10kV配网线路故障分析研究

王纪元 石润玉 马良 苏志林

1.西藏农牧学院水利土木工程学院，林芝 860000；2.国网西藏电力有限公司电力科学研究院，拉萨 850000

随着我国科学技术和经济的不断发展，有关电力产业方面的配网线路和运行效果都有了很大的提升。10kV 配网线路作为电力系统的一部分也有了很大改进。但是因为我国不同地区的地形、环境、气候复杂，加之设备自身的一些因素，从而导致10kV 配网线路在实际运行过程中仍然会出现各种故障，比如电网停运或者线路跳闸等一系列问题，最终导致电力系统无法正常稳定运行。为了应对10kV 配网线路中可能出现的一些问题，需要工作人员对各种可能出现的故障做好防范措施，尽最大努力减小故障带来的损失，保障电力系统的正常稳定运行。

1 10kV配网线路的常见故障

引起10kV 配网故障的原因有很多，不仅有自身因素所导致的故障，也有外力等因素所导致的故障。图1是某市2022年的10kV配网故障占比图。

图1 某市2022年10kV配网故障占比Figure 1 Proportion of 10kV distribution network faults in a city in 2022

从图1中我们可以发现，该地区的10kV配网故障涉及到“自然因素”“外力因素”“设备因素”等各个方面，下面会对各部分故障问题进行分析。

1.1 自然因素

由“自然因素”所导致的10kV 配网故障类型有很多，图2是某市由“自然因素”引发的10kV配网故障分布图。

图2 某市“自然因素”引发的10kV配网故障Figure 2 10kV distribution network faults caused by"natural factors"in a city

从图2 中，我们发现引起该地区10kV 配网故障的“自然因素”包括“雷击”“台风”“洪水”“山体滑坡”“雨雪冰冻”等，尤其“台风”引起的配网故障最多。

1.1.1 雷击故障。10kV 配网的配电线路因为架设在高处且输送线路较长，容易被极端天气所影响。尤其是在夏季的雷雨天气中，雷电可能会破坏10kV 配网线路的绝缘层，使得电线短路的概率大大提升。而且有些配电线和地面之间的间隙无法达到标准要求、线路跨越距离太短、避雷线布置不合理等都有可能导致出现雷击故障。对于处在野外的一些较难到达的山地、谷地等特殊地形，如果10kV 配网线路遭受雷击，维修起来更为困难［1］。例如，某市一条线路上林卡专变C 相避雷器由于雷击而损毁，导致10kV 配网线路出现故障。

1.1.2 台风故障。台风是一种非常恶劣的天气现象，在台风天气下，往往会伴随着强风和暴雨。强风会导致10kV 配网线路的电线杆倒塌、电线断裂等问题。大风天气也可能造成10kV 配网线路周围的树木被摧毁，从而波及到周围配网线路，造成配网故障。连续不断的降雨也会导致配网设备遭受到雨水的不断侵蚀，使得设备的绝缘性降低，导致线路更容易短路。同时，地面上聚集的雨水也可能会浸泡配网的开关设备或变电站，从而造成配网线路出现故障［2］。

1.1.3 洪水、山体滑坡、雨雪冰冻故障。夏季的雨水相对较多，有时因为在很短的时间内出现了大量降雨，就会导致谷底、盆地等低洼地区迅速聚积水流，从而引发洪水灾害。洪水可能淹没电缆井、变电站等设施，导致设备短路、绝缘破损等问题，还会影响设备的可靠性和维护工作。山体滑坡常伴随暴雨天气出现，山体滑坡可能会压垮配网线路或电力杆塔，导致线路中断、电杆倒塌、导线折断等。与夏季相反，严寒的冬季天气可能导致冰雪在配网线路上积聚，增加线路负荷、打击断线、引起杆塔折断和倒塌等。

1.2 运维不充分

从图3 我们发现引起某市10kV 配网线路故障的“运维不充分”包括“树障”“动物”“消缺不及时”“巡检不到位”等。

图3 某市“运维不充分”引发的10kV配网故障Figure 3 10kV distribution network faults caused by"insufficient operation and maintenance"in a city

