摘要：本文从自然雷击、设备老化、外力破坏、运维施工质量四方面阐述了10kV配网故障原因，并以此作为分类标准，对北京远郊地区10kV配网故障进行分析。根据近五年配网故障数据，定量的分析配网故障的主要原因和特点，然后在此基础上提出了地区配电网技术改造和运维管理方面的建议措施。以往对10kV配网故障的分析往往是基于经验的定性分析，本文对历史信息进行细化统计，得出了配网故障的详细数据信息并作出定量分析，为地区配电网的建设和运维管理工作提供了可靠的数据基础。
关键词：配电网；故障分析；故障管控；运维管理；配网改造
配电网是电网供电的末端环节。配电网的运行状况直接影响到用户的用电质量和供电公司的生产经营[1-2]。配电网分布广、分支多，其运行通道环境复杂，再加上配网施工技术良莠不齐、设备新旧混杂等原因，导致配电网存在较多的隐患点和运行脆弱环节，其故障发生率远高于其他类别电网故障[3]。近年来，无论是人民的生活水平还工商业的生产经营规模都在飞速发展，大量投入使用的电采暖设备、智能电器、自动化生产设备都对电力供应的质和量都提出了更高的要求，配电网建设需求也随之快速发展，对配电网可靠性的要求也上升到了新的高度[4-5]。因此，了解配电网运行状态，进行配电网故障分析，进而提高配网运维手段，有针对性的进行配网改造建设，对配电网的可靠运行十分重要。
1 配电网故障的主要原因
1.1自然雷击（简称自然类故障）
配电网广泛分布于城区、郊区，所处的运行环境复杂多变，尤其是郊区的配电网架空线路，为了满足用户用电需要，往往深入缺少高大建筑的空旷平原或架设在地理位置较高的山上，使得其极易遭受雷击。然而受限于建设成本，配电网的防雷措施并非完善，防雷水平较低。每年的雷雨季节，因自然雷击导致的配网故障频繁发生。
1.2设备老化（简称设备类故障）
我国经济建设正处于高速发展时期，用户的用电需求飞速增长。近年来，大批煤改电工程、电动车充电站（桩）工程的建设投产更给配网的运行带来巨大的压力。配电网的建设疲于跟上用电发展的需要，很多老旧的设备已经难以达到新的运行需要却没能及时更新。另外，一些专线用户对配网设备质量和状态意识不足，其自有产权的配电网设备疏于维护。这些陈旧或带病运行的设备成了配网运行的隐患。
1.3外力破坏（简称外力类故障）
外力破坏配电线路引发的故障可以归分为以下五类：
1）树线倒碰类：郊区配电线路运行通道环境往往较为复杂，电力通道附近往往有高大树木。在大风大雨等恶劣天气期间，树木倾倒和树枝搭挂会造成电线断线和短路。
2）异物搭挂类：大风刮起的杂物或断线的风筝会搭挂在线路设备上，引起配网故障跳闸。
3）交通事故类：乡间道路曲折错综，部分车辆驾驶员安全意识淡薄，因行驶超速躲避不及而撞杆或因车辆超高导致车辆刮线的现象也属于一类外力故障。
4）鸟害等小动物类：小动物爬上电力设备，跨接裸导线或鸟类搭窝短接裸导线引起配网故障。
5）施工破坏类：挖掘机、吊车作业时钩碰导线，挖掘施工期间挖断钻坏电缆等不文明施工现象也会导致配网故障跳闸。
1.4运维和施工质量不到位（运维类故障）
由于线路运维人员运维巡视工作不到位，导致配电设备隐患缺陷发现不及时，绝缘子积污但未及时安排线路清扫，线路检修施工过程中施工技艺不精、设备安装质量不高导致的遗留隐患都对配电网安全稳定运行有较大影响。
2北京远郊地区配网故障特征
本文以北京市密云区为故障特征分析对象，北京市密云区地理环境丰富，配电网线路因供电需要分布于平原、山区、河道，因而配网运行环境复杂，且自然环境复杂多变，树木覆盖率高，雨季雷闪现象频繁，山区风力强劲。截止到2016年，该地区的配网线路270条，总长2100余公里，2012-2016年发生配网故障1502次。密云地区的配电网运行状况在远郊区配电线路中具有代表性，本章将以该地区2012-2016年配网故障为对象，进行配网故障特征分析。
