配網(wǎng)配電線路的常見(jiàn)故障與運(yùn)檢管理研究

劉希卓，季傲飛

（國(guó)網(wǎng)安康供電公司，陜西 安康 725000）

0 引 言

電力系統(tǒng)為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)民多元生活提供了有力支撐及保障。配網(wǎng)配電線路因故障引發(fā)的停電不僅影響國(guó)民生活和企業(yè)的日常生產(chǎn)，而且影響電力企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[1]。文章通過(guò)討論配網(wǎng)配電線路的常見(jiàn)故障與運(yùn)檢管理，以期提高配網(wǎng)配電線路整體的運(yùn)檢管理水平。

1 配網(wǎng)配電線路常見(jiàn)故障

1.1 配電線路短路

短路泛指配網(wǎng)正常運(yùn)行外的一切相與相之間或相與地之間的“短接”。在配網(wǎng)正常工作狀態(tài)下，除中性點(diǎn)外，其余的相和接地均為絕緣狀態(tài)。若因部分因素造成絕緣損壞導(dǎo)致短路，則稱為配網(wǎng)短路。造成這一現(xiàn)象的主要原因?yàn)殡姎庠O(shè)備載流部分絕緣破壞[2]。三相電力系統(tǒng)的短路形式主要包括三相短路、二相短路、兩相接地短路及單相接地短路等。三相短路為對(duì)稱式，二相短路、兩相接地短路及單相接地短路為非對(duì)稱式，具體如表1所示[3]。

表1 短路類(lèi)型及特質(zhì)

根據(jù)配網(wǎng)配電線路短路故障發(fā)生概率統(tǒng)計(jì)，單相接地短路的概率最大，兩相接地短路次之，兩相短路再次之，三相短路概率最小，如表2所示[4]。

表2 配網(wǎng)配電線路短路故障發(fā)生概率

當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)短路時(shí)，電流亟劇增大，如發(fā)電機(jī)出線端發(fā)生三相短路，電流的最大瞬時(shí)值可以達(dá)到額定電流的10～15倍，從絕對(duì)值來(lái)說(shuō)可以達(dá)到數(shù)萬(wàn)安培及十萬(wàn)安培[5]。短路造成的主要危害主要有5種：一是短路處產(chǎn)生的電弧對(duì)電器裝置有潛在危害，且短路處產(chǎn)生大量短路電流，使得電器產(chǎn)生更多的熱量；二是極高的短路電流在導(dǎo)線中會(huì)產(chǎn)生極高的機(jī)械應(yīng)力，如導(dǎo)線及其支座不夠牢固就會(huì)損壞導(dǎo)線；三是發(fā)生故障時(shí)配網(wǎng)電壓大幅降低，會(huì)給用戶的正常工作造成較大不便；四是配網(wǎng)短路將導(dǎo)致并網(wǎng)時(shí)電站（發(fā)電機(jī)）失去同步性，打破配網(wǎng)穩(wěn)定，影響配網(wǎng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，造成大面積停電[6]；五是非對(duì)稱接地短路引起的不平衡電流會(huì)在相鄰線路（通信線路、鐵路信號(hào)系統(tǒng)等）中形成較大的不平衡電勢(shì)，從而影響通信，威脅人員和設(shè)備安全。

1.2 單相接地故障

我國(guó)配網(wǎng)中性點(diǎn)多以中性點(diǎn)不直接接地的形式存在，或以中性點(diǎn)非有效接地的形式存在。部分中性點(diǎn)多通過(guò)消弧線圈接地的形式存在。若出現(xiàn)單相接地故障，則構(gòu)成小電流回路，即“小電流接地”。此類(lèi)電力系統(tǒng)中單相接地故障所占比重較大，通過(guò)對(duì)中性點(diǎn)不接地可有效降低單相電流及其對(duì)電力系統(tǒng)的破壞程度。中性點(diǎn)不接地配網(wǎng)中，單相接地電流主要由配網(wǎng)對(duì)地電容決定。假定線路1上發(fā)生A相接地故障，則A相的故障電壓下降為零，使其對(duì)地電容電流也下降為零，同時(shí)非故障相電壓增大為相電壓的3倍。