1.2.1 动物因素故障。除了冬季以外的其他季节，许多动物如老鼠、鸟类等都比较活跃，它们可能会在10kV 配网线路上栖息、觅食，导致配网线路出现故障［3］。由于配网线路因为电压电流等产生热量，使得其温度高于周围的电房或环境温度，所以一些鸟类就喜欢在线路上栖息或者是在电线杆上搭建鸟巢。由于鸟类本身或者是搭建巢穴用的树枝误碰到了配网线路，导致线路出现短路跳闸问题，例如某市因为鸟害导致开关过流Ⅱ段保护动作跳闸，导致负荷的损失。有些当地居民有可能会将垃圾堆放在台架变压器区域附近，导致老鼠来到垃圾堆觅食，它们到处攀爬配网设备，造成接地或者相间短路问题。由于电房老化加上配电柜等设备密封出现问题，使得老鼠钻进其中，造成配网线路出现故障。

1.2.2 植物因素故障。在野外植物随处可见，许多幼小树木、藤蔓等植物生长速度非常快，如果这些树木或藤蔓正好处在10kV 配网线路下方，快速生长的树木的树枝或者藤蔓就可能会缠绕在配网线路上，破坏线路的绝缘层，从而造成线路短路。在遭遇大风、冰雹等极端天气时，位于10kV 配网线路周围的树木可能因为大风、冰雹的影响导致树枝断裂或树木倒塌，倒塌的树木如果接触到周围的线路，可能会导致线路断线，例如，某市地区在巡线时发现居民院子内树枝被风刮断掉落在高压导线上，导致高压线路出现故障。断掉的树枝在接触到导线时，在雨水的作用下，就可能导致线路的短路，引发10kV 配网线路发生故障而影响正常运行。

1.3 人为因素

根据图4，我们可以发现引起10kV 配网线路故障的“人为因素”包括“盗窃”“建设施工”“车辆”“外部火灾”“外部异物”等，其中，该地区的“外部异物”“车辆”和“建设施工”所导致的10kV配网线路故障比较多。

图4 某市“人为因素”引发的10kV配网故障Figure 4 10kV distribution network faults caused by"human factor"in a city

1.3.1 人为外力因素故障。许多人为外力因素也会导致10kV 配网线路发生各种故障。比如，在进行工程建筑时，考察队没有对施工地点周围的环境仔细勘察，忽略了位于施工地周围的配网线路，在施工过程中如果出现一些意外，就有可能对10kV 配网线路造成破坏。在一些交通干道上，有时会因为发生的各种交通事故，而导致道路周围的10kV 配网线路的电线杆被撞倒或撞歪，进而引起10kV 配网线路发生故障，例如，某市线路北郊水厂附近电杆被撞断，从而引发的配网故障。一些人为犯罪行为，比如不法分子盗取10kV 配网线路的材料或设备、恶意损毁配网线路，从而造成10kV 配网线路出现故障。此外，在一些广场、公园等公共场所，人们在放风筝时，因为风力过大或自身操作失误而导致风筝缠绕在10kV 配网线路上，造成配网线路的接地或短路，导致变电站的跳闸。

1.3.2 管理机制不完善故障。如果10kV 配网线路的管理系统不完善，也会导致配网线路中各种故障的出现。首先，是对于10kV 配网线路的相关工作管理问题，比如，在进行10kV 配网线路巡线时，相关设备缺失或巡线人员不齐全，维修检修人员专业知识水平欠缺，导致无法及时发现修复10kV 配网线路存在的问题。其次，如果缺少有效的审查和监管机制，会导致10kV 配网线路的施工质量出现问题，施工进度一直停滞不前或进展缓慢，导致工作计划并不能按时完成。即使进行施工项目的交付后，10kV 配网线路仍旧存在各种安全隐患，为后来的配网线路故障埋下伏笔［4］。

