配電線路單相斷線故障保護(hù)方法

崔樹勇

【摘 ?要】近些年，我國(guó)的用電量不斷增加，為了減小單相斷線故障對(duì)供電質(zhì)量造成的不良影響，針對(duì)配電線路單相斷線故障，提出了一套系統(tǒng)的保護(hù)方法。利用電路原理和中性點(diǎn)電壓偏移理論，對(duì)簡(jiǎn)單斷線故障和伴隨接地的復(fù)雜故障情況下線路首末兩端電壓和流經(jīng)線路的電流特征進(jìn)行了分析，總結(jié)了各電氣量的變化規(guī)律，提出了一組由電流判據(jù)和電壓判據(jù)組成的單相斷線故障判斷和保護(hù)方法。研究了基于電壓判據(jù)的斷線故障類型及故障區(qū)段的判斷方法，進(jìn)一步分析了不對(duì)稱運(yùn)行、互感器斷線等異常情況對(duì)所提判據(jù)的影響和相應(yīng)的改進(jìn)方案。利用PSCAD/EMTDC仿真軟件進(jìn)行了算例仿真，結(jié)果驗(yàn)證了理論分析結(jié)果的正確性和斷線故障保護(hù)方法的有效性。

【關(guān)鍵詞】配電線路;斷線故障;故障診斷;斷線保護(hù)

引言

電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式主要有直接接地和不接地（包括經(jīng)消弧線圈接地）兩種。10kV配電系統(tǒng)位于電力系統(tǒng)末端，擔(dān)負(fù)著為用戶直接供電的重任，為提高供電可靠性常采用中性點(diǎn)不接地的運(yùn)行方式。但在實(shí)際運(yùn)行中，電網(wǎng)監(jiān)控人員經(jīng)常監(jiān)視到10kV母線電壓不平衡現(xiàn)象。10kV配電線路分布面廣、總長(zhǎng)度長(zhǎng)、運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜惡劣，單相接地和斷線故障時(shí)有發(fā)生是造成10kV母線電壓不平衡的主要原因，并導(dǎo)致母線側(cè)PT（電壓互感器）三角開口電壓升高，嚴(yán)重威脅供電的安全性和可靠性。當(dāng)PT開口電壓值達(dá)到電壓繼電器整定值（一般為20～30V），繼電器動(dòng)作，發(fā)出接地信號(hào)。由于10kV線路未專門設(shè)置零序保護(hù)，在繼電器發(fā)出接地報(bào)警信號(hào)后只能依靠調(diào)度值班員的判斷來(lái)處理故障。若接地和斷線分辨不清、判斷不準(zhǔn)，將會(huì)造成不應(yīng)有的損失，甚至擴(kuò)大事故影響范圍。因此，正確區(qū)分10kV配電線路單相接地與單相斷線有重要的現(xiàn)實(shí)意義。摒棄復(fù)雜的對(duì)稱分量法及復(fù)合序網(wǎng)，采用基本電路理論來(lái)分析10kV配電線路發(fā)生單相接地、單相斷線后系統(tǒng)電氣量（電壓、電流）的變化規(guī)律，從中找出兩者的區(qū)別。

110kV配電線路斷線故障發(fā)生的原因

筆者根據(jù)自身多年實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，歸納并總結(jié)出10kV配電線路斷線故障的原因如下。（1）機(jī)械外力破壞。隨著建筑施工規(guī)模在不斷擴(kuò)大，項(xiàng)目的數(shù)量在不斷增多，越來(lái)越多大型工程不按照規(guī)章制度具體施工，在施工過(guò)程中進(jìn)行挖掘、爆破等作業(yè)中很容易破壞10kV配電線，導(dǎo)致電網(wǎng)無(wú)法正常運(yùn)行，同時(shí)在用電設(shè)備操作不當(dāng)?shù)那闆r下，配電線路也會(huì)出現(xiàn)故障，發(fā)生短路或者是過(guò)大電壓?jiǎn)栴}。（2）電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境影響。10kV配電線路的運(yùn)行環(huán)境比較惡劣，受到地質(zhì)條件、自然影響以及雷擊等，可能造成線路絕緣損壞，影響電路的正常運(yùn)行。（3）電氣本身問(wèn)題。配電線路由于自身質(zhì)量問(wèn)題，其絕緣性能以及電線材質(zhì)都有可能導(dǎo)致故障發(fā)生，直接影響線路運(yùn)行的穩(wěn)定性。（4）設(shè)計(jì)和安裝不合理。配電線路在安裝中，接線錯(cuò)誤或者是絕緣材料安裝不當(dāng)，并且在線路設(shè)計(jì)中，對(duì)選址、高空架線等設(shè)計(jì)不合理都有可能出現(xiàn)配電線路斷線故障。

2配電線路單相斷線故障電氣量分析

2.1電流變化特征分析

理想情況下故障相電流變?yōu)?，兩非故障相電流大小相等，方向相反，無(wú)零序電流。如果考慮故障點(diǎn)和測(cè)量點(diǎn)之間存在負(fù)荷分支，則故障相的電流降低但不會(huì)降至0，兩非故障相電流大小相等，相位差小于180?但大于120?，越靠近故障點(diǎn)，故障電流特征越明顯。當(dāng)系統(tǒng)的分布電容較大，發(fā)生A相斷線同時(shí)一點(diǎn)接地的復(fù)雜故障時(shí)，接地側(cè)的A相電流為系統(tǒng)非故障相電容電流之和，但此電流一般不大于20A，且表現(xiàn)為無(wú)功電流，與負(fù)荷電流有較大差別。對(duì)于正常相，電容電流對(duì)相電流相位的影響是一致的，而分布電容電流遠(yuǎn)小于負(fù)荷電流，可以認(rèn)為相電流變化規(guī)律基本不受接地的影響。