導(dǎo)線損壞后與金屬物體、地面等發(fā)生接觸、碰撞會(huì)造成單相接地。若無(wú)法將其固定于配網(wǎng)，極易受外界因素影響、干擾而發(fā)生故障。配網(wǎng)由于配線中經(jīng)過(guò)建筑物、植被等布線時(shí)未做好現(xiàn)場(chǎng)勘查及清理工作，則將會(huì)導(dǎo)致相關(guān)問(wèn)題更突出。變電站母線電流增大，對(duì)供電設(shè)備、互感器等造成沖擊，會(huì)增加停電事故概率；諧振電壓較高時(shí)，極易造成絕緣子擊穿，從而導(dǎo)致短路。單項(xiàng)接地故障的特點(diǎn)主要涉及3個(gè)方面。第一，故障后，零序電壓與相電壓相等，故障相電壓為零，而非故障相電壓上升至線路電壓，線路電壓的相位及幅度不變，三相電力裝置正常工作2～3 h。第二，零序電流的值與自身對(duì)地電容的電流相等。第三，接地故障時(shí)，電流幅值與各線路上接地電容的電流總和相等，并領(lǐng)先于零序電壓90°。

2 配網(wǎng)配電線路運(yùn)檢管理思路及建議

2.1 利用饋線自動(dòng)化技術(shù)改造線路設(shè)備

饋線又稱配線，為配網(wǎng)基礎(chǔ)部件，對(duì)配網(wǎng)運(yùn)行具有重要作用。饋線自動(dòng)化控制技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集和控制，同時(shí)具有饋線故障自動(dòng)定位、饋線故障自動(dòng)隔離、饋線故障自動(dòng)恢復(fù)以及饋線自動(dòng)管理功能[7]。饋線自動(dòng)化技術(shù)具有信息量大的特點(diǎn)，在線監(jiān)控和離線控制相互配合，與其他系統(tǒng)聯(lián)系密切。將饋線自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于配網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)饋線自動(dòng)監(jiān)控、故障自動(dòng)排查與隔離、饋線負(fù)載與事故自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、饋線開(kāi)關(guān)自動(dòng)遙控為核心，以實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。根據(jù)供電公司已有的配網(wǎng)體系，在確定技術(shù)指標(biāo)及對(duì)應(yīng)功能的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格遵循技術(shù)與經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一的指導(dǎo)思想，對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)化裝置進(jìn)行合理選型。

2.1.1 饋線終接器

饋線終接器可實(shí)現(xiàn)與配網(wǎng)主站通信、實(shí)時(shí)反饋饋線的工作狀態(tài)與參數(shù)等信息、控制主站、控制饋線及有關(guān)設(shè)備等功能。但是饋線終接器一般初期投資較大，且需要完備的通信體系作為支撐。

2.1.2 自動(dòng)饋線切換裝置

自動(dòng)饋線切換裝置主要分為帶控制、保護(hù)功能的重合閘和帶自分閘功能的分段隔離開(kāi)關(guān)，其中后者與電源側(cè)前級(jí)開(kāi)關(guān)配合工作。2種切換裝置都有其特殊的應(yīng)用場(chǎng)合及各自的優(yōu)勢(shì)與不足。實(shí)際使用中，可采取重合閘、斷路器等自動(dòng)控制方案，即在重合閘后依次設(shè)置4個(gè)節(jié)段，其中節(jié)段分離器S3和S4各自設(shè)置在主干。無(wú)論任何點(diǎn)位出現(xiàn)暫時(shí)性故障，均須重合閘動(dòng)作，分路后再進(jìn)行重合；若某一點(diǎn)位出現(xiàn)永久故障，則重合閘進(jìn)行分閘，且分段斷路器S4在完成預(yù)定的操作數(shù)量的同時(shí)進(jìn)行斷路，維持閉鎖，隔離故障點(diǎn)[8]。

2.2 利用防錯(cuò)自動(dòng)化技術(shù)合理調(diào)度系統(tǒng)

調(diào)度部門(mén)須保障配網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，通過(guò)改變用電特征實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的供電路線。在遭受地震、雷擊等自然災(zāi)害的情況下，利用微網(wǎng)來(lái)應(yīng)急隔離供電，可有效實(shí)現(xiàn)全過(guò)程、動(dòng)態(tài)和可持續(xù)的電力系統(tǒng)。配網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中由于多種因素存在調(diào)度錯(cuò)誤，因此應(yīng)用防錯(cuò)自動(dòng)化技術(shù)建立符合供電企業(yè)實(shí)際情況的配網(wǎng)調(diào)度防錯(cuò)模擬系統(tǒng)，對(duì)提高配網(wǎng)調(diào)度水平具有重要意義?；诜植际焦饫w測(cè)溫系統(tǒng)（Distributed Temperature Sensing，DTS）的模擬調(diào)度系統(tǒng)具有多種功能，可有效滿足企業(yè)配網(wǎng)發(fā)展需要及供電穩(wěn)定性。構(gòu)建DTS模擬調(diào)度防誤控制系統(tǒng)前，應(yīng)對(duì)其整體架構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃，主要由控制中心模擬子系統(tǒng)、電力系統(tǒng)模擬子系統(tǒng)以及人員管理子系統(tǒng)構(gòu)成。DTS系統(tǒng)能夠與數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）等進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)間的信息、數(shù)據(jù)和圖表共享，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行組態(tài)設(shè)計(jì)。此外，DTS模擬調(diào)度防錯(cuò)系統(tǒng)主要以自動(dòng)控制技術(shù)為基礎(chǔ)，由操作系統(tǒng)和支持軟件2個(gè)部分組成。在構(gòu)建過(guò)程中，須充分考慮未來(lái)配網(wǎng)調(diào)度需求的變化，通過(guò)修改上層軟件的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度應(yīng)用及分析功能的嵌入，以檢測(cè)系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)的動(dòng)態(tài)特性，并在線分析故障[9]。

