35 kV線路縮小故障查線范圍的有效方法

高 龍,王 銳,趙琳琳,強(qiáng) 毅

(1.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司保定供電分公司，河北 保定 071000；2.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司石家莊供電分公司，石家莊 050000)

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35 kV線路縮小故障查線范圍的有效方法

高 龍1,王 銳1,趙琳琳1,強(qiáng) 毅2

(1.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司保定供電分公司，河北 保定 071000；2.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司石家莊供電分公司，石家莊 050000)

35 kV線路由于考慮經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求，往往不配備故障測(cè)距裝置，同時(shí)也無(wú)距離保護(hù)作為輔助測(cè)距，山區(qū)長(zhǎng)線路如何做到故障點(diǎn)快速定位是一個(gè)難題。從保護(hù)定值整定和短路電流計(jì)算的角度考慮，提出了縮小35 kV故障查線范圍的有效方法，對(duì)實(shí)際工作有一定的借鑒意義。

35 kV線路；故障查線；測(cè)距；故障點(diǎn)

35 kV線路屬于電網(wǎng)末端，在人口密度稀疏的山區(qū)地區(qū)，供電線路往往比較長(zhǎng)，并且穿山越嶺，線路走廊環(huán)境惡劣，非常不利于故障查線。35 kV線路一般不配置故障測(cè)距裝置，而且普遍采用過(guò)流保護(hù)作為主保護(hù)，無(wú)距離保護(hù)作為輔助測(cè)距，故障定位是一個(gè)難題。山區(qū)多風(fēng)雨天氣，供電線路運(yùn)行環(huán)境差，故障跳閘率高，更為故障查線增加了壓力。以下是35 kV線路在不具備故障測(cè)距裝置，不配備距離保護(hù)的情況下，縮小故障查線范圍的有效方法。

1 Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ段法

對(duì)于35 kV串供線路，過(guò)流I段設(shè)定為保護(hù)線路全長(zhǎng)的60%～80%，過(guò)流II段保護(hù)線路全長(zhǎng)，并延伸至下一段線路，過(guò)流III段為了保證故障跳閘靈敏度，保護(hù)線路全長(zhǎng)，并較長(zhǎng)延伸至下一條線路，作為下一條線路的后備保護(hù)[1]。

根據(jù)這一原理，我們可以根據(jù)故障跳閘時(shí)的監(jiān)控信息，粗略的判斷故障點(diǎn)的位置。

1.1 過(guò)流I段動(dòng)作

對(duì)于35 kV串供線路，過(guò)流I段定值的整定原則為最大運(yùn)行方式下，線路末端三相短路，并考慮1.3～1.5的靈敏系數(shù)的要求[2]。若靈敏系數(shù)定為1.3，則當(dāng)故障電流等于I段整定電流時(shí)，故障點(diǎn)剛好在線路全長(zhǎng)的77%處。以上結(jié)論的得出，需有3個(gè)前提條件，最大運(yùn)行方式，故障類(lèi)型為三相短路，整定靈敏系數(shù)設(shè)為1.3。

35 kV電網(wǎng)在一般正常情況下，都運(yùn)行在最大運(yùn)行方式，現(xiàn)在只考慮電網(wǎng)在一般正常狀態(tài)下的故障測(cè)距，對(duì)于設(shè)備檢修等小運(yùn)行方式下的故障，由于電流保護(hù)受運(yùn)行方式影響較大的局限性，該方法已不在適用。因此，第一個(gè)前提條件滿足。

35 kV電網(wǎng)一般為小接地電流系統(tǒng)，單相接地不跳閘，因此，35 kV線路故障跳閘應(yīng)為相間短路或三相短路。根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行故障跳閘分析，35 kV線路相間短路的故障概率明顯多于三相短路，根據(jù)短路電流計(jì)算，相間短路短路電流是三相短路短路電流的0.866倍，因此，三相短路下，故障點(diǎn)在77% 處，而在相間短路下，故障點(diǎn)在66%處，接近線路中點(diǎn)。

