣導(dǎo)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(shè)線路

單芯電纜敷設(shè)，固定在槽溝內(nèi)，并配熔斷器及保護裝置（瓷管、硬塑料管），以減少導(dǎo)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(fù)電，后搶修”的原則進行故障處理，并安排500kW 發(fā)電車為醫(yī)院作好應(yīng)急保障，第一時間完成負(fù)荷轉(zhuǎn)供電，保障醫(yī)院內(nèi)可靠供電[4]。

3.4 變壓器絕緣的干燥處理

當(dāng)變壓器繞組的絕緣電阻、介損值等指標(biāo)降低時，需要進行干燥處理，將絕緣材料中的水分轉(zhuǎn)移、排走，可以通過熱油循環(huán)干燥。變壓器油適配表見表2。表2 中的搶修方案如下，當(dāng)配電室故障搶修三相負(fù)荷不平衡時，可以更換隔離開關(guān)，或重新規(guī)劃合理布線，量能分配，或增加變壓器容量；此外，當(dāng)變壓器滲油或油位不穩(wěn)時，用氣體繼電保護將其跳閘、切斷電源停電檢修，或?qū)^緣油進行過濾處理，保證變壓器內(nèi)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(dǎo)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(nèi)部是否清潔到位，并取油樣檢查，合格后方可注油。此外，應(yīng)當(dāng)注意散熱器和變壓器連接的閥門全部關(guān)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(tài)；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(yīng)熱油循環(huán)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(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)GB 2536—2011。循環(huán)時間是2500kV變壓器為48h；20～330kV變壓器≥24h。