2.3 利用自動(dòng)繪圖技術(shù)提高故障處理效率

傳統(tǒng)運(yùn)檢管理主要對(duì)設(shè)備故障、黑點(diǎn)等進(jìn)行常規(guī)性檢測(cè)，并采取拍照、記錄等方式進(jìn)行處理，上傳設(shè)備的故障圖像。由于傳統(tǒng)運(yùn)檢管理對(duì)設(shè)備、線路檢測(cè)存在較大的隨意性，因此難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備、線路中存在的隱患。基于圖紙和信息自動(dòng)化技術(shù)，可通過(guò)建立與整合配電設(shè)備及其連接線各種圖紙和信息文件管理功能的系統(tǒng)，方便設(shè)備缺陷的統(tǒng)計(jì)與分析、設(shè)備線路優(yōu)化改造等，同時(shí)有效形成適合企業(yè)配網(wǎng)規(guī)模和特點(diǎn)的設(shè)備線路故障知識(shí)庫(kù)，提高故障處理效率。第一，采用開(kāi)放源代碼作為層狀構(gòu)建平臺(tái)，將zTree插件與地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定裝備生產(chǎn)線上的缺陷統(tǒng)計(jì)與分析。第二，利用該系統(tǒng)強(qiáng)大的計(jì)算與數(shù)據(jù)處理能力，揭示各配電線路故障之間的邏輯關(guān)系。第三，對(duì)軟件進(jìn)行功能配置，如查找黑點(diǎn)、站點(diǎn)結(jié)構(gòu)模塊化、統(tǒng)計(jì)分析等。第四，可隨時(shí)增加或移除黑點(diǎn)及設(shè)備種類(lèi)。第五，輸入關(guān)鍵詞后，自動(dòng)提煉與設(shè)備線路有關(guān)的信息，并對(duì)線路缺陷和設(shè)備故障的因素進(jìn)行智能深度分析。

2.4 利用通信自動(dòng)化技術(shù)滿足數(shù)據(jù)傳輸需求

配網(wǎng)控制的下層設(shè)備主要有局域網(wǎng)、遠(yuǎn)域網(wǎng)等。為確保通信便利，應(yīng)針對(duì)不同裝置的特性及重要程度對(duì)裝置存取端口及通信方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。各種設(shè)備、變電所等都會(huì)產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)具有多源、異質(zhì)的特點(diǎn)。在具體設(shè)計(jì)中，要最大限度發(fā)揮數(shù)據(jù)價(jià)值，建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，確保主、子兩站間以單一信號(hào)的形式反映通信狀態(tài)，保障通信的容錯(cuò)能力[10]。此外，需要確保在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中出現(xiàn)故障或異常時(shí)系統(tǒng)能夠及時(shí)報(bào)警。

2.5 設(shè)立檔案信息數(shù)據(jù)庫(kù)

配網(wǎng)運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)與信息，通過(guò)收集與整理可為后續(xù)線路運(yùn)行情況提供判斷的數(shù)據(jù)依據(jù)，以便采取合理的防范措施避免事故的發(fā)生。因此，要積極引進(jìn)信息通信技術(shù)，建設(shè)專業(yè)的文件信息庫(kù)，加強(qiáng)對(duì)相關(guān)信息的整合與分析，保證運(yùn)輸檢驗(yàn)制度的高效運(yùn)行。例如，當(dāng)變壓器設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，采集相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并與資料庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得出更科學(xué)合理的結(jié)論，為后續(xù)運(yùn)檢工作的展開(kāi)奠定基礎(chǔ)。

3 結(jié) 論

積極加強(qiáng)配網(wǎng)配電線路的運(yùn)檢管理，有利于及時(shí)識(shí)別配網(wǎng)配電線路運(yùn)行中的故障，保障電力系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性。文章討論與分析了配網(wǎng)配電線路的常見(jiàn)故障，結(jié)合故障類(lèi)型提出運(yùn)檢管理措施及建議，可為配網(wǎng)配電線路故障處理及運(yùn)檢管理提供參考。