2.1四大类配网故障的分布情况
将2012-2016年五年间的配网故障按照设备、外力、运维、自然四大类原因进行统计归类，得到各类配网故障占比分布情况如图1。
图1 四大类配网故障比例（次，占比）
从图1可见，该地区配网线路五年期间故障中，自然类故障最多，发生481次，占比33%；其次为外力类故障，发生424次，占比29%；运维故障发生336次，占比24%；设备类故障发207次，占比14%。
2.2四大类配网故障的特征分析
2.2.1 自然类故障
自然类故障，尤其是自然雷击故障，为该地区配电线路主要故障，多发于山区。统计五年间该地区配电线路雷击故障点主要位置，其分布如图2。
图2 自然类故障点位置分布（次，占比）
由图2可以看出，绝缘子遭受雷击故障次数最多，为165次，占比40%；避雷器遭受雷击故障85次，占比20%；主导线遭受雷击故障81次，占比19%。配电线路的绝缘子、避雷器、导线极易遭受雷击，从而引起故障，故障次数占比依次达到40%、20%和19%。这与线路地处山区雷击较多有关，也与地区的配网建设水平存在较大关系。该地区配电线路中，有相当一部分线路，尤其是一些线路的支线，仍在使用P15针式绝缘子，这种绝缘子的绝缘水平相对较低、设计存在缺陷，容易被雷电产生的强电流击穿，或由于天气原因产生裂纹，造成运行隐患。由于配电线路没有避雷线，直击雷和感应雷带来的强电流会在主导线和引线薄弱处造成断线损害，这是自然雷击引发故障的另一主因。另外，有一些坚持运行的陈旧避雷器和线路刀闸也是线路的雷击故障多发点。
2.2.2 外力类故障
外力类故障时该地区的第二大配网故障类型。本文第一章中提到，外力类故障可以细分为五种诱因，将分析对象中的外力类故障按照此五类原因分别统计，可以得到各类故障的占比情况如图3。
图3各种外力类故障的原因占比
由图3可以看出，外力类故障的主要是树木搭挂和倾倒造成的，占比达44.9%。其次为异物搭挂和施工破坏，占比依次达到22.6%和13.9%。
将外力类故障进行故障点分析，得到其故障点的发生位置分布情况如图4所示。
图4 外力类故障点位置分布
由图4可知，外力类故障中，主导线为首要故障点，主导线故障发生次数占比达76.4%。发生次数排在第二位的是杆塔，故障次数占比达8%。
从故障原因和故障点位置分布情况来看，树线搭挂易引起导线故障，外力施工和交通类故障易引起杆塔损坏。出现这种现象的原因有：该地区配电网线路主要分布在农村山区，故树线矛盾较为严重；农村存在大量私自建房、打井、挖沟等施工现象，施工人员安全意识淡薄，施工期间没有注意周围环境，容易在施工过程中引起断线等故障；乡村公路的交通疏于管理，存在违章行车、超高超载超速等问题，容易发生交通事故，导致路边的杆塔存在安全隐患。
2.2.3 运维类故障
运维类故障多为瞬时故障，故障发生后线路仍可坚持运行，故障点不易查找，这给线路隐患的查找和治理带来困难。运维类故障不易细化故障原因和故障点，但经统计发现，运维类故障和季节有关。运维类故障中，故障发生季节（月份）分布如图5。
图5 运维类故障月度分布（次）
由图5可见，运维类故障月度分布态势明显。夏季，尤其6月、7月为运维类故障高发时节。此期间，雷闪较多，鸟害频繁，风雨较大，是引发配网故障的主要原因。运维类故障月度分布态势与地区季节特征一致。针对上述原因进行的配网故障管控措施，对控制运维类故障的发生有一定作用。
2.2.4设备类故障
本类别故障统计在无外力破坏、无风雨天气情况下，由于配网设备故障引发的线路停电跳闸情况。设备老化引起的配网故障中，故障点分布如图6。
图6 设备类故障的发生位置分布
