淺析電量趨勢分析法在電力故障查找中的應用

謝俊

摘 要：通過分析滬昆高鐵湖南境內婁底南—邵陽北區(qū)間20～21#箱變之間的一級電力貫通線故障案例，對利用電量趨勢曲線圖分析判斷短路故障區(qū)段的原理進行了闡述。

關鍵詞：箱變；貫通線；電量趨勢；短路故障

中圖分類號：TM75 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.05.083

電力是鐵路運輸生產中的重要能源，它與提高運輸效率、保證行車安全有著密切的關系。鐵路電力系統(tǒng)主要由鐵路沿線變配電所（站）、貫通電力線路、自動閉塞電力線路、低壓配電系統(tǒng)和配套電力設施組成，擔負著為鐵路沿線供電的任務。

在電力系統(tǒng)中，短路是各種系統(tǒng)故障中出現(xiàn)最多、情況最嚴重的一種。所謂“短路”，是電力系統(tǒng)中一切不正常的相與相之間或相與地（指中性點直接接地系統(tǒng)）之間發(fā)生通路的情況。比如，在電力線路中，因某種原因絕緣子被擊穿，導電相與大地之間的絕緣被破壞形成通路，即產生相與大地之間的短路。短路故障發(fā)生后，由于網(wǎng)絡總阻抗大大降低，導致在系統(tǒng)中產生高于正常工作電流幾倍甚至幾十倍的短路電流。強大的短路電流會對供電線路、供電設備造成嚴重的損害，因此，快速、準確地查找故障區(qū)段的重任便落在了供電調度上。以往，常由電力檢修人員對整個區(qū)段進行故障排查，至少需要幾天時間；或采用分段試送法，但短路電流對線路設備的沖擊較大，使排查的難度增大。

隨著SCADA系統(tǒng)在鐵路供電中的應用，尤其是第三代SCADA系統(tǒng)中電量趨勢圖的出現(xiàn)，使我們能安全、快速地查找到故障區(qū)段。

本文通過案例分析闡述電量趨勢分析法的原理，并詳細說明如何利用電量趨勢分析法查找電力線路的短路故障區(qū)段。

所謂“電量趨勢分析”，就是對指定電力設備的電流、電壓和功率等電量信息進行分析，并以曲線（圖形）的方式顯示，具有直觀、形象的特點。具體而言，可顯示電流、電壓和功率的實時趨勢和歷史趨勢。而對箱變中的這些圖形進行比較和分析，可快速查找到短路故障區(qū)段。

1 電量趨勢分析法

1.1 電量趨勢分析法的判斷原理

電量趨勢分析法的判斷原理為：利用短路時站點電量趨勢曲線圖中電流突變的順序查找故障點，即短路時箱變電流從平穩(wěn)的正常負荷突變至較大的峰值，然后突變?yōu)?，再出現(xiàn)一較小的峰值，最后降為0.這可說明故障點在此箱變的后方（按第一次跳閘時的電流流向），直到找到電量趨勢圖中峰值電流出現(xiàn)時不同的2個相鄰箱變，這2個箱變間就是故障點的定位區(qū)段。

1.2 判斷故障的流程

電力貫通線短路跳閘停電后，應迅速調出箱變電量趨勢圖，采用電量趨勢分析法判別故障區(qū)間。判斷出區(qū)段后，電調應及時在調度端遠方操作切除故障，電力貫通線開口，相鄰配電所送電至故障區(qū)段兩端的站點，從而做到停電時間最短、停電范圍最小。故障處理完畢后，應及時（盡量選擇在天窗時間段內）調整至正常運行方式。

1.3 電量趨勢分析法的使用條件

當監(jiān)控功能不完善時，將無法精確判斷故障區(qū)段和故障停電區(qū)段擴大等風險。因此，被控點故障時應及時處理，且系統(tǒng)功能需進一步完善。

2 案例分析

2.1 基本情況

2015-01-13T04：23，滬昆高鐵湖南境內婁底南配電所一級貫通334跳閘，過流Ⅱ段保護動作。邵陽北配電所一級貫通332備自投失敗，婁底南—邵陽北區(qū)間一級貫通供電中斷。

2.2 保護整定

貫通饋出保護設置為：過流I段、過流II段、失壓保護和備供所設備自投。

調壓柜保護設置為：過流I段、過流II段。

2.3 電量趨勢分析法在案例中的應用

2.3.1 調查事故情況

了解跳閘的基本情況，比如跳閘回路是一級，還是綜合貫通；跳閘前主供和備供；跳閘的具體時間（精確到秒）；保護動作的名稱等。

在本案例中，跳閘前婁邵一級貫通線由婁底南配電所主供，由邵陽北配電所備供。婁底南配電所334跳閘時間是2015-01-13T04：23：16，邵陽北配電所332備自投跳閘時間是2015-01-13T04：23：17.

