电力系统包括发电、输电、配电和用电等系统,其中,从输电网、本地区发电厂或分布式电源接受电力,并就地或逐级向各类用户供应和分配电能的电网系统称为配电网[1]。随着国民经济的快速发展,区域用电负荷逐年增加,为满足各行业、各种用户的用电需求,配电网的结构越来越复杂、规模越来越大。近年来,在长期高负荷运行情况下,加之各种自然因素、环境因素的制约,使得一些配电线路的故障率一直居高不下,直接影响电力用户的用电质量。目前,如何降低配电网故障率,提高配电网供电可靠性,已成为配电领域研究的重要课题之一[2-13]。本文对2019年某供电公司配电网故障情况进行统计分析,期望达到指导配电网运营管理和技术改造,降低配电网故障率,提高用户供电可靠性等目的。
1 配电网故障情况配电网故障停电原因复杂,既有外部因素影响,也有设备自身原因和运行管理原因[4]。经统计,2019年该供电公司配电网发生自然因素、外力破坏、动物影响故障占比较大,分别为27.9%、17.7%、16.3%;设备原因、用户原因和不明原因故障占比居中,分别为14.7%、13.6%和8.1%;设计安装不当和运行维护不当占比较小,分别为1.0%和0.7%(见图 1)。
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图 1 2019年配电网各类故障占比统计 |
从1月—12月配电网故障统计图(见图 2)来看,故障主要集中在二、三季度,占全年总故障次数的75.2%。自然因素、动物影响和外力破坏为造成故障主要因素,因受到异常天气、鸟害和异物搭挂短路的影响,4月—9月为故障多发期。
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图 2 1月—12月配电网故障统计图 |
配电线路根据导线类型可分为架空线、电缆线和架空电缆混合线。漂浮物、树障以及交通车辆碰撞电杆等外力破坏因素易造成架空线路故障;道路或管道开挖、交通车辆碰撞箱式设备易损坏电缆线路[6],图 3为外力破坏因素导致配电线路故障占比分析。
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图 3 外力破坏因素分析 |
据统计,2019年该公司因外力破坏造成配电网故障占总故障次数的17.7%,主要由异物短路、车辆碰撞造成,其中异物短路占总故障次数的8.6%。由于地区整体配网线路绝缘化率偏低(16.9%),4月— 7月受大风及异常天气影响,异物短路多发(见图 3);车辆碰撞占配电网故障跳闸次数的4.9%,由于近年来城市建设的不断推进,4月—9月车辆碰撞及外部施工引起的故障居高不下(见图 3)。
2.1.2 自然因素配电网的覆盖范围广,通常要穿越室外空旷区域、树木或农田[6-7]。据统计,2019年该地区自然灾害造成的配电网故障占总故障次数的27.9%。故障主要原因为雷击和大风,其中雷击故障占总故障次数的10.9%,大风故障占配电网故障跳闸总次数的11.9%。
雷击、大风等自然因素引起的故障占比分析见图 4。雷击故障主要发生在7月、8月,主要原因有线路未采取有效防雷措施或避雷效果较差,无法提供防雷保护作用(反而增加了线路故障率)。大风故障主要发生在5月,主要原因为部分地区线路长、网架结构薄弱,线路抵御大风灾害能力差。
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图 4 自然影响因素分析 |
鸟类和鼠类等小动物在裸线接头上活动会对配电网造成影响[4]。据统计,2019年动物影响造成配电网故障占总故障次数的16.3%,其中鸟害为主要因素,约占总故障次数的15.7%。鸟类筑巢季节,鸟在杆塔上筑巢误碰裸露导线会导致短路故障,主要发生在4月。
2.2 配电网故障地域分布分析 2.2.1 重复停电地域特征2019年配电网故障重复停电3次及以上约占17.4%,大多数分布在农村地区(见图 5),主要是因为部分农村线路全线为裸导线,运行环境差、年限长,老化严重,抵御恶劣天气的能力较差。
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图 5 2019年故障重复停电3次及以上地区特征分布 |
