低压线路故障查找及线路保护系统的研究

丁 正 胜

(安徽宿松供电公司, 安徽 宿松 246500)

0 引 言

在三相四线制低压供电系统中,中性线断线是一种常见故障(如输电线路中性线被窃贼盗割或大风刮断;施工机械违章操作,导致中性线被挂断;三相不平衡,导致中性线线路过流,进而发展为中性线过热熔断),而配电负荷大部分为单相负荷,因用户电器的启停具有很大的不确定性,所以难以做到三相负荷完全平衡,同时在负荷较重的情况下供电距离较远的供电区域还易出现末端低电压现象。以上这些都是低压线路的异常情况。

当发生中性线断线时,中性点向重负荷相产生位移,使相电压降低,而轻负荷相电压升高。三相负荷不平衡度越严重,中性点位移量越大,负荷侧相电压越不对称,电压畸变越严重,一旦中性点位移偏大,不可避免地引发过电压烧毁用户电器的事故。一旦人体接触这些电气设备外壳,会造成触电伤亡事故。

1 农村用电质量问题

在低压380 V三相四线制农村电网系统中,故障查找是个难题。目前,当农村低压电网存在用电事故而导致被动停电时,供电所的人员一般等客户打投诉电话时才知某台区的低压线路停电。如何提高农村电网低压台区供电的可靠性,变被动查找为主动查找,降低客户的投诉率,是农村供电所的一个难题。

在低压三相四线制的配电系统中,如果三相负荷平衡,中性线中的电流应很小。但是,越来越多的现象正在颠覆这个传统观念。如某建筑物四周的广告灯箱采用电子镇流器的荧光灯照明,三相线路的负荷均衡,每相电流约为90 A,但是中性线电流达到160 A。这是由于整流电路导致的,这种电路从电网吸取的电流为脉冲状。当相线的电流波形为正弦波时,如果相差120°且幅度相同,在中性线上矢量叠加的结果为0;如果相线上的电流为脉冲状且相差120°,则中性线上的脉冲电流相互错开,无法抵消。如果整流电路的电流为脉冲状且相差大于60°,就会在中线上发生重叠现象,中线上的一部分电流发生抵消,实际的中性线电流会小于1.7倍的相线电流。

同时,随着农村人民生活水平的提高,大量的家用电器普及,其中有许多使用整流电路的电器,以上分析的由于中性线过流问题而导致的断零现象时有发生。且农村地区为治理雾霾,引入煤改电的取暖方式后,这种现象将会越来越严重。

以上现象在农村普遍存在,究其原因是农村电网采用三相四线制公用变压器供电方式。当三相四线制的中性线因事故而断开,而其余三相负荷不平衡时,将引起低压各相电压畸变,导致某相负载电压升高,造成部分电气设备烧毁,而这部分用电设备退出运行后,负荷更轻,相电压更高,如此恶性循环,直至该相负荷全部烧毁或退出运行。同时,中性线断路点后侧电气设备外壳漏电,相当于带相电压,一旦人体接触这些电气设备外壳,会造成触电伤亡。

为杜绝此类事故发生,提高农村低压线路的故障查找水平,在10 kV配网智能架空线路故障查找系统的基础上,研发低压线路故障查找及线路保护系统,实现两种状态的故障报警与线路保护。

(1) 将农村380 V低压电网分成多个分支网状系统,当某分支失电时装置将发生报文发送到后台主站系统(通知低压台区哪台低压分支停电),便于供电所的人员主动维修。

(2) 检测到三相四线制供电系统中性线断线后,在中性线断线点后侧自动投入临时工作接地点,使三相电压达到基本平衡,用户电压在用电设备额定范围内,保证设备的正常运行和防止事故的进一步发展;检测到断零故障后及时动作,可使变压器下的综合配电箱跳闸,避免电器烧毁。同时,将故障信息发送到后台的故障查找系统,通知相关人员上门维修。当供电所人员维修后,系统自动恢复原来的中性线供应。

(3) 提供低压线路末端电压值的实时监控和三相不平衡的告警,当三相不平衡时可以报警,供电所人员根据此信息动态平衡线路负荷。

(4) 监测末端电压的低电压状况,为线路的低电压治理提供依据。

2 系统结构

低压线路故障查找及线路保护系统由智能故障指示器、低压故障指示及断零保护装置、物联网云端系统以及相关的手机APP软件组成。用户主要依靠安装在手机上的APP软件获得相关的设备信息,并对整个断零保护系统进行参数的设置和更改。系统结构如图1所示。

图1 系统结构

低压线路故障查找及线路保护系统功能如下:

(1) 故障采集功能:实时监控智能故障诊断装置的上报报文,对接收到的故障报文进行解析,获取故障数据。

(2) 实时故障点分析功能:线路发生失电故障和断零故障时分析提示信息,极大地降低电网维护管理人员的工作量和劳动强度。

(3) 故障定位功能:基于低压台区电网拓扑结构,综合各智能故障诊断装置的故障数据、台区出线开关、漏报开关的状态信息,实现故障点的智能定位。

(4) 故障历史信息分析功能:针对故障历史记录进行各种分析,如按线路、供电区、行业等进行统计。

(5) 设备管理功能:实现智能故障诊断装置的管理,包括设备台帐、安装地点以及手机号码等内容的录入、查询、浏览等功能。

(6) 短信通知用电用户功能:主站可以通过用电信息系统,获知低压线路使用客户的具体目录,将故障停电信息发送给客户。

3 工作原理

应用低压线路故障查找及线路保护系统,需要在低压线路上安装低压故障指示及断零保护装置DLB-I,如图2所示。

(1) 失电判据。装置DLB-I直接检测相电压,当相电压低或无相电压时,可判断该线路的相电压失电。低压故障指示及断零保护装置原理如图3所示。

图2 低压故障指示及断零保护装置DLB-I

图3 低压故障指示及断零保护装置原理

(2) 断零保护判据。装置DLB-I中性线断线故障时,由三相负载不平衡导致的各相电压不平衡形成断零保护判据,在准确判别故障后自动投入临时工作接地线,临时工作接地,并使三相电压基本保持平衡,保证用户设备正常工作。

该装置同时将故障信息传送至供电公司的故障查找物联网云端上,故障查找系统物联网云端综合判断,将故障信息发送给相关检修人员,提醒检修人员查找故障点,以尽早排除故障,保证用电的安全性和提高供电可靠性,同时也可以将故障引起的停电信息发送给该条线路的用户。

4 安装位置

低压线路故障查找及线路保护装置安装在农村低压线路分支线路的合适线杆上,前面任何位置断中性线、失电时都能起到告警保护作用。

装置安装方式如图4所示。

装置安装应用现场如图5所示。

5 系统应用

运维人员用手机号登录,可以实时得到所属配电线路的运行情况,当故障发生时获知线路发生哪些故障(接地、短路)和哪些故障在哪些线路上发生。当低压线路没有故障时,运维人员也会收到一些瞬间信号,提示要进行运行与维护。

图4 装置安装方式

图5 装置安装应用现场

在低压线路一侧,也能够实时得到线路的三相末端电压等实时数据。用户可以根据线路数值,配合换相开关等设备调整线路的负荷状况,从而达到负载均衡和三相不平衡治理的目的。同时当发生低电压现象时,也可通知供电公司进行线路调整。

6 结 语

低压线路故障查找及线路保护系统由智能故障指示器、低压故障指示及断零保护装置、物联网云端系统以及相关的手机APP软件组成,可提高农村低压线路的故障查找水平,实现两种状态的故障报警和线路保护。

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