2.3.2 調閱故障電量趨勢曲線

時間選擇：以跳閘時間前、后1 min為時間段（2015-01-13T04：23：00—2015-01-13T04：23：59）。

選擇箱變查閱電流曲線時，一般先用1/2法，且先選最中間的監(jiān)控點電流曲線進行判斷。滬昆高鐵婁底南—邵陽北區(qū)間共有箱變29臺，本例中選擇婁邵15#箱變和婁邵22#箱變。

2.3.3 對照電量趨勢曲線判斷故障區(qū)段

婁邵15#箱變電量趨勢曲線的特點如圖1所示。從圖1中可以看出，電流從平穩(wěn)的正常負荷突然上升至136.11 A（C相電流），然后突然下降為0，短暫停留后再次出現(xiàn)一較小峰值，最后降為0.00 A。

由圖1可見，第一時間檢測到故障電流出現(xiàn)較陡的峰值，證明主供所跳閘前此箱變處于電源與故障點之間，是第一次故障跳閘時短路電流的必經之路。因此，故障點在此箱變的后方（按第一次跳閘時的電流流向），進而找出在婁邵15#箱變往邵陽北配電所方向。

婁邵22#箱變電量趨勢曲線的特點如圖2所示。從圖2中可以看出，電流從平穩(wěn)的正常負荷突然下降為0，短暫停留后上升至161.84 A（C相電流），最終降為0.00 A。

由圖2可見，第一時間沒有檢測到故障電流，證明主供所跳閘前，此箱變處于電源與故障點之外，并不是第一次故障跳閘時短路電流的必經之路。峰值是由備供所合閘送電時出現(xiàn)的短路故障電流引起，因此，障點在此箱變的前方（按第一次跳閘時的電流流向），進而找出在婁邵15#箱變與22#箱變之間。

利用電量趨勢分析法，在婁邵15#箱變與22#箱變之間采用1/2法繼續(xù)縮小故障范圍，最終確定故障點在婁邵21#箱變與22#箱變之間。

利用箱變、遠動開關站和中繼站等可遠程操作開關。切除故障點后，可恢復其他非故障區(qū)間的供電。

2.4 案例總結

事后查明，因滬昆高鐵湖南境內婁邵20～21#箱變間一級貫通C相電纜故障，造成婁底南配電所一級貫通334跳閘，邵陽北配電所一級貫通332備自投失敗。這與供電調度利用電量趨勢分析法判斷電力貫通線故障區(qū)間在婁邵20～21#箱變之間一致。通過本案例，證明了采用電量趨勢分析法可快速、準確地找到故障區(qū)段。

3 結束語

綜上所述，在鐵路運輸生產中，鐵路電力工作是鐵路運輸?shù)闹匾M成部分，其主要任務是不斷提高供電的質量和可靠性，以滿足鐵路運輸生產的需要。當線路發(fā)生故障后，能否以最短的時間恢復供電，是衡量鐵路供電部門職工綜合技術素質的標準。而電量趨勢分析法可縮短故障判斷、查找的時間，是一種合理、安全和可行的故障查找方法，具有較大的現(xiàn)實意義。

參考文獻

[1]曾義.箱式變電站標準工程圖紙集萃.[M]北京：水利水電出版社，2004.

[2]白玉珉.電氣工程安裝及調試技術手冊.[M]北京：機械工業(yè)出版社，2008.

〔編輯：張思楠〕

Abstract： Through the analysis of Shanghai Kunming High-speed Rail territory of Hunan Loudi South-North Shaoyang between 20 ～ 21# box transformer substation level power supply through line fault case， this paper discussed the curve using the consumption trend graph analysis and judgment principle of short circuit fault zone.

Key words： box transformer substation； through line； consumption tendency； short circuit fault