2019年该公司配电网故障次数最多的为A供电局所辖地区,占总故障次数的22.8%(见图 6),主要受自然因素和动物影响,其中自然因素故障在自然因素总故障次数中占比最大,为29.6%;动物影响故障在动物影响总故障次数中占比亦最大,为27.0%(见图 6)。A供电局应加强自然因素及动物因素故障的防范。同年,D供电局故障占总故障次数的12.9%,其中外力破坏在外力破坏总故障次数中占比最大,为23.5%(见图 6),D供电局应加强对外力破坏故障的防范。
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图 6 配电网故障次数按地区分析 |
据分析,2019年该公司配电网统计故障率最高的为A局(见图 7),故障率为4.6次/(a·百公里),故障主要由大风、雷击等自然因素造成,应加强防范。
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图 7 配电网故障故障率情况分析 |
(1)对巡视中发现的设备缺陷和问题,制订整改计划并及时实施,做到缺陷消除闭环管理。
(2)定期开展配电网运行分析工作,根据故障情况制订相应预防措施;总结故障预防和缺陷治理经验,对故障多发线路及时安排检修维护。
(3)配电线路故障后,尽快查明原因并处理,避免类似故障的再次发生。
3.1.2 配电网巡检(1)梳理和总结树木与线路矛盾突出线路,建立树木分布台账,为开展季节性巡视和清理工作提供指导。
(2)巡视时应注意线路周边变化情况,发现建筑、掘路、违章搭挂通信线、砍伐树木及爆破等威胁线路安全的施工,应立即予以制止,发放违章通知书,并督促施工方签订安全协议。
(3)在配电线路、设备上设置各种警示标识、护栏、防护装置,电线杆上安装防撞警示标识和防撞保护墩。
3.1.3 配电网保护的宣传工作(1)加大宣传力度,提高群众保护电力设施的意识。
(2)加强车辆行驶安全宣传,提高驾驶员的安全意识,减少车辆碰撞配电设备事件。
(3)加强与政府部门的沟通协作,严防破坏电力设施的行为。
3.2 技术措施 3.2.1 外力破坏(1)难以实施全线绝缘化改造的区域,探索使用机器人自动涂敷绝缘材料、绝缘包裹等新技术。
(2)电缆沿路及跨路敷设时, 可以利用电缆管敷设,保护电缆免受外部机械损坏或其他介质的影响;同时,将中间头设置在工井内,以节省故障查找时间。
3.2.2 自然灾害(1)加强巡视,每年春夏大风季节来临之前,对导线弧垂、线路周围的杂物、落枝和树木情况进行检查[14]。
(2)每年雷雨季来临之前,应完成防雷设施检查及缺陷处理,检查防雷引线是否规范,防雷接地电阻值是否合格,防雷措施是否完善[14]。
(3)山地、经常发生雷击的地区,应按照线路走廊雷电活动强度、地形地貌等进行差异化设计加装线路避雷器等防雷措施,防雷措施必须做好接地,且接地电阻不大于10 Ω[15]。
(4)配电变压器高低压两侧、断路器两侧均应装设避雷器,且必须装设采用镀锌扁钢材质的独立接地引下线[15]。
3.2.3 动物影响(1)鸟害多发区架空线路,应根据鸟害类型、鸟类生活习性、鸟体大小等情况,加装风车式驱鸟器、占位器、防鸟针,或采取绝缘横担等防鸟措施[14]。
(2)根据鸟类筑巢的季节特点,对鸟害频发的线路段及杆型,实施线路绝缘化改造[14]。
(3)对乌鸦等鸟类群体性起落,易造成线路舞动(摆动)地区的架空配电线路,可采取缩短线路档距、减小线路弧垂、强化导线固定点等措施,减少线路故障[14]。
(4)箱式变压器、环网箱等配电设备的基础设施,必须具备完善的防止小动物进入措施。
3.2.4 配电自动化治理(1)通过设置分段开关或在故障发生率较高的分支设置智能开关,实现对故障的就地隔离,防止停电范围的扩大。
(2)提高配电自动化覆盖率,安装智能化配电终端及故障指示器等设备,有效确定故障范围,缩短故障处理时间,保障供电可靠性。
4 结语通过对某供电公司配电网的故障情况、原因进行统计分析,分别从技术、管理方面提出配电网故障防范措施,供配电网相关工作人员参考。
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