1.4 设备因素

某地区由设备因素导致的10kV 配网线路故障如图5所示。

图5 某市“设备因素”中10kV配网故障占比Figure 5 Proportion of 10kV distribution network faults in the"equipment factor"of a city

根据图5 可以看出，该地区由“设备因素”所导致的10kV 配网故障主要是由“设备质量”“设备安装不当”问题导致，除此之外，小部分是因为“设备老化”引起的。

1.4.1 设备老化故障。配网设备的老化是导致10kV配网线路出现故障的原因之一。因为10kV 配网线路的设备使用年限有限，加之在配网线路运行过程中会被周围的气温、湿度等因素影响，所以，配网设备容易发生锈蚀或损坏。随着时间的推移，10kV 配网线路中的组件和设备会经历磨损、腐蚀、电气性能下降等问题，老化线路绝缘性能和设备器件机械性能的安全系数会越来越低，从而导致出现短路或漏电问题，进而引起相应的10kV配网线路故障。

1.4.2 安装和使用不当故障。10kV 配网线路中设备的安装和使用不当也是导致配网故障产生的原因之一。在安装配电设备时，如果连接不正确或接线接触不良，可能会导致线路断线、线路短路或过载等故障。在变压器的使用过程中，由于使用方式不合适，导致变压器经常超负荷运行或三相运行不平衡，长时间对变压器的不合理使用使得变压器出现故障，影响10kV 配网线路的运行。另外，当配网设备经常运行在超额电流或超额电压的状态下时，也会导致设备温度过高而影响设备的正常运行，导致配网设备出现短路或其他故障。

1.4.3 设备质量故障。配网线路的设备质量问题也是导致配网故障发生的原因之一。例如，某市电力部门人员在巡线时，发现大学生公寓供暖变压器电缆击穿，这就是由于设备质量问题导致的变压器电缆被击穿，从而影响配网线路。在进行设备制造时，可能由于某些制造工艺不精良，从而导致所制造的设备本身质量不过关，在长时间的使用过程中出现设备质量问题导致配网线路出现故障。该地区由“设备质量”问题引发的10kV配网线路故障如下图6所示。

图6 某市“设备质量”导致的配网故障图Figure 6 Distribution network faults caused by"equipment quality"in a city

通过图6我们可以发现该地区容易出现问题的设备主要是电缆、柱上变压器、避雷器等设备。电缆终端及接头接触不良可能导致电流过载、温升过高和局部放电，进而导致线路故障或设备损坏。电缆终端和接头处的绝缘破损可能导致漏电、短路或局部放电，进而引起线路故障。引发避雷器质量问题的原因有很多，比如密封不良所引起的设备受潮、设备内部的电阻片无法承受额定电压、制作不合格导致耐雷性差等［5］，这些问题使得避雷器寿命短、质量差，从而导致10kV 配网线路设备故障、短路、遭受雷电冲击或过电压等，使用户无法正常用电。

2 配网线路故障的危害

2.1 对设备的危害

当10kV 配网线路发生故障时，可能会导致故障的连锁反应。比如发生单相接地故障时，未发生故障的几相电压会高于正常值，引发一系列的电压电流失衡，导致一些设备，如避雷器、电压互感器、变压器等无法稳定正常运行，严重时甚至引起设备损坏。

2.2 供电中断及业务中断

10kV 配网线路故障可能导致供电中断，进而影响一些企业和机构的正常运行，停电时间越长，那么所造成的经济损失就会越大。特别是那些依赖稳定供电的行业，例如生产制造业、医疗机构、金融产业等，供电中断会使得其业务瘫痪或延误。

2.3 经济损失

10kV 配网线路出现故障后，需要进行故障排除、抢修、线路修复等工作，增加了电网的运维成本。此外一些设备可能会因为配网故障而损毁，需要及时更换或维修损毁的配网设备，进一步增加了成本的花销。