靈敏系數(shù)設(shè)為1.3時(shí)，故障點(diǎn)在77%處，而靈敏系數(shù)設(shè)為1.5時(shí)，故障點(diǎn)在67%處。

綜上，35 kV線路在常態(tài)化(最大運(yùn)行方式)，過(guò)流I段動(dòng)作時(shí)，故障點(diǎn)位置如表1所示。

表1 過(guò)流I段動(dòng)作時(shí)故障點(diǎn)位置

靈敏系數(shù)1.31.5兩相短路小于66%小于58%故障概率大三相短路小于77%小于67%故障概率小

因此，對(duì)于串供線路，過(guò)流I段動(dòng)作時(shí)，故障點(diǎn)在66%以內(nèi)的可能性最大，此結(jié)論可作為故障查線的一個(gè)參考依據(jù)。

1.2 過(guò)流II段動(dòng)作

過(guò)流II段保護(hù)能有效保護(hù)線路全長(zhǎng)，在I段未動(dòng)，II段動(dòng)作時(shí)，雖然II段已延伸至下一條線路，但考慮到目前保護(hù)可靠性較高，極少出現(xiàn)越級(jí)跳閘的情況，所以認(rèn)為是在線路末端發(fā)生故障。表2是35 kV線路常態(tài)化(最大運(yùn)行方式)運(yùn)行，過(guò)流II段動(dòng)作時(shí)，故障點(diǎn)位置。

表2 過(guò)流II段動(dòng)作時(shí)故障點(diǎn)位置

靈敏系數(shù)1.31.5兩相短路大于66%大于58%故障概率大三相短路大于77%大于67%故障概率小

因此，對(duì)于串供線路，過(guò)流II段動(dòng)作時(shí)，故障點(diǎn)在線路全長(zhǎng)58%之外，也就是在后半段線路。

1.3 過(guò)流III段動(dòng)作

一般情況下，由于II段已經(jīng)能夠保護(hù)線路全長(zhǎng)，若III段動(dòng)作，II段未動(dòng)，排除過(guò)負(fù)荷引起III段誤動(dòng)的可能性后，故障點(diǎn)極有可能是在下一段線路。以上分析都是建立在串供線路基礎(chǔ)上的，若35 kV線路非串供方式，例如末端只接有35 kV變電站而無(wú)其它線路，由于此種方式過(guò)流I斷整定已覆蓋線路全長(zhǎng)，因此，通過(guò)I/II/III段法已無(wú)法區(qū)分故障點(diǎn)位置，只能參考其它方法。

2 短路電流法

若不考慮短路時(shí)異物體電阻、接觸電阻、電弧電阻的影響，在故障類(lèi)型一定的情況下，線路上各點(diǎn)故障時(shí)的短路電流應(yīng)該是恒定的。根據(jù)這一原理，事先計(jì)算出線路上每點(diǎn)在相間或三相短路時(shí)的電流，在真正發(fā)生故障跳閘時(shí)，從保護(hù)裝置中讀取故障電流與故障類(lèi)型，然后與事先計(jì)算出各點(diǎn)故障時(shí)的電流進(jìn)行比對(duì)，就可以大致判斷故障點(diǎn)的位置。

下面以35 kV甘大線故障為例，線路連接示意見(jiàn)圖1，簡(jiǎn)要說(shuō)明短路電流法判斷故障點(diǎn)位置的方法。

圖1 35 kV甘大線線路連接示意

如圖1所示，35 kV甘大線有一T接點(diǎn)，T接至河口站，正常方式下河口站對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)分閘，甘大線只給大悲站供電。各線路段長(zhǎng)度見(jiàn)表3，A點(diǎn)為甘大線首端，B點(diǎn)為甘大線末端，C點(diǎn)為至河口站T接線末端。

