0.4kV配电线路的常见故障分析和探讨

0 引言

在日常的配电运维和急抢修工作中,0.4 kV线路故障是最常发生的一种线路故障,影响到人们的正常生活和工作,甚至还会带来财产损失和人员损伤^[1],为此,需要对0.4 kV配电线路故障进行全面分析,并找到相应解决办法。

1 0.4 kV配电线路常见故障分类

1.1 接触不良

接触不良是在供电线路或电气设备上,电气连接处由于接触压力或接触面积不足,接触面氧化膜电阻过高引起接触电阻过大的现象[1]。当故障发生到一定程度,不能够连续提供足够的电压或电流时,就会造成线路停电,严重时还会引发电气火灾。

供电侧引起接触不良的原因具体有:1)线路长期满负荷、超负荷运行。线路连接处本身存在接触电阻,在满负荷的情况下电流流过连接处会产生温升,改变接触部位的物理性能,达到一定程度就会造成线路故障。2)线路设备安装不当、元器件质量不达标,使电气连接处留有空隙,产生了较大的接触电阻,接入负荷后产生高温,导致电气连接处损坏。3)铜铝氧化。铜和铝是两种不同的金属元素,它们的导电性也不同,当用过渡线夹把铜线和铝线接到一起后,过渡线夹的铜铝接触面会受到氧气的氧化作用,慢慢形成了高阻值的铜铝氧化膜,当铜铝氧化达到一定程度后,便会损坏断裂造成线路故障。4)三相负荷不平衡。由于居民、商业负荷通常是混用的,这些负荷的类型、大小、用电时间均不相同,会导致负荷较大的相电压或电流,而负荷较小的相则相反。这种用电不平衡状况无规律性,也无法事先预知。线路的三相负荷不平衡,会导致设备、金具长期处在大电流的状态下,从而损坏线路,造成停电故障。

用户侧接触不良的异常表现为:1)电器在非人为控制的情况下,短时间内多次启动关闭、电灯不正常的闪烁;2)低压断路器跳闸,试合闸能成功送电,但一段时间后会再次跳闸,合闸后跳闸的情况仍会出现,且越来越频繁,使得客户无法正常用电或完全停电。

1.2 短路故障

短路故障是指供电线路或设备中的一部分被短接,致使电流瞬时升高,导体温度迅速升高,绝缘破坏,导致设备损坏的故障。在低压配电线路中,短路故障又可分成多相短路、接地短路等多种。供电侧造成短路故障的原因有: 自然因素(大风、暴雨、暴雪、雷击、沙尘暴等)、外力破坏 (暴力施工、交通肇事等)、生物性破坏(树害、鸟害等)。在用户侧短路故障表现为开关跳闸后,无法合闸或合闸后又迅速跳闸。

1.2.1 接地故障

接地故障是指导体与大地的意外连接。它可分为单相接地和多相接地,在低压配电线路中,单相接地占到接地故障的90%以上,本文着重分析单相接地故障。

在单相接地故障中,故障点前段的低压开关并不会跳闸,线路仍会异常运行,具体的表现为接地相线对地电压几乎为零,中性线对地的电压U0为:

式中:I_d为接地点的短路电流;R_d为相线接地点电阻;R₀为中性点(变压器接地)接地电阻;U为相电压220v。

单相接地故障在用户侧表现为部分电器无法正常工作,电灯比平时要暗得多,这是因为相线接地电压为零,中性线却有较小的电压,所以就有以上的现象,影响用户正常用电。单相接地故障的现象多发生在用户侧,为热水器、空调等家用电器设备内部线路故障导致,同样也会造成整个低压配电线路出现这种异常情况。由于用户侧单相接地故障有较强的隐蔽性,需对用户侧开关逐一排查,查找起来较为耗时。

1.2.2 相间短路

相间短路是两个相间导体触碰而引起的故障,具体的表现为线路瞬间电流增大几倍甚至十几倍,将上级开关顶跳闸、变压器保险烧断,短路电流产生的热量会引起线路或绝缘的损坏,造成大范围的停电现象。

1.3 断线故障

断线故障是线路本体质量或是外部环境影响而导致相线或中性线发生断线的一种故障,分为相线断线和中性线断线。相线断线的表现为故障点前段用电正常,后段则无电,根据这一表现形式能够迅速确定故障点的具体位置。

