配电线路故障分析及智能装置诊断研究

陈烨 袁君

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201722137

摘要：配电网处于电力系统的末端，是直接向广大电力用户分配电能的网络，是电力系统中与客户直接相联系的一环，对整个系统的供电可靠性影响巨大。电力线路的故障大致可分为瞬时性故障和永久性故障两大类。其中瞬时性故障占绝大多数。本文主要对配电线路短路故障、配电线路短线故障、电缆故障进行了分析，并对配电线路智能装置诊断装置设计进行了阐述。

关键词：配电线路；故障；智能装置；诊断

1 配电线路的简介

配电网是电力系统的基础，直接与电力用户相联系，因此，配电网的安全稳定运行与广大人民群众息息相关。配电网遍布城市、农村，其线路主要由架空裸导线、架空绝缘导线和电缆线路组成。目前，城市配电网的趋势是尽量采用电缆或架空绝缘导线，而农村大多数采用架空裸导线。在网络结构方面，配电网目前分为三种，即辐射状网、树状网和环状网，其结构示意图如图1所示。

配电网是电力生产和供用电的最后一个环节，直接与各种用户相关联，也是保证对用户安全、稳定、连续供电的一个重要环节。但是与输电网相比，由于配电网的绝缘水平较低，运行环境恶劣，网络结构复杂，各种防护措施不完善等因素的影响，使得配电网故障率居高不下，极大地影响了配电网的供电可靠性。

2 配电线路短路故障分析

在配电网中，由于短路造成的线路故障占到总故障的70%以上，严重影响输配电线路的安全。所谓的配电系统中的短路，是指相导体之间或相导体与地之间在没有负载阻抗的情况下而直接的连接，造成输配电线路中的某一部分电气过载而遭到破坏。常见的导致输电线路短路的原因有以下几个方面：

（1）雷击或高电位入侵。由于电气设备的绝缘都有一定的介电强度，也就是绝缘耐压值。如果超过绝缘耐压值的极限，绝缘系统将会被击穿，造成电气设备过电压，形成短路。

（2）元件损坏。主要是由于设备绝缘件的老化、设计安装不合理等原因，造成元件遭受到较大电压，形成短路。

（3）气象条件恶化。如架空线路遭受到冰雪、大风等因素的影响，造成电杆倒塌的危险等。

（4）人为事故。如运维人员带负荷拉闸、检修完毕未及时拆除接地线等。

（5）动植物造成的短路。如藻类植物生长连接减小了绝缘体之间的距离，小鸟两只脚站在相导体之间等，都可以引起输电线路短路。

3 配电线路断线故障分析

现如今，我国的配电网大多采用绝缘导线架空来进行电路传输，采用该方式输送电，可以有效减少因为“线树矛盾”造成的各种输电线路故障的问题。另外，与埋地电缆相比，可以节约道路开挖等施工，节约成本。但是，采用绝缘导线架空进行输电线路传输容易出现雷击断线事故。特别是现如今的输电线路输电压较大、输电线路长，甚至会影响到配电线路的安全运营。

4 电缆线路的故障分析

电缆在工作期间，可能会遭受到外力、电力输送过载等影响，造成芯线和绝缘遭受到不同程度的损伤，从而造成电缆线路故障。具体来说，有以下几种故障。

（1）低阻故障，即低电阻接地或短路故障。电缆一芯或者数芯对地绝缘电阻或芯与芯之间的绝缘电阻低于10 Zc（ Zc为电缆特性阻抗，一般不超过40Ω）时，而导体连续性良好者称为低阻故障。一般常见的低阻故障有单相接地、两相短路或接地等。

（2）高阻故障，即高电阻接地或短路故障。电缆一芯或数芯对地绝缘电阻或芯与芯之间的绝缘电阻低于正常值很多，但高于10 Zc，而导体连续性良好者称为高阻故障。一般常见的高阻故障有单相接地、两相短路或接地等。

（3）断线故障。电缆各芯绝缘均良好，但有一芯或数芯导体不连续。

（4）断线并接地或短路故障。电缆有一芯或数芯导体不连续，经过（高或低）电阻接地或短路。

（5）闪络故障。在电压达到某一数值时，电缆相间或相对地闪络击穿，当电压降低时击穿停止。有时即使再提高电压，也不会出现击穿现象，而经过一段时间后又会发生。

电缆线路的故障类型是多种多样的，而致使电缆线路发生故障的原因也是多方面的。常見的主要原因有机械损伤、绝缘受潮、绝缘老化、过电压、过热、产品质量缺陷以及设计不良等。

5 配电线路智能装置诊断装置设计

自动重合闸装置在输电线路的安全运营过程中有着十分重要的影响。但是，由于各种原因的制约，常常会出现自动重合闸盲目跳闸的情况，甚至会影响到故障的判断。另外，当自动重合闸跳闸后，如果没有及时合闸，甚至会给电力系统造成更加严重的危害。

针对这一现象，研发一种能正确识别线路故障类型的故障智能诊断装置显得十分有必要。通过该装置的启动，可以自动识别线路故障，以确定是否自动合闸，减少自动合闸的盲目性。

故障智能诊断装置可以划分为控制模块、线路状态传感器模块和人机交互模块三个部分。控制模块主要用于对外部接受到的信号进行处理和分析，并且将处理好的信号及时通过传感器模块传递出去；传感器模块主要用于线路故障参数进行采集，并进行信息的传递；人机交互模块用于实现人机交互对话，完成人机信息传递。

故障智能诊断装置的工作原理是：当配电线路发生故障，故障智能诊断装置将故障信息通过传感器模块传输到控制模块。控制模块接收到断路器分闸回路的跳闸信号后，断路器合闸回路闭锁，并快速处理传感器发送回来的故障参数，判断故障类型，确定是永久性故障还是瞬时性故障，以确定是否重新合闸。如果是永久性故障，控制模块发出重合信号，传感器将信号传输给断路器，断路器合闸回路闭锁，线路恢复正常；若为永久性故障，断路器停止工作，并将相关报警信息反馈给运维人员。运维人员接收到系统的线路故障后，立即现场查看，解决线路故障。在每次故障处理完毕后，故障智能诊断装置将会记录故障相关内容，生成故障处理日志，以便日后调用、查阅和分析。故障智能诊断装置具体的工作流程见图2所示。

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6 总结

配电线路发生故障后，应当及时、快速的处理，将故障风险降至最低，恢复供电能力。从本文的研究看出，通过增加故障智能诊断装置，可以智能识别配电线路故障发生的原因，以决定是否进一步处理。通过故障智能诊断装置，不仅仅可以提高识别故障的能力，还能提升配电网安全性和稳定性，避免因为故障停电而造成巨大的经济损失。

参考文献：

[1]沈海滨，陈维江，王颂虞，等.10kV架空线路雷击断线故障的模拟试验研究[J].电网技术，2011（01）：117121.

[2]高友权.配电系统继电保护.北京：中国电力出版社，2005.