2.4 环境污染

10kV 配网线路故障可能会导致电流泄露，例如线路的老化或短路引起的短暂燃烧。这种情况下可能会导致电磁辐射或有毒气体的释放，对周围的生态环境造成污染和破坏。

2.5 危害动植物及人类的生命安全

多种10kV 配网线路故障中，可能出现单相接地或者短路故障。在大风、雷雨等天气下，由于环境比较潮湿，会导致位于故障附近的人或动植物发生触电现象，致使人、动植物受到触电伤害甚至死亡，电流也可能引发火灾进而危及周围动植物、人的生命。

3 10kV配网线路故障防范措施

3.1 加强防雷措施

为减少10kV 配网线路中的雷击故障，首先就要对整个配网系统的绝缘水平进行提升。对位于地势高处的配网电线杆要安装质量更好的避雷设备，并保护好配网线路上的绝缘体，尽可能防止因雷击导致的配网线路供电中断或短路问题。对位于空旷地带的10kV 配网线路，在安装避雷器的同时，要把控好防雷间隙，提高线路的防雷性能。与此同时，也要对10kV配网线路的绝缘子进行更新改进，使用防雷性能更好的绝缘子，减少10kV配网线路中的短路、跳闸等现象，提升线路的防雷击能力。此外，当地电力部门要对雷电分布规律和雷电强度进行归纳分析，进行雷电分布地图的绘制，掌握10kV 配网线路遭受雷击的特征规律，对容易受到雷击的部分线路实施更好的防雷措施。

3.2 加强自然灾害防范

自然灾害对于10kV 配网线路的影响主要是由于各种极端天气所致，比如洪水、山体滑坡、雨雪冰冻、台风等。所以，就需要对不同的极端天气设立相应的应对措施。（1）设立预警系统，根据不同灾害的特征制定合适的应对方案。在灾害发生时，根据对应灾害的处理方案进行对线路的保护工作。（2）在汛期时要加强对配网线路地区的巡视监察。当发现出现异常水量聚积和短时大量降雨时，要及时采取措施疏通雨水，防止因水量过大导致配网故障。（3）采用更先进的配网设备，以便更好的抵抗自然灾害的影响。（4）相关部门加强情报搜集，对因“自然灾害”导致的故障频发地区进行重点防范。

3.3 防范动物对10kV配网线路的破坏

对10kV 配网线路危害比较高的动物主要是鸟类和鼠类。为了减少或避免这两类动物对于10kV 配网线路的危害，就需要采取一定的措施来进行防范。首先，要对当地居民在配网电线杆附近堆积垃圾的现象进行制止，同时对堆积的垃圾进行清除，减少对鼠类的吸引。对一些损毁或密封出现问题的电房以及其他配电设备进行维修，同时在配电房附近设置一些捕鼠装置，防止老鼠进入其中实施破坏。在10kV 配网线路杆塔附近安装反光装置，来减少鸟类在杆塔附近筑巢。对于10kV 配网线路的外部接头和设备，安装相应的绝缘装置，避免鼠类或者鸟类的攀爬、栖息造成的线路短路问题，确保10kV 配网线路可以安全稳定运行。

3.4 防范植物对10kV配网线路的破坏

加强对植物引发的10kV 配网线路故障的防范是必要的。对于处在偏僻地带的10kV 配网线路，要根据植物生长季节，加强对该地区10kV 配网线路及设备的巡查力度，及时处理10kV 配网线路附近的树木、藤蔓等植物，避免因植被生长过快影响附近配网线路的运行。同时要加大宣传力度，向居民普及树木、藤蔓等植物对配网的危害，提高人们的安全意识，鼓励周围居民一起加入有害植物的清理工作。对于特别偏僻、植物茂盛的地区，要增强10kV 配网线路的绝缘性能，对架空线路进行绝缘化改进，减少10kV 配网线路的故障发生频率。如果当地居民自己种的树木可能对配网线路造成危害，要及时和该用户沟通，进行协商调节，讲解树障的危害，通过合法途径解决存在的隐患。

