10kV配电系统常见故障及应对措施研究

摘要：文章采用理论加实践的模式，探讨了提高配电系统运行可靠性的方法。文章结合实际工作中发生的故障，对其进行归类分析，结合配电系统运营及维护保养的工作经验，对各故障类型有针对性地提出了预防措施，以期确保配电系统的稳定、可靠运行。

关键词：10kV配电系统；配电线路；故障分析；应对措施；电力系统 文献标识码：A

中图分类号：TM726 文章编号：1009-2374（2016）06-0127-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.06.063

随着社会不断进步和发展，生产、生活对能源的需求与日俱增，电力能源更是已经成为人类不可或缺的重要能源之一。人类对电能的需求逐年增大，据统计，1998年我国的发电量为1.167亿kWh，居世界中等水平，而2014年国内水电、火电以及其他清洁能源发电量已飞跃至54637.6亿kWh，跃居世界第一。电量的充足供应为我国经济建设提供有力的支撑，也为居民生活质量提高奠定了坚实的基础。然而人类在利用电力能源造福自己的同时，因没有科学、合理地使用电能所引发的事故也日益剧增。正确认知电能，对电气故障进行系统分析总结，并制定有效的防范措施具有十分现实的意义。配电网是电力系统中结构最为复杂、分布最为广泛的网络。10kV配电线路普遍应用于城镇、农村、工矿企业的电网建设中。而与高压输电线路比较，采用小电流接地系统的10kV配电线路的故障相对于高压输电线路，受天气和周围的环境，区域宽、长，负荷变化复杂，设备运行不均匀等客观因素影响，如高故障率，直接或间接地影响到电网的安全可靠运行。本文将结合企业实际情况，就10kV配电系统常见故障进行分析总结并对防范措施进行初步探讨。

1 配电系统组成

变电站、输电线路及用电设备是配电系统的主要组成部分。配电原理如图1所示：

图1 配电系统原理图

第一，降压变压器和高压断路器是变电站的重要组成部分。根据厂房负荷情况，变压器通常选择容量1000kVA，变比为10/0.4kV的油浸式和干式变压器。传统的油浸式变压器因其效率低、维护成本高已被逐步被干式变压器替代，但传统油浸式变压器在超负荷工作稳定性方面优于干式变压器，在目前一些老的工矿企业中仍发挥着作用。

第二，从天气和周围的环境的角度来看，区域宽、长，复杂的负载变化，平衡设备运行的客观因素，如高失败率，直接或间接地影响到电网的安全可靠运行。本文将结合企业传统的油浸式变压器因其效率低、维护成本高已逐步被干式变压器替代。但传统油浸式变压器在超负荷工作稳定性方面优于干式变压器，在目前一些老的工矿企业中仍发挥着作用。高压断路器具有良好的开放电路性能和灭弧能力，可以开启和断路器短路和过电流负载是配电系统中不可或缺的安全措施之一。

第三，低压断路器和输电线路的主要部分是低压配电线路。低压断路器可以正常连接和切断电路，具有多种保护功能。输电线通常使用空中或地下电缆，一般使用铜（铝）芯聚氯乙烯电缆。

第四，三相用电设备和单相用电设备是生产用电设备的两种主要类型。三相用电设备只能接在三相电源上才能正常工作，国内三项电压为380V，常见动力设备如三相电机、风机水泵、电梯、大型制冷机组、空压机组等，此类设备的每项阻抗相等，被称为三项对称性负载。单相用电设备只需要接在单相电源上就能工作，国内单项电源电压为220V，照明灯、家用电器、实验室检测仪器、小型生产设备等属于此类。单相设备用电取自三相电源的某一相，为确保电网的负荷平衡，理想状态是达到三相对称性负载，以确保供电线路的正常工作。因此，在进行电力系统设计时，需要对用电负荷进行充分评估，合理分配负荷，确保相电压差距不大。

2 配电系统常见故障类型

电线常见故障主要是漏电、短路、过载、接触电阻大、电弧火花，由事故引起的高温可能损坏电气设备，同时也点燃燃料着火和爆炸。

2.1 泄漏电

线或支架材料的绝缘能力差，导致地球之间的电线、电线或导线之间有电流的现象，称为泄漏。

泄漏的原因是电火的起源。低压线路运行在正常情况下，由于电气线路和电气设备的绝缘介电性能和地球之间的线直接电容，所以系统中总有漏电流，但目前的泄漏电流沿传输线均匀分布，只有一个很小的电流通过，线的绝缘将不会那么受伤。

