淺談低壓線路故障查找與線路保護系統(tǒng)的應用

國家電網(wǎng)安徽宿松供電公司 丁正勝

摘要：為提高農(nóng)村低壓線路的故障查找水平，在其10KV配網(wǎng)智能架空線路故障查找系統(tǒng)的基礎上，共同探討研發(fā)成功低壓線路故障查找及線路保護系統(tǒng)，實現(xiàn)了兩種狀態(tài)的故障報警與線路保護。

關鍵詞：低壓線路;故障查找;線路保護系統(tǒng)

引言

在三相四線制低壓供電系統(tǒng)中，零線斷線是一種常見故障，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，供電距離較遠的供電區(qū)域還易出現(xiàn)末端低電壓現(xiàn)象，這些都是低壓線路的異常情況。

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，用戶反應強烈，若處理不當，供電企業(yè)將面臨責任界定、銷售電量、經(jīng)濟賠償、社會形象等損失，企業(yè)和客戶關系緊張，社會不穩(wěn)定因素增加，更重要的影響了供電企業(yè)的優(yōu)質(zhì)服務水平，嚴重損害了供電企業(yè)的良好形象。

1電力服務質(zhì)量問題

在低壓380V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，當農(nóng)村低壓電網(wǎng)存在用電事故而導致被動停電現(xiàn)象時，往往供電所的人員足不知道停電的存在，而是等客戶打投訴電話時，才知道那個臺區(qū)的低壓線路停電了。

當前農(nóng)村以留守在家的老人與小孩為主，他們使用電器的知識與技能不足，也不能正確地表述供電故障。往往存在的情況是老人和小孩向在外打工的年輕人抱怨，年輕人就會直接撥打95598投訴，將問題說得很重。由此，就會導致某些農(nóng)村供電所的投訴率急劇提高。同時，在國網(wǎng)公司現(xiàn)有的評價體系中，投訴率高必然意味著服務質(zhì)量差。服務質(zhì)量差就會影響到供電所的服務評價體系，進而影響到供電所人員的收入。

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

2農(nóng)村用電質(zhì)量問題

在低壓三相四線制的配電系統(tǒng)中，如果三相負荷平衡，零線中的電流應該很小，這是所有業(yè)內(nèi)人士的共識。但是，越來越多的現(xiàn)象正在顛覆這個傳統(tǒng)觀念。

例如，某建筑物四周的廣告燈箱，采用電子鎮(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90A，但是零線電流達到160A。

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)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致的。

圖1右圖所示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的左圖所示。

當相線的電流波形為正弦波時，如果它們相差120，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。，則他們在中線上疊加的結(jié)果如圖2所示。從圖3可知，零線上的脈沖電流是相互錯開的，無法抵消。數(shù)一下零線上的脈沖電流個數(shù)，在一個周期內(nèi)有三個，因此零線上的電流是備相線電流的總和。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。

如果整流電路的電流的脈寬大于600，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)村人民生活水平的提高，農(nóng)村也購買了大量的家用電器，其中也有大量使用整流電路的現(xiàn)象。上面分析的由于零線過流問題而導致的斷零現(xiàn)象，也時有發(fā)生。每年國網(wǎng)公司都會有大量燒壞、燒毀家用電器的現(xiàn)象，并且隨著為治理霧霾現(xiàn)象，而在農(nóng)村地區(qū)引入煤改電的取暖方式后，這種現(xiàn)象將會越來越嚴重。

這種現(xiàn)象農(nóng)村存在，而城市則很少存在。究其原因，是因為城市是三相五線制，而農(nóng)村電網(wǎng)則是三相四線制公用變壓器供電方式。當三相四線制的零線因事故而斷開，同時其余三相貧荷不平衡時，將引起低壓的各相電壓畸變，從而導致某相的負載電壓升高而造成該相部分電氣設備燒毀，而這部分用電設備退出運行后，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)電氣設備外殼漏電時，相當于帶相電壓，一旦人體接觸這些電氣設備外殼，就會造成觸電傷亡(見圖3)。

