浅谈低压线路故障查找与线路保护系统的应用

国家电网安徽宿松供电公司 丁正胜

引言

在三相四线制低压供电系统中，零线断线是一种常见故障，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，这些都是低压线路的异常情况。

虽然供电企业对用户电器烧毁一般都投了保险，但是保险规定烧毁电器只能修理不能更换，用户反应强烈，若处理不当，供电企业将面临责任界定、销售电量、经济赔偿、社会形象等损失，企业和客户关系紧张，社会不稳定因素增加，更重要的影响了供电企业的优质服务水平，严重损害了供电企业的良好形象。

1 电力服务质量问题

在低压380V三相四线制农村电网系统中，故障查找是一个令人头疼的问题。目前，当农村低压电网存在用电事故而导致被动停电现象时，往往供电所的人员是不知道停电的存在，而是等客户打投诉电话时，才知道那个台区的低压线路停电了。

当前农村以留守在家的老人与小孩为主，他们使用电器的知识与技能不足，也不能正确地表述供电故障。往往存在的情况是老人和小孩向在外打工的年轻人抱怨，年轻人就会直接拨打95598投诉，将问题说得很重。由此，就会导致某些农村供电所的投诉率急剧提高。同时，在国网公司现有的评价体系中，投诉率高必然意味着服务质量差。服务质量差就会影响到供电所的服务评价体系，进而影响到供电所人员的收入。

如何提高农村电网的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，也是摆在农村供电所的一个难题。

2 农村用电质量问题

在低压三相四线制的配电系统中，如果三相负荷平衡，零线中的电流应该很小，这是所有业内人士的共识。但是，越来越多的现象正在颠覆这个传统观念。

例如，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，每相电流大约为90A，但是零线电流达到160A。

图1 单相整流器的电路与电压、电流波形

实际上，零线电流过大的现象现在越来越普遍。为什么三相电的负荷平衡，零线上却还是会出现电流，并且电流达到相线电流的150%以上呢？这是由于整流电路导致的。

图1右图所示是一个典型的单相整流电路，这种电路从电网吸取的电流为脉冲状，如图1的左图所示。

当相线的电流波形为正弦波时，如果它们相差120°，并且幅度相同，在零线上矢量叠加的结果是总和为零，这是大家所熟悉的。

图2 相线上的脉冲电流在零线上叠加

但是如果相线上的电流是脉冲状的、并且相差120°，则他们在中线上叠加的结果如图2所示。从图3可知，零线上的脉冲电流是相互错开的，无法抵消。数一下零线上的脉冲电流个数，在一个周期内有三个，因此零线上的电流是各相线电流的总和。按照电流有效值的算法，零线上的电流是相线电流数量的1.7倍。

如果整流电路的电流的脉宽大于60°，就会在中线上发生重叠现象，这时中线上的一部分电流发生抵消，实际的零线电流会小于相线电流的1.7倍。

同时，随着农村人民生活水平的提高，农村也购买了大量的家用电器，其中也有大量使用整流电路的现象。上面分析的由于零线过流问题而导致的断零现象，也时有发生。每年国网公司都会有大量烧坏、烧毁家用电器的现象，并且随着为治理雾霾现象，而在农村地区引入煤改电的取暖方式后，这种现象将会越来越严重。

这种现象农村存在，而城市则很少存在。究其原因，是因为城市是三相五线制，而农村电网则是三相四线制公用变压器供电方式。当三相四线制的零线因事故而断开，同时其余三相负荷不平衡时，将引起低压的各相电压畸变，从而导致某相的负载电压升高而造成该相部分电气设备烧毁，而这部分用电设备退出运行后，该相负荷更轻、相电压更高，如此形成恶性循环，直至该相负荷全部烧毁或退出运行。同时，零线断路点后侧电气设备外壳漏电时，相当于带相电压，一旦人体接触这些电气设备外壳，就会造成触电伤亡（见图3）。

为杜绝此类事故发生，同时提高农村低压线路的故障查找水平，我公司在其10KV配网智能架空线路故障查找系统的基础上，共同探讨研发成功低压线路故障查找及线路保护系统。它实现了两种状态的故障报警与线路保护。

图3 电器结构图

该系统将农村380v低压电网分成有多个分支的网状系统，当某个分支失电时，装置将发生报文到后台主站系统，通知低压台区那一台低压分支停电了，这时供电所的人员就会主动上门进行维修，变被动停电维护为主动停电维护，从而降低客户的投诉率。

在检测到三相四线制供电系统零线断线后，在零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，另一方面，在检测到断零故障后及时动作，可使变压器下面综合配电箱跳闸，避免烧毁电器。同时，将故障信息发生到后台的故障查找系统，通知相关人员上门进行维修。当供电所人员完成维修后，系统自动恢复原来的零线供应。

提供农电低压线路末端电压值的实时监控与三项不平衡的告警。出厂设置是可设定三项不平衡值的，当不平衡时可以报警，供电所人员可以根据此信息进行动态平衡线路负荷。

提供农电低压线路末端电压值的实时监控，可以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。

3 系统结构

系统由前端的智能故障指示线路保护装置、物联网云端系统以及相关的手机APP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。如下页图（图4）所示。

3.1 故障采集功能

实时监听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。

3.2 实时故障点分析功能

线路发生失电故障、线路发生断零故障等几十种分析提示信息，极大地降低了电网维护管理人员的工作量和劳动强度。

图4 系统结构图

3.3 故障定位功能

基于低压台区电网拓扑关系，综合各智能故障诊断装置的故障数据和台区出线开关、漏报开关的状态信息，实现故障点的智能定位。

3.4 故障历史信息分析功能

针对故障历史记录进行各种分析，比如按线路、供电区、行业等进行统计。

3.5 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、手机号码等内容的录入、查询、浏览等功能。

3.6 短信通知用电用户功能

主站可以通过用电信息系统，获知该低压线路具体使用客户的目录，将故障停电信息发送到该客户的手机之中，从而降低客户的投诉率。

4 工作原理

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

图5 DLB-I 低压故障指示与断零保护装置

4.1 失电判据

DLB-I装置直接检测相电压，当相电压低或无相电压时，可判断该线路的项电压失电。（见图6）

4.2 断零保护判据

DLB-I装置利用零线断线故障时，由于三相负载不平衡导致的各相电压不平衡形成保护判据，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，以此保证用户设备正常工作。（见图6）

图6 低压故障指示与断零保护装置原理图

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，将故障信息发生到相关检修人员的手机上，提醒检修人员查找故障点（见图6），以尽早排除故障，保证用户的安全性和提高供电可靠性，同时它也可以将故障引起的停电信息发送到该条线路的用户手中，提高客户的满意度。

5 安装位置

本装置安装在农村低压线路分支线路中合适的一根杆上，前面任何位置断零线、失电时都能起到告警保护作用。

图7 安装方式

图8 安装应用现场

6 系统应用

运维人员用自己的手机号登录，可以实时得到自己所属配电线路的运行情况，当故障发生时，会知道线路发生了那些故障（接地、短路），那些故障在那些项线上发生。当没有故障时，也会收到一些瞬间信号，从而提示客户进行适当的运行与维护。

在低压线路这一侧，也能够实时得到线路的三项末端电压等实时数据。用户可以根据线路数值，配合换项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。