2.2電壓分析

10kV配電線路A相金屬性接地時(shí)，故障點(diǎn)處三相電壓相量如圖1所示。

故10kV配電線路發(fā)生單相金屬性接地時(shí)，接地相的對(duì)地電壓降到0;非接地相的對(duì)地壓升高為線電壓，PT三角開口電壓U0達(dá)到電壓繼電器動(dòng)作條件，發(fā)出接地信號(hào)。

3單相斷線故障判斷與保護(hù)方法

3.1單相接地處理方案

造成配電線路單相接地原因大致有：配電變壓器臺(tái)上的熔斷器絕緣擊穿;導(dǎo)線斷線落地或搭在橫擔(dān)上;導(dǎo)線在絕緣子中綁扎或固定不牢，脫落到橫擔(dān)或地上;因風(fēng)力過(guò)大，導(dǎo)線與樹木刮擦;配電變壓器高壓引下線斷線搭落在橫擔(dān)上;配電變壓器高壓繞組單相絕緣擊穿或接地;絕緣子、避雷器等絕緣擊穿;同桿架設(shè)導(dǎo)線上層橫擔(dān)的拉線一端脫落，搭在下排導(dǎo)線上;鳥害;飄浮物（如錫箔紙、鐵絲等）及其它偶然或不明原因。當(dāng)10kV配電線路發(fā)生單相接地時(shí)，監(jiān)控人員應(yīng)及時(shí)匯報(bào)調(diào)度員并做好記錄。調(diào)度員一般可以通過(guò)逐條試?yán)页鼋拥鼐€路。試?yán)瓡r(shí)要遵循以下原則：先拉架空線路后拉電纜線路;先拉分支多線路后拉分支少線路;先拉較長(zhǎng)線路后拉較短線路;先拉負(fù)荷輕的線路后拉負(fù)荷重的線路。當(dāng)拉開某條線路時(shí)，系統(tǒng)接地信號(hào)消失，則該線路就是發(fā)生單相接地的線路。找出接地線路后調(diào)度員應(yīng)立即通知變電站運(yùn)行人員去站內(nèi)檢查設(shè)備、通知配電線路運(yùn)行維護(hù)人員巡線、通知高壓檢查員檢查用戶設(shè)備。在系統(tǒng)未發(fā)生諧振前，接地線路一般仍可以繼續(xù)保持運(yùn)行1～2h。雖然10kV配電線路單相接地時(shí)允許繼續(xù)向用戶供電，但這時(shí)非故障相電壓會(huì)升高，很可能擊穿絕緣薄弱點(diǎn)，從而引起兩相接地短路故障，對(duì)電網(wǎng)設(shè)備造成損壞。因此需要在較短的時(shí)間內(nèi)消除接地故障。對(duì)于較長(zhǎng)線路，為了能及時(shí)隔離故障點(diǎn)，可以采取分段試?yán)袛喾▽⒑蠖尉€路分段開關(guān)斷開，如果得知接地故障消。

3.2單相斷線故障保護(hù)的啟動(dòng)

一般而言斷線故障時(shí)電流特征變化明顯，可用來(lái)構(gòu)成啟動(dòng)判據(jù)，如圖所示。

式中：i為各相電流采樣值的變化量;（）in和（）inN為當(dāng)前時(shí)刻及1個(gè)工頻周期以前時(shí)刻的電流采樣值;1ki為對(duì)連續(xù)k個(gè)i求和，12kN;NI為線路額定電流;setk為整定門檻值系數(shù)，可取0.5。式（4）中第一個(gè)條件是反應(yīng)電流降低，第二個(gè)條件要求電流降低的幅值要達(dá)到一定要求，同時(shí)滿足這兩個(gè)條件才啟動(dòng)斷線保護(hù)。同時(shí)可以通過(guò)上式判定1kij最大的一相為斷線相。

3.3多相斷線故障檢測(cè)及其定位

在實(shí)際10kV配電線路中，發(fā)生單相斷線故障時(shí)，斷開的導(dǎo)線可碰觸大地，造成斷線加接地的復(fù)雜故障。單相故障發(fā)生后，斷口處電源側(cè)與負(fù)荷側(cè)兩側(cè)導(dǎo)線是否接地，將其分為單相斷線加電源側(cè)接地、單相斷線加負(fù)荷側(cè)接地及單相斷線加兩側(cè)均接地三種類型。除此之外，還可能出現(xiàn)兩相、三相斷線，并伴各種類型接地故障。

結(jié)語(yǔ)

電力維修人員通過(guò)對(duì)單相斷線及接地故障進(jìn)行檢測(cè)和定位、多相斷線及接地故障堿性檢測(cè)和定位，分析電源側(cè)電壓、電流以及零序電壓、電流的變化狀況，對(duì)比故障前后電壓及電流數(shù)值的變化，進(jìn)一步提高斷線故障檢測(cè)的時(shí)效性和準(zhǔn)確性，確保線路在發(fā)生斷線故障后，能夠快速檢測(cè)并定位，從而及時(shí)排除斷線故障，恢復(fù)供電，為用戶提供高質(zhì)量的供電服務(wù)，確保整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，提升電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王慶華.配電線路斷線故障的分析[J].廣西水利水電，2011（6）：57-60.

（作者單位：國(guó)網(wǎng)黑龍江省寶泉嶺電業(yè)局有限公司城區(qū)供電所）