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，我公司在其10KV配網(wǎng)智能架空線路故障查找系統(tǒng)的基礎上，共同探討研發(fā)成功低壓線路故障查找及線路保護系統(tǒng)。它實現(xiàn)了兩種狀態(tài)的故障報警與線路保護。

該系統(tǒng)將農(nóng)村380v低壓電網(wǎng)分成有多個分支的網(wǎng)狀系統(tǒng)，當某個分支失電時，裝置將發(fā)生報文到后臺主站系統(tǒng)，通知低壓臺區(qū)那一臺低壓分支停電了，這時供電所的人員就會主動上門進行維修，變被動停屯維護為主動停電維護，從而降低客戶的投訴率。

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，用戶電壓在用電設備額定范圍內(nèi)，保證設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，可使變壓器卞面綜合配電箱跳閘，避免燒毀電器。同時，將故障信息發(fā)生到后臺的故障查找系統(tǒng)，通知相關人員上門進行維修。當供電所人員完成維修后，系統(tǒng)自動恢復原來的零線供應。

提供農(nóng)電低壓線路末端電壓值的實時監(jiān)控與三項不平衡的告警。出廠設置是可設定三項不平衡值的，當不平衡時可以報警，供電所人員可以根據(jù)此信息進行動態(tài)平衡線路負荷。

提供農(nóng)電低壓線路末端電壓值的實時監(jiān)控，可以監(jiān)測末端電壓的低電壓狀況，為線路的低電壓治理提供依據(jù)。

3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

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)以及相關的手機APP組成。

用戶主要依靠安裝在手機上的app軟件獲得相關的設備信息，并對整個斷零保護系統(tǒng)進行參數(shù)的設置和更改。如下頁圖(圖4)所示。

3.1故障采集功能

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)。

3.2實時故障點分析功能

線路發(fā)生失電故障、線路發(fā)生斷零故障等幾十種分析提示信息，極大地降低了電網(wǎng)維護管理人員的工作量和勞動強度。

3.3故障定位功能

基于低壓臺區(qū)電網(wǎng)拓撲關系，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、漏報開關的狀態(tài)信息，實現(xiàn)故障點的智能定位。

3.4故障歷史信息分析功能

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。

3.5設備管理功能

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

3.6短信通知用電用戶功能

主站可以通過用電信息系統(tǒng)，獲知該低壓線路具體使用客戶的目錄，將故障停電信息發(fā)送到該客戶的手機之中，從而降低客戶的投訴率。

4工作原理

應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

4.1失電判據(jù)

DLB-I裝置直接檢測相電壓，當相電壓低或無相電壓時，可判斷該線路的項電壓失電。(見圖6)

4.2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致的各相電壓不平衡形成保護判據(jù)，在準確判別故障后，自動投入臨時工作接地線，臨時工作接地并使三相電壓基本保持平衡，以此保證用戶設備正常工作。(見圖6)

同時，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，將故障信息發(fā)生到相關檢修人員的手機上，提醒檢修人員查找故障點(見圖6)，以盡早排除故障，保證用戶的安全性和提高供電可靠性，同時它也可以將故障引起的停電信息發(fā)送到該條線路的用戶手中，提高客戶的滿意度。

5安裝位置

本裝置安裝在農(nóng)村低壓線路分支線路中合適的一根桿上，前面任何位置斷零線、失電時都能起到告警保護作用。

6系統(tǒng)應用

運維人員用自己的手機號登錄，可以實時得到自己所屬配電線路的運行情況，當故障發(fā)生時，會知道線路發(fā)生了那些故障(接地、短路)，那些故障在那些項線上發(fā)生。當沒有故障時，也會收到一些瞬間信號，從而提示客戶進行適當?shù)倪\行與維護。

在低壓線路這一側(cè)，也能夠?qū)崟r得到線路的三項末端電壓等實時數(shù)據(jù)。用戶可以根據(jù)線路數(shù)值，配合換項開關等設備調(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。