低压台区架空线路零线带电故障快速定点装置研究方案

伍振园，虞浩文，龙 江，唐 明

（1.广西电网有限责任公司桂林供电局，广西 桂林 541002；2.珠海华网科技有限责任公司，广东 珠海 510382）

0 引 言

低压台区线路由于受电压等级低、用户分散性强以及智能设备应用率低等因素限制，导致当线路发生故障时的检修效率低下。低压台区零线带电故障发生次数逐年增加，严重威胁居民的生产生活。传统的零线故障查找主要包括分段查找排除、分相拉闸停电排除等，不仅耗费人力、效率低下，而且频繁停电导致发生各类投诉事件，严重影响电网公司的形象。所以，如何及时发现并快速定位低压台区架空线路零线带电故障，提高架空线路的运行和管理水平，是多年来线路维护中的难题。随着国家对供电可靠性要求的提高，尤其是智能电网建设的需求，迫切需要解决这一问题[1-2]。针对低压台区零线带电故障这一问题，本文在总结前人研究的基础上，提出低压台区架空线路零线带电故障快速定点装置研究的方案，以期为解决这一问题提供有益参考[3-4]。

1 低压台区线路简介

低压台区供电系统正常运行时的电路为三相四线制TT接线方式，如图1所示。该种系统运行过程中，零线只在靠近变压器侧接地，其余部分的零线不再重复接地。该种TT方式的供电系统主要适用于用户较为分散、以架空线路为主的低压配电网[2]。

图1 低压台区TT接线方式示意

2 零线带电故障原因

在TT形式的供电系统中，当系统正常运行时，零线中无电流流过或者仅有微弱电流通过。但是，当某些故障发生时，可能会引起零线带电[1，3-4]。

2.1 零线断线

图2为零线断线示意图。由于低压台区架空线的高度相较与高压输电线路高度较低，且环境复杂，容易受外界的一些不可抗因素干扰，导致发生零线断线事故。相线电流由用户电器流向零线，导致零线带电，用户无法正常用电。

图2 零线断裂

2.2 变压器接地电阻偏大或接地引线断裂

由于在接地体的设计、施工中未严格按照接地电阻的考核指标进行操作，导致接地电阻值远大于标准；接地体引上线处于土壤和空气的交界处，容易发生腐蚀现象，导致接地体引上线变细或者断裂，相当于增加了接地电阻的水平，如图3所示，导致中性线开路，使中性线电压升高而带电。

图3 接地体断裂

2.3 相线接地故障

图4为线路A相发生接地故障，故障电流将流入接地体导致零线带电。

2.4 三相电流不平衡

三相电流不平衡的原因较多。电源输出的三相电流本身不平衡，低压台区变压器在电压等级转换过程中，由于开关未能同时开断或接触不良或者三相负载不平衡，均能引起三相电流不平衡，进而使电流流过零线。

图4 相线接地短路

3 零线带电故障传统检修方法

当发生零线带电故障时，必须在最短的时间内找到故障发生的原因和位置。

3.1 分段检测

分担检测法的实质是测量零线电流的大小来定位故障发生的位置，所以也可以称其为电流检测法。具体实施步骤：按照先干路后支路的方法，将线路划分为若干个片段，筛选每个片段的零线，通过电流表测量选择出带电区域，然后再进一步细筛。该方法耗时较长，有时还需要频繁开断开关，效率低下，但是能够准确找到零线带电（断线）发生的区域。

3.2 分相检测

对三相线路依次停电进行检修，用交流电压表测量停电相与零线之间的电压，若某一相与零线之间的电压为0，则故障发生在该相。这种方法用于相线对地短路故障引起的零线带电，且仅能将故障定位到某一相，要确定具体的故障点还需进一步检修。

3.3 电压法检测

当确定短路相线后，通过测量零线与零电位参考点之间的电压值，若某一处的电压测量值最大，则可定位该处即为故障发生点。该种方法是在分相检测法基础上实施的改进方案，可以与分享检测结合使用。

此外，在文献[5]中还针对零线带电故障总结了一套原因判断查找方案流程图，如图5所示。但是，该种流程的实施仍要需要耗费大量的人力、物力，操作也较为繁琐，与目前智能电网建设的目标不一致。

4 零线带电故障预防措施

关于如何降低零线带电故障的发生频率，维持低压台区电力线路安全稳定运行，主要是基于对以往零线故障发生的原因进行归纳总结，在分析零线带电故障原因以及解决方法中总结一些零线带电故障预防行之有效的措施。

针对变压器和零线接地体腐蚀或者意外断裂、接地阻抗不达标的情况，需要定时使用专业的接地阻抗测试仪，按照规程的测试步骤测量接地体的接地阻抗，有效规避因为接地阻抗超标而引起的零线带电故障。

关于三相电流不平衡引起的零线带电故障，要从电力系统规划设计之初便开始关注，尽量使三相线路的负载均匀分配。还需要从三相电源的角度进行考量，保证三相电源输出电流本身平衡也是关键性的一步。此外，需要保证低压台区三相开关均可靠接触，避免因为某一相开关接触不良而引起的三相电流不平衡。最后，需要注意零线本身的质量和施工工艺，避免因为零线材质不佳导致零线断裂等事故。

图5 零线带电故障原因判断查找流程

5 零线带电故障快速定点装置研发

本项目在消化和吸收现有技术的基础上，针对低压台区架空线路零线带电故障检测开展研究，提出低压台区架空线路零线带电故障快速定点装置研发方案，率先实现低压台区架空线路零线带电故障的快速定位，提高架空线路零线带电故障判断准确率，便于检修人员及时排查故障，增加低压台区线路的运行可靠性。

5.1 低压台区架空线路零线带电故障快速定点装置仿真研究

利用有限元仿真分析软件，搭建架空线零线仿真物理模型，给出仿真流程，对零线带电故障进行仿真分析；研究零线带电故障判据，基于仿真分析对零线带电故障进行特征提取，实现故障的快速诊断；研究故障快速定位方法，基于ATP-EMTP软件仿真研究故障的幅值判据，实现故障的快速诊断。

5.2 低压台区架空线路零线带电故障快速定点硬件研究

研究高精度电子式零序电流互感器设计方法，提出副边最佳匝数和原边最小电流的计算公式，仿真研究铁心最佳工作点的选择方法；研究硬件抗干扰技术，如电源抗干扰、电路保护以及电路板屏蔽等，以保证装置稳定工作；研究信号预处理电路设计方法、数据采集及处理方法及无线传输方法；研究软件噪声滤波、不对称电流快速计算等算法，提高装置的可靠性和灵敏度；基于实验室典型故障，建立零线带电故障判断模型，设计零线带电故障类型识别模型，提高故障类型诊断准确率。

6 结 论

针对低压台区零线带电故障这一问题，在总结现有零线带电故障原因及检测方法的基础上，给出预防零线带电故障的有效方法，并提出低压台区架空线路零线带电故障快速定点装置研究方案。提出的低压台区架空线路零线带电故障快速定点装置研究思路，可以提升在低压台区架空线路零线带电故障诊断的技术水平，实现低压台区架空线路零线带电故障的快速定位，提高低压台区线路的运行可靠性和低压台区线路的运维管理水平。下一步研究中，将针对提出的装置研发方案进行工程实验，进一步检测所提出方案的可行性。