中性线断线是断线故障的另一种情况,中性线断线后中性线与大地不通,中性线电压由0 V迅速升至380 V,在用户侧表现为中性线380 V,相线220 V,在这种远超电器额定电压的情况下,极易造成电器永久性损坏,有些老旧小区由于电灯中性线未接入开关,在这种情况下即使关掉用户侧开关,也会有回路产生,电灯依旧远超正常亮度,最后损毁,甚至会引起火灾造成严重的人员和财产损失。

2 0.4 kV配电线路故障的查找原则

2.1 确定故障类型

在线路故障发生后,需要配电运维人员第一时间分析故障的影响范围和故障类型。由于绝大多数故障在用户侧都有不同的异常现象,检修人员可以直接联系用户来确定故障的大体类型和影响范围,并安抚用户,体现检修人员的专业素养和可靠性。

2.2 先用户侧、后供电侧

通常用户侧的故障要比供电侧故障发生的频率更高,为了快速查找到故障点,应从用户侧往供电侧排查[2],其中涉及用户产权的故障在简单处理送电后还要告知用户后续解决办法。

2.3 缩小影响范围,以快速送电为原则

在抢修中,经常会遇到抢修时间长、抢修困难的故障,长时间的停电对居民的生活和工作都有着巨大的影响,工作人员会尽可能把停电范围缩小到最小,采用临时用电(联络线、带电车、发电机、临时电缆等)让一些重要用户及时用电,避免由停电而引发投诉和社会舆论。

3 0.4 kv配电线路故障的查找方法

3.1 “望、闻、问、切”四步法

“望、闻、问、切”四步法是老师傅的经验总结,是查找线路故障最好用的方法。望:即观察架空线路、弓子线是否有明显的断线现象,看变压器保险是否有烧断的情况,架空线路、横担上是否有异物;闻:闻用户侧、配电室等室内环境中有没有胶皮、线缆烧焦的异味;问:询问客户、物业和路人,快速确定故障停电的波及范围和故障的具体表现形式,确定故障类型和故障的大致范围;切:在抢修完成送电后,再询问用户是否来电,确保送电后无遗漏的用户。

“望、闻、问、切”四步法查找故障比起常规按部就班的查找方法,效率要高得多,第三步“问”最为关键,有时按照常规方法寻找故障点需要1~2 h,而问一个知晓故障点的路人就可以将这些时间全部省去,把更多的时间用在抢修故障点上,相当于给抢修人员开了一条绿色通道,极大地缩短了停电时间。有时虽然不能明确故障点,但在沟通中停电范围、故障类型也会大体判断出来,为抢修人员省去了很大一部分排查故障的时间。第四步“切”也很重要,在处理了故障送电后,经常出现电流过大而将低压侧、用户侧开关顶跳的情况,这时要及时联系用户,若用户反映仍无电,继续排查配电线路。若是因低压开关跳闸导致用户再次无电,需考虑用户侧是否负荷过大,在卸负荷后尝试再次陆续送电,并不时测量线路电流,保证线路电流在低压开关的额定电流范围内,观察低压开关是否仍会跳闸,若低压开关仍跳闸,说明线路还有其他的故障点,需继续查找故障。

3.2 分段法

分段法是查找线路故障的一种常规方法,它是以低压开关为节点,将低压配电线路分为多个小段,通过测量每一段的电压、电流、电阻,来确定故障点的大体位置,如图1所示。

3.2.1 分段法查找单相接地故障

在单相接地故障中,一相接地导致在整个低压配电线路上该相电压都为零,只需将这个故障点隔离出去,线路就会恢复正常。查找先从用户侧开始,以楼层单元开关为节点,断开楼层单元开关,测量开关进线电压是否恢复为三火一零。

若电压仍为异常状态,故障点在该开关的前段,从前段继续按此方法查找;倘若电压恢复正常,故障点则在单元开关到用户这段,逐一对用户开关按此步骤操作,最后将故障确定到固定的一段线路中,如图2所示。

3.2.2 分段法查找相间短路故障

在相间短路故障中,线路短路会导致该线路前端某一低压开关跳闸,以该开关为节点,后段为故障段。将该开关的下一开关拉开,用摇表来测量两个开关间线路的绝缘性能,将摇表达到1 000 V的档位,测量线路相间电阻,若测得相间电阻远小于2 MΩ,故障点就在该段;若大于2 MΩ,表明绝缘性能良好,故障点则在后段,继续拉开后一开关按此方法测量后段线路绝缘性能,直至找到故障线路段,如图3所示。

