配电线路常见故障与配电设计可靠性分析

枣庄市第一人民医院 张宏兵

1 影响供电可靠性的配电线路常见故障

可靠性供电是医院供电质量的重要指标，但很多用电设备在使用过程中由于电源连续性供电，电负荷过大（核磁、CT、伽玛刀、锅炉、中央空调、电梯、照明系统等）、功率大、耗能大，日负荷曲线变化也大，使导体支持绝缘物发生性状改变，为配电线路短路、断路埋下安全隐患。此外，由于应用率高，各用电设备零部件发生摩擦、重物压轧、受潮、腐蚀等现象，或供电线路和电力设备长时间失修、陈旧老化、绝缘物损坏、脱落、铁芯局部熔毁，也会出现配电变压器、线圈间短路、断路、对地击穿，引发医疗电器短路、断路，出现安全故障。

1.1 开关开断、关合类载流故障

开关开断、关合类载流故障主要集中发生在7.2～12kV电压等级上，例如当一部分10kV电力系统少油、真空断路，运行较长时间后，出现三相不同期、喷油短路、连接点过热、掉瓷、灭弧室烧损、操作杆卡环、脱落等现象，最终导致部分配件及线路老化，影响医院供电需求及供电改造。

1.2 配电室故障

医院最大的供电中心就是配电室，不合理的配电很容易出现故障。故障出现在电缆线路中间和末端，多数情况下均由外力损伤（电缆敷设施工不规范、土建施工在直埋电缆上，或接头压接不紧等）、绝缘受潮（接头进水、渗入水蒸气、制作不合格）、三相负荷不平衡、长期超负荷运行导致（电流的热效应加速绝缘的老化）。案例1（长期超负荷运行导致）：在某医院中，巡查人员发现630kVA变压器隔离开关触头变黑。其低压母线排为铝排，隔离开关为铜排，因是不同种类金属的不同特性，出现了电化腐蚀，使金属接头两端电阻增大。当用电负荷增大，大电流通过时，热效应原理使触头温度升高，发生变色。案例2（配电室三相负荷不平衡）：若三相电流或电压幅值不一致，幅值差会超过规定标准值，影响变压器的安全和寿命，降低电动机过载能力，使其中一项负荷过大，引起跳闸现象[1]。

1.3 电流互感器故障

1.3.1 绝缘热击穿

电流互感器绝缘结构多为电容型结构（220kV电压），因绝缘体一般厚度较大，皱褶较多，在高电压和大电流作用下，介质出现损耗，使绝缘体温度升高，此时若绝缘部分包裹松动。初级绕组的支撑螺母松动、夹板松动、焊接不良等，端子会屏蔽引线接触，也会出现绝缘热击穿。若真空密封结构和材料处理不当、浸渍不彻底、受潮，也会导致绝缘下降出现击穿。

1.3.2 局部放电

医院场所电容屏多由串联电容芯构成，外由电缆纸的连续缠绕组成，正常状态下220kV电压均匀分布，但在此过程中，受工艺和质量差异性的影响，尺寸和排列有一定的不合理性，电容极板光滑度和平整度较差。此外，若绝缘材料包裹不严，沿电流互感器局部固体绝缘的电场强度达到一定值时，电容屏断裂或错位,使电流互感器均压特性被破坏，出现局部放电故障。

1.3.3 变压器受潮

结构不合理或胶垫松动使端部密封不良,电流互感器绝缘稳定性变差，长期存积水分,在工作场强的作用下,主电容屏击穿,出现故障。检修中设备暴露在大气中后吸收过多空气中的水分，损坏油的绝缘强度、腐蚀铜、铁等金属，使冷却器铜管分裂,水进入变压器。

1.4 变压器着火

变压器着火可能会出现变压器的零件松动的情况，发出“嗡嗡”“哇哇”声响，或绕组导线击穿产生的声响；若变压器渗油或渗水时，引起油位过高或过低，出现溢油、假油位，或油标管堵塞，变压器内部引出线乃至线圈外漏，导致内部放电等情况。若正常情况下，变压器油是冷却和绝缘的，但当长时间过热运行或壳体进水，吸收潮气，油质发生质变，油色异常，酸值增高，闪点降低，绝缘强度降低，油箱内绝缘油燃烧，容易绕组匝间短路，与外壳之间发生击穿放电，发生事故。

2 配电系统的合理设计

2.1 TN供电系统

2.1.1 供电系统范围

电气专业角度将医疗场所分成三类《建筑物电气装置第7-710 部分：特殊装置或场所的要求医疗场所》 GB16895.24—2005/IEC60364-7-710：2002，分别为0类场所、1类场所、2类场所。

在0类和1类医疗场所中的TN系统，配备剩余电流保护设备RCD可以用低压安全保护装置，例如手术台驱动的供电回路、X 光机的回路，以及额定功率在5kV 以上的大型设备的回路，这些电气设备不用于维持生命，漏电时可以断开主电路保护器，不会对患者造成重大影响，医生的诊断或治疗可以重新开始。