3.5 正确处理由人为因素导致的10kV配网故障

3.5.1 在10kV 配网线路附近进行施工建设时，要确保施工的安全性，加强对配网线路的监控工作，在配网线路设备周围设立警示牌，提醒施工人员在施工时，确保配网设备的安全。

3.5.2 处于交通干道周围的10kV 配网线路设备容易被路过的车辆剐蹭，造成对配网设备的损毁。对此，需要电力工作人员在10kV 配网设备附近安装反光装置或布置警示标识，以此来提醒过路行人或车辆，减少配网设备受到的破坏。

3.5.3 针对一些故意损毁10kV 配网线路的不法行为，首先，要加强事故高发区的监管巡视工作，严惩故意损毁或偷盗配网设备的不法分子。对于一些偏远的村庄，电力工作人员要宣传电力知识，让人民群众意识到配网线路设备的重要性，提高群众的防护安全意识，争取做到群防群治。

3.5.4 对于因为放风筝或人为抛物导致的10kV 配网线路故障，首先，要在设有配网线路的公园或公共场所设立警示标志，提醒人们注意自己的行为举止，禁止在10kV 配网线路附近放风筝或嬉戏打闹。此外，加强对人们安全意识的培养，提升群众素质，减少类似事故的发生。

3.5.5 10kV 配网线路运维人员的技术水平关系到配网线路的安全问题。要加强对相关专业人员技术知识水平的培训，每年进行一次专业考试，确保技术人员基础理论知识符合要求。通过培训来提高技术人员的专业素质和安全意识，保证10kV 配网线路在运维方面有可靠的保障。

3.5.6 加强监管审查机制，对相关10kV 配网线路的施工进行有效监督，尽可能保证施工人员认真工作，奖励积极工作的技术工作人员，对不认真工作者适当处罚，以减少人员懒散现象，确保施工按照计划向前推动。

3.6 关于设备因素的防护措施

（1）为处理设备的安装和使用不当问题，就需要对操作和维护人员提供针对性的培训，使其了解正确的操作和维护程序，并增强他们的安全意识。①培训内容可以包括设备安装操作、设备维护知识、安全操作规程等；②制定并遵循相关的安装和使用规范，如安装手册、操作手册、维护手册等。这些规范应包括正确的安装步骤、设备接线连接、正确的接地方法等，以减少安装和使用不当的风险。（2）为了减少配网线路设备老化问题，需要电力工作人员及时对10kV 配网线路设备进行检查和维修，定期清除设备上的灰尘或杂物，来延长配网线路设备的使用寿命。对于已经严重老化的设备，要及时对其进行更换，减少因设备老化问题导致的10kV 配网线路故障。（3）对于设备的质量问题，需要在施工建设10kV 配网线路系统的时候，加强对所使用材料、器件的选控，在材料和器件选择环节严格把关，剔除掉质量差、品质不合格的材料或设备，使用符合国家标准的设备器件，确保10kV 配网线路在完工后可以安全稳定运行。

4 总结

本文主要对10kV 配网线路的常见故障、故障危害以及针对不同故障该如何防范这三个方面进行了分析研究，得到了以下结论：

（1）引起10kV 配网故障的原因有很多，包括自然因素、运维方面、设备因素、人为因素等。不同因素所导致的配网故障各不相同，每个大因素中又有许多小的因素对配网的安全产生影响，例如“自然因素”中的“雷击”“台风”“雨雪冰冻”等对配网线路的危害程度均有不同。针对不同地区，其配网故障占比也各有差异，文中例举的某市的“运维”和“设备问题”所导致的配网故障占比最高。

（2）不同故障会产生不同的危害。包括对设备的损毁、危害生命安全、造成财产损失、污染环境等。

（3）根据不同的配网线路故障，提出了相应的防范方法和解决措施。针对不同的故障问题，要选择合适的处理方法，从而避免或减小10kV 配网线路故障的危害，提高线路可靠性，保证10kV 配网线路能够安全稳定运行。