3.2.3 分段法查找中性线断线故障

中性线断线在故障点后段表现为中性线380 V、 相线220 V,故障点前段为正常线路状态,从用户侧开始,以楼层单元开关为节点,测量零、相电压,若测得为正常电压,故障点在楼层单元开关到用户开关段;若仍为异常电压,故障点则在前段'继续测量前段电压,直至找到故障线路段。

3.3 低压电缆故障点的查找方法

在找到了包含故障点的线路后,下一步就是要准确地找故障点。对于架空线路而言,需检查故障段两头的低压开关、连接金具是否有断裂或松动,架空线路上是否存在金属等异物。

电缆故障的查找相比架空要难一些,通常包括以下步骤:

1)停电,打开故障线路段两端接口,用摇表确定电缆的故障相。

2)用万用表测量故障相的电阻大小,确定故障电阻是高阻故障(>200 Ω)还是低阻故障(≤200 Ω)。

3)将电缆故障测距仪按照说明书与电缆一端正常相相接,使用单次脉冲法测出电缆全长(若是低阻故障,再将测距仪与故障相相接,用单次脉冲即可测得故障点距离)。

4)将电缆路径仪接到正常相上,用路径信号接收枪来确定电缆的路径走向,并标记。

5)收起电缆路径仪,将高压发生器按照说明书接在故障相一端,电缆测距仪的接线更换脉冲电流法或二次脉冲法,在线路对端有人看守后打开高压发生器,发出电压调整为4~9 kV,单次放电,通过电缆测距仪接收到的图形确定故障点距离(从高压信号发生处到故障点的距离)。

6)将高压发生器调为连续放电,带上故障指示器,按照之前标记好的路径,在测距仪测得的故障点前后50 m的范围内,查找故障点发出的振动,最终确定故障点。

在实际的低压电缆抢修中,由于低压电缆绝缘性没有高压电缆好,使用高压发生器时若把发生电压调到较高的电压上,放电时,仪器的接地处就会产生较大的振动干扰,无法准确找到故障点;而使用低电压,故障点振动又不明显,需在安静的环境下仔细查找,并不能及时找到故障点。以上种种情况严重拖延了抢修的时间,电力单位通常在遇到低压电缆故障后,需先在该故障段敷设临时电缆并送电,再按照电缆故障的查找方法查找故障点。

4 0.4 kV配电线路故障的防范措施

4.1 加强对低压配电线路的巡视

1)定期在线路负荷最大时用红外测温仪测量线路连接金具、接口、电缆头等连接部位温度，对出现明显温升的部位应及时上报整改。

2)定期用钳形表测量线路负荷最大时的电流，对三相电流不平衡或单相电流超过400 A以上的满负荷线路应及时上报改造计划。

3)巡视线路中发现鸟害、树害等'应及时上报，择日整改。树害问题应与林业部门及时沟通，共同合作处理。

4)巡视线路发现有施工单位在电力线路区域内施工，应及时告知施工单位线路位置和走向，避免线路遭到破坏。加强与市政、燃气、水利等部门的沟通，避免相关部门在施工时破坏电缆线路。

4.2 对天气因素的防范措施

1)加强电力设施的保护，加装电杆反光防护墩，清理周围树木，以保电力设施的安全。

2)对特殊天气应有相应的应急预案，建立备用电源'如联络线、发电车等，确保电力供应的连续性。

5 结束语

本文是笔者在配电运行维护抢修工作中碰到低压线路故障处理的一些思考和总结。低压配电线路故障不仅影响着居民的正常用电，严重时还可能出现火灾或触电等安全事故，造成巨大的损失。因此，有必要分析和探讨配电线路故障，既要短时间内处理好故障为居民送电，又要分析故障成因做好防范措施，只有这样才能保证配网的安全稳定，才能满足社会发展的需要。

[参考文献]

[1]王立新.架空线路供电居民区零线带电原因分析及排查[J].机电信息,2017(12):17-18.

[2]吴远山.基于0.4kv低压配电线路的零线断线和相线接地探究[J].通讯世界,2017(5):161-162.

2024年第15期第6篇