2.2 短路

在电线上，由于各种原因，导致潜在的两点接触产生电流的现象称为短路。由于短路回路的电流很大，在短路容易产生强大的电火花和电弧，金属导体连接到熔点和熔化，甚至引起飞溅现象，导致电线绝缘层或导线周围的易燃物燃烧，最终导致火灾的发生。简式低压配电系统在中国，由于潜在的异常导体接触有多种形式的短路，在低压配电系统中，单相接地短路、两相地面短路、两相短路和三相短路故障是最可能发生的。

2.2.1 接地故障。此类故障包括相位线和保护干线、线或与电气设备外壳的金属性，如金属管材的等位电势之间的接触。这样的失败也是一种单相短路故障，但具有最大的发生概率。

2.2.2 三个短路。在电压分布系统中，三相对称短路，在这次的最大短路电流，具有最低的发生概率。Id3短路电流稳态值：

类型：E为低压配电系统的额定线电压；ZΣ为总电阻短路循环，它包含各种组件的低压配电系统的阻力、接触电阻和电抗。

2.2.3 两个短路电流。两个短路电流Id2和短路点距离的力量与大小有关。一般从两相短路电流的力量可以通过Id3三相短路电流稳态值计算。

当配电系统和两相短路时，故障相的相电压的大小是故障相电压的一半，两条断层阶段相反的方向。当低压配电系统在两相短路，两相故障相电压降低为零，两条断层阶段相反的方向。

2.3 过载

过载是指线的电流量的流量安全的电力线路。因为线本身有阻力，当电流通过导线时电阻引起的发烧。和电流量的平方正比热量和过电流，如果电线通过当前，越线加热更为严重，导致电线绝缘迅速老化，之后实现绝缘子闪点、绝缘体自燃火灾。

2.4 接触电阻太大了

当连接的电源线、开关、保护设备、电气设备接触不良时，接触不良部分的局部阻力变得非常大。在这一点上，如果通过电流的电路通过电阻，线可以形成一个巨大的热能，热能足够大时熔融金属，会使输电线路的绝缘保护层来达到自己的点火和燃烧，溢出或因为金属周围的易燃物燃烧，造成火灾。

2.5 电火花和电弧

输电线路的能量释放的两极产生电火花，许多高密度电火花形成电弧，电弧温度相当高，甚至超过3000℃，可以很容易地点燃易燃或造成炸药爆炸。

3 常见故障及应对措施

制药企业的生产运行，需要电力系统可靠运行。一旦发生电力故障，空调系统停运，无法维持制药所需的生产环境；冻干制品的冻干工艺将被破坏，导致制品报废；工艺用水温度无法维持、循环停止，质量无法保证。成都生物制品研究所有限责任公司公司原有两路10kV铝芯聚氯乙烯电缆，投入运营的10多年为公司提供了生产、生活所需的电力供应，但在实际运营中也发生了多次故障。

第一，相间短路故障。

第二，在建设初期，受建设现场条件限制，线路档距过大，导线弧锤过大，大风时及地面树木影响易造成混线，导致相间短路。

第三，绝缘子质量参差不齐，线路接地、跳闸现象较多。成都地区春季/夏季雷雨季节，10kV架空线路接地，导致高压断路器跳闸现象严重。在雨中经常看到在绝缘子的放电现象。在日常巡回检查可能很难找到这样的一个问题，因为绝缘子瓷质量等问题通常除了破损的瓷裙，大多局限于微小裂纹引起的表面把闪，检查员必须断电在杆上过进行仔细检查。绝缘子缺陷主要包括以下：（1）瓷裙出现不同程度的损伤，一个微小的裂缝；（2）表面存在严重的放电痕迹；（3）由于绝缘子有单边倾斜或不均匀、蠕变和故障现象；（4）配电线路概况的线长、分支，没有达到全覆盖，投产后很长一段时间，零绝缘子、避雷器函数失败。

第四，保护装置的选择不当和保护设定值不合理。供电网络中保护装置的设置正确与否，会对电网的安全可靠运行和企业正常生产产生影响。选择保护装置并确定其设定值时，除了要考虑和电气保护和变压器正常过载，还考虑最大负载情况下，大容量电动机启动时，启动电流不合适的原因。

4 结语

一般来说，配电系统运行环境相对复杂，所以事故或故障的原因也多种多样。技术人员在处理配电线路故障的过程中，应认真分析和总结，找到事故中存在的缺陷并采取相应的技术和管理措施消除隐患的措施，以对类似事故起到防患于未然的作用，保障生产所需的电力供应。

参考文献

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作者简介：张改（1982-），男，河北人，成都生物制品研究所有限责任公司工程师，硕士，研究方向：高压供配电故障分析与防护。

（责任编辑：蒋建华）