2类场所中应保证设备对病人的直接漏电流不超过10μA，同时保证在漏电流或过电流状态下能不间断供电，外科手术的医疗电气设备和系统，其供电回路必须采用IT供电系统[2]。

2.1.2 IT供电系统

医用隔离变压器。隔离变压器专用于医疗IT系统，绕组间双重绝缘，减少电磁干扰，配置PT100温度传感器监测变压器温度。

医疗智能绝缘监测仪。通过微控制器技术，具有集成度高，体积小巧，安装方便的特点，主要应用在手术室、重症监护室等2类场所。

电流互感器。绝缘监测仪是配套使用的保护型电流互感器，最大可测电流60A，变比是2000∶1。

2.2 照明系统

2.2.1 指标和规范

医院有大量多点位的一级负荷和多种单相非线性谐波源负载，随着X光机、核磁共振、B超、CT机等急救等医疗设备供电系统的不断扩充和持续性、长时间的应用，医院的配电设计应结合《医院能耗监管系统建设技术导则》规定，完善用电指标，提高电能质量，一般情况下，用电指标一般在70～80VA／m2。

2.2.2 各科室照明标准与设备

各科室照明标准与设备见表1。

表1 照明场所与设备

2.2.3紫外线灯的配置

医院配置紫外线灯主要是消毒杀菌，减少疾病传播风险。一般情况下，相关科室（手术室、候诊室、呼吸科、血库、妇科、传染科、卫生间）安装功率密度为1.5～3W/m2），15～20m2内设置1盏效率0.8 的灯具（石英玻璃管）；传染病房、污染区、卫生间、过道等需要高度杀菌，需要在15～20m2内设置2～3盏紫外线灯[3]。

2.2.4 急救中心、急诊ICU配电设计

急救中心、急诊ICU 为一级负荷配电，急诊化验注射、输液按一级负荷配电。建议设三段母线，为急诊照明干线、动力干线、应急干线、照明及动力干线，引自变压器不同母线段，应急干线引自变电所应急段，应急干线每层安装两个插接，引至照明和动力配电箱，作为备用，其容量应按两段干线容量之和设计，以保证整个急诊区域的可靠性供电。

2.2.5 动力系统配电设计

电梯（医用电梯、污梯）、热力站设备（采暖系统机组、洁净空调机组、普通空调机组）等，均由配电变电所不同低压母线段两路电源供电，末端自投。

3 配电运检管理措施

3.1 绝缘子布线

导线绝缘强度应符合电源电压的要求，例如220V 电压的绝缘导线必须配备250V 级以上的，380V电压绝缘导线必须选用500V级。或采用额定电压1.8/3kV以上的电缆敷线。

3.2 敷设线路

单芯电缆敷设，固定在槽沟内，并配熔断器及保护装置（瓷管、硬塑料管），以减少导电部分间的直接接触，解决短路、断路问题。

3.3 保电运检管理

对线路接头、用电线路等重点部位进行红外测温，编制“一线一案”的线路保电方案，按照“先复电，后抢修”的原则进行故障处理，并安排500kW 发电车为医院作好应急保障，第一时间完成负荷转供电，保障医院内可靠供电[4]。

3.4 变压器绝缘的干燥处理

当变压器绕组的绝缘电阻、介损值等指标降低时，需要进行干燥处理，将绝缘材料中的水分转移、排走，可以通过热油循环干燥。变压器油适配表见表2。表2 中的抢修方案如下，当配电室故障抢修三相负荷不平衡时，可以更换隔离开关，或重新规划合理布线，量能分配，或增加变压器容量；此外，当变压器渗油或油位不稳时，用气体继电保护将其跳闸、切断电源停电检修，或对绝缘油进行过滤处理，保证变压器内温度不超过85℃，小于100kVA 的变压器，熔丝额定电流按变压器额定电流的2～3 倍选择，大于100kVA 的变压器，按照其1.5～2 倍选择。由架空导线引入的变压器，配置避雷器。

表2 变压器油适配表

变压器绝缘的干燥处理方法步骤是在注油前，检查变压器内部是否清洁到位，并取油样检查，合格后方可注油。此外，应当注意散热器和变压器连接的阀门全部关闭，避免散热；抽真空是将抽真空油箱、变压器油管路、滤油机、储油罐连接好，保证真空状态；注油是将变压器与真空泵抽真空管路相连，从器身上方阀门注入油箱。油位高出铁芯上沿100～105mm。油温控制。变压器20℃以下，应热油循环加热到50～70℃。放油是通过器身上部阀门向变压器注入，变压器油应符合标准GB 2536—2011。循环时间是2500kV变压器为48h；20～330kV变压器≥24h。