由图6可知，故障点位于避雷器12次，变压器11次，保险器10次，导线9次，绝缘子7次，弓子线5次，柱上开关5次，铜铝卡子3次，刀闸2次、电缆2次。可见，避雷器、变压器、保险器、导线和绝缘子为易发生故障设备。产生这种现象的原因主要是设备老化、设备长期处于受损状态坚持运行、设备本身质量存在问题、线路施工工艺不精等。
3改进措施
采取技术和运维两方面改进措施，预防配网故障发生，降低配网故障发生率，缩短故障停电时间，有利于提高配网供电质量，提高供电公司配网供电水平，有效保障用户用电需要和社会经济稳定发展。
3.1技术措施
首先要提高配网电力设备水平。1）增加线路，尤其是雷击高发线路的避雷器数量，同时在雷击高发线路段安装避雷针和避雷线，降低雷击引发的配网故障次数。2）淘汰陈旧设备和不符合新标准的设备，减少因设备质量和运行状态原因带来的线路隐患。3）合理安装线路分段断路器、分段开关等自动化保护设备，在发生配网故障时及时隔离故障，减少线路停电时间。断路器和开关的安装位置应结合故障点分布情况和线路负荷分布情况。
积极安排有针对性的线路升级改造和故障管控措施。深入细致研究配网故障高发线路的故障特点，从故障原因、故障点、故障高发季节等角度分析故障特征，以此为依据开展线路升级改造和故障治理工作。如对树木刮碰现象多发的线路开展通道治理工作；对故障高发线路段，尤其是每百公里故障次数较多的配电线路，优先安排线路检修；在春季来临时安排线路清扫、加装线路驱鸟器。
提高配网施工工艺水平。严格按照最新的配网施工标准进行线路建设和改造工作，加强工程的验收管理。尤其对金具、电缆头、导引线等故障易发点和避雷器、变压器等重要设备加强施工把关。
优化完善配电网结构，合理安排配网线路分段点和联络点。根据线路负荷分布情况和故障点分布情况，合理设计配网线路分段点，安装分段断路器和分段开关。每一线路段应有同其他线路的联络点，做到故障发生时能及时隔离故障点，同时能最大限度的维持非故障线路段的供电。
3.2运维措施
开展线路通道整治工作，加强电力安全宣传。对离配电线路距离过近的树木，及时联系林业部门和树木主人进行树木修剪。路边的杆塔、跨道路的电线应加装警示标示，道路转弯处的杆塔应砌筑防撞墩。加强对线路附近居民的电力安全宣传工作，提高居民电力安全意识。
加强线路巡视。根据配电线路的故障特征，在故障高发季节前，针对重点线路段的故障易发点开展线路特巡。采用超声波探伤、红外探测等手段，尽早发现线路隐患点，及时安排线路处缺，提前预防故障发生。
4结语
本文结合四大类配网故障原因，以北京某郊区配电网为对象，展开了10kV配网故障原因特征分析，得到了自然雷击、设备老化、外力破坏三类故障的故障点分布情况，运维类故障的时间分布情况。同时，本文根据配网故障的主要成因，提供了降低配网故障率的两类改进措施。未来将对配网故障特征情况做进一步的微观研究，以故障高发线路为研究对象，结合配电线路所处地理条件和线路运行状况作出有针对性的故障管控方案，同时在大量实践的基础上，总结出有效的、具备一定通用性的配网故障管控方法。
参考文献
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[4]蓝毓俊.现代城市电网规划设计与建设改造[M].北京：中国电力出版社,2004:64-66.
[5]陈文高.配电系统可靠性实用基础[M].北京：中国电力出版社,1998:8-9.
论文作者:芦云河
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/19
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