表3 35 kV甘大線各線路段長(zhǎng)度 km

線路段A-TT-BT-C長(zhǎng)度2.520.9762.12

A、B、C、T點(diǎn)短路時(shí)，甘城站314線路保護(hù)感受到的短路電流如表4所示。

表4 A、B、C、T點(diǎn)短路時(shí)短路電流 A

故障點(diǎn)大運(yùn)行方式三相短路兩相短路小運(yùn)行方式三相短路兩相短路A7146618937843277T5176448331732748B1445125212501082C4133357927662396

在忽略短路時(shí)附加電阻(異物體電阻、接觸電阻、電弧電阻)影響的前提下，短路電流與線路首端至短路點(diǎn)的短路阻抗應(yīng)成線性關(guān)系，因此，根據(jù)短路時(shí)的電流，可以推算出故障點(diǎn)至線路首端的距離。

設(shè)某條線路總阻抗為ZL，線路首端短路電流為I0，末端短路電流為IL，系統(tǒng)阻抗為ZS，如圖2所示。

圖2 線路阻抗示意

IL×(ZS+ZL)=IK×(ZS+ZK)

(1)

ZS×I0=IL×(ZS+ZL)

(2)

ZK=[IL×ZL×(I0-IK)]/[IK×(I0-IL)]

(3)

由以上公式得出：根據(jù)線路首末端短路電流和線路長(zhǎng)度，在已知線路上某點(diǎn)短路電流的情況下，可求出該點(diǎn)至線路首端的距離。

返回到甘大線的例子中，若系統(tǒng)目前運(yùn)行在大運(yùn)行方式，從保護(hù)裝置上查看動(dòng)作時(shí)短路電流為Ik，且為兩相短路時(shí)，則：

a.當(dāng)4 483

S=[4 483×2.5×(6 189-IK)]/[IK×(6 189-4 483)]

b.當(dāng)3 579

S=[3 579×2.12×(4 483-IK)]/[IK×(4 483-3 579)]

c.當(dāng)1 252

S=[1 252×20.976×(3 579-IK)]/[IK×(3 579-1 252)]

d. 當(dāng)IK<1 252時(shí)，故障點(diǎn)應(yīng)在大悲站或其下級(jí)電網(wǎng)中。

3 結(jié)束語(yǔ)

以上2種方法均是在35 kV線路不具備故障測(cè)距裝置，不配備距離保護(hù)的情況下，粗略得到故障點(diǎn)位置的方法，在實(shí)際應(yīng)用中可能由于短路故障的復(fù)雜性而得不到準(zhǔn)確的結(jié)果，但在小接地電流系統(tǒng)長(zhǎng)線路故障查線中仍有一定的參考意義。

[1] 張保會(huì)，尹項(xiàng)根電力系統(tǒng)繼電保護(hù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[2] 國(guó)家電力調(diào)度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)規(guī)定匯編[M].北京：中國(guó)電力出版社，2000.

本文責(zé)任編輯：丁 力

Effective Methods to Reduceing Range of 35 kV Line Fault Location

Gao Long1,Wang Rui1,Zhao Linlin1,Qiang Yi2

(1.State Grid Hebei Electric Power Corporation Baoding Power Supply Branch,Baoding 071000,China;2.State Grid Hebei Electric Power Corporation Shijiazhuang Power Supply Branch,Shijiazhuang 050000,China)

Due to the consideration of economic operation,35 kV line is not equipped with fault location device, and it has no distance protection as auxiliary location.Locating fault rapidly of long line on mountains is a big problem. This paper presents effective methods to reduce the 35 kV fault location range from the point of view of protection setting and short-circuit current calculation. It can be used for reference in practical works.

35 kV line;fault location;distance measurement;fault point

2017-03-30

高 龍(1988-)，男,助理工程師，主要從事電力系統(tǒng)保護(hù)及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)管理工作。

TM755

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1001-9898(2017)03-0048- 02