低压线路 故障查找与线路保护系统应用

国网安徽宿松供电公司 丁正胜

在低压380伏三相四线制低压供电系统中，零线断线是一种常见故障，如：零线被盗割或被大风刮断；施工机械违章操作等外力破坏导致零线断线；三项不平衡导致零线过流，进而发展为零线过热熔断。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。

若发生零线断线，则中性点向重负荷相产生位移，使该相电压降低，而轻负荷相电压升高。三相负荷不平衡度越严重，中性点位移量就越大，负荷侧相电压就越不对称，电压畸变越严重，一旦中性点位移偏大，就不可避免地引发过电压烧毁用户电器的事故。如果人体接触这些电器和设备的外壳，就会造成触电伤亡事故。

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、经济赔偿等损失，并导致与用户关系紧张，致使社会不稳定因素增加，更重要的是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社会形象。

供电服务质量问题

在低压380伏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，当农村低压电网因出现用电事故而停电时，供电所工作人员通常不能在第一时间获悉停电情况，而是等用户进行投诉后，才知道哪个台区的低压线路停电了。

而且，农村以留守老人和儿童为主，他们的安全用电、科学用电知识不足，也不能准确表述供电故障。通常情况下，老人和小孩会向在外地打工的子女或者父母打电话抱怨，而这些在外打工者就会直接拨打95598投诉，将问题说得很严重。由此，就会导致某些农村供电所的投诉率急剧提高。同时，在国家电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水平，进而影响到供电所工作人员的收入。

如何提高农村电网低压台区供电可靠性，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面前的一个难题。

农村用电质量问题

在低压380伏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，这是基本常识。但是，越来越多的现象正在颠覆这个常识。例如，某建筑物四周的灯箱广告，采用带有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90安，但是零线电流却达到160安。

图1 单项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大电流，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下部所示的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上部所示。

图2 相线上的脉冲电流在零线上叠加

当相线的电流波形为正弦波时，如果它们相差120度，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。

但是，如果相线上的电流是脉冲状的，并且相差120度，则他们在中线上叠加的结果如图2所示，零线上的脉冲电流是相互错开的，无法抵消。在一个周期内，零线上的脉冲电流有3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。

如果整流电路电流的脉宽大于60度，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，随着农村生活水平的提高，农民家庭也购买了大量的家用电器，其中也有大量使用整流电路的情况。上面分析的由于零线过流问题而导致的零线断线现象，也时有发生。国家电网公司供区内每年都会发生大量烧坏烧毁家用电器的现象，因此，电网公司也陪了不少钱。并且在农村地区逐渐引入“煤改电”取暖方式后，这种情况会越来越严重。

而且，这些多发生于农村，而城市则很少见。究其原因，是因为城市是三相五线制，而农村则采用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器烧毁，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，零线断路点后侧电器外壳漏电时，相当于带相电压，一旦人体接触这些电器和设备外壳，就会造成触电伤亡事故（见图3）。

图3 电器结构图

故障查找及断零保护系统

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，国网安徽宿松供电公司在10千伏配网智能架空线路故障查找系统的基础上，成功研发出低压线路故障查找及断零保护系统。它实现了两种状态的故障报警与线路保护：

1.该系统将农村380伏低压电网，分成有多个分支的网状系统，当某个分支失电时，装置将发送报告到后台主站系统，通知低压台区某一台低压分支停电了。这时，供电所工作人员就会主动上门维修，变被动停电维护为主动停电维护，从而降低用户的投诉率。

2.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，将故障信息发送到后台的故障查找系统，通知相关人员上门维修。完成维修后，系统自动恢复原来的零线供应。

3.提供三项不平衡报警。系统出厂时，可以设定三项不平衡报警值。当发生不平衡情况并达到报警值时，系统可以自动报警，供电所工作人员可以根据报警信息动态平衡线路负荷。

4.对农电低压线路的末端电压值进行实时监控，可以监测末端电压的“低电压”情况，为“低电压”治理提供依据。

系统结构

该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手机APP组成。

用户主要依靠安装在手机上的APP获得相关的设备信息，并对整个系统进行参数设置和更改（见图4）。

图4 低压线路故障查找及断零保护系统结构图

系统功能

故障采集。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。

故障实时分析。对线路发生失电故障、断零故障等等几十种故障进行分析并发出提示信息，能极大降低电网维护管理人员的工作量和劳动强度。

故障定位。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、漏保开关的状态信息，实现故障点的智能定位。

故障历史信息分析。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。

设备管理。实现智能故障诊断装置的管理，包括设备台账、安装地点、手机号码等内容的录入、查询、浏览等功能。

短信通知用户。主站可以通过用电信息系统，获知该低压线路的具体用户目录，将故障停电信息发送到用户手机上，从而降低用户投诉率。

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）。

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，可判断该线路的相电压失电（见图6）。

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，在准确判断故障后，自动投入临时工作接地线，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5 低压故障指示与断零保护装置（正面与侧面）

同时，该系统还能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后，将故障信息发送到相关检修人员的手机上，提醒检修人员查找故障点，以尽早排除故障，保证用户用电的安全性并提高供电可靠性。另外，该系统也可以将故障引起的停电信息发送到线路所带的用户手机上，及时与用户保持沟通，提高用户的满意度，降低投诉率。

图6 低压故障指示与断零保护装置原理图

安装位置

本装置安装在农村低压线路支线的某一根适当的电杆上，前面任何位置出现零线断线和失电时，都能起到报警和保护作用（见图7、图8）。

系统应用

运维人员用手机号登录，可以实时了解自己负责的配电线路的运行情况。当故障发生时，运维人员会知道线路发生了哪些故障（接地、短路），哪些故障在哪些相线上发生。

在低压线路这一侧，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。

图7 安装方式

图8 安装应用现场