10kV線路老化與高阻接地故障對線損影響研究

國網(wǎng)浙江省電力有限公司紹興供電公司 李尚宇 陳海軍 秦 毅 國電華研（北京）電力咨詢有限公司 郭 偉 徐向峰

隨著我國經(jīng)濟水平的不斷提升，配電網(wǎng)線路也越來越復雜，對于架空線路來說，因為受到環(huán)境等多種因素的影響，非常容易引發(fā)其出現(xiàn)接地故障、老化等問題，這樣不僅會造成線路的損耗，也會影響到電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性。

隨著我國綜合國力和經(jīng)濟水平的不斷提升，我國的電力系統(tǒng)也從傳統(tǒng)缺電的情況逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏┙o較為充足的局面，為能進一步提高輸配電系統(tǒng)的工作效率、降低各種損耗和故障的發(fā)生，實現(xiàn)節(jié)能減排的目的，已成為我國電力系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵內(nèi)容。對于配電網(wǎng)來說，其不僅線路長度非常長且分布面積也非常廣泛，整體結(jié)構(gòu)非常復雜，不同配網(wǎng)的運行情況也有一定的差異，在這種情況下也就增加了配網(wǎng)的損耗率，所以必須要結(jié)合實際情況提出確切的降損措施[1]。

1 建立線路老化數(shù)學模型

1.1 線路的等值模型

因為10kV線路的長度一般在100km以內(nèi)，所以可將分布參數(shù)對等值電路造成的影響忽略，即采用如下集中參數(shù)進行表達：R=r×l；X=x×l；G=g×l；B=b×l。式中R為總電阻；r為單位長度電阻；X為總電抗；x為單位長度電抗；G為電導；g為單位長度電導；B為電納；b表示單位長度電納。

圖1 線路等值電路

圖2 100km線路老化過程中電阻曲線

圖3 電阻等效模型

一般情況下10kV線路發(fā)生電暈的情況較少，且絕緣子泄漏的情況發(fā)生率也較低，因此可說明G=0。此外因電抗在電壓等級較低時對電路計算的影響也較小，所以可認為X=0，這樣線路可以等值（圖1），其中Z=R+jx，故此線路的電阻被等值為總阻抗Z[2]。

表1 100km電阻值的折算

1.2 基于實測線路老化模型

為能夠了解線路電路大小、老化和線路運行時間間具有的關(guān)系，本文特選擇10kV配電線路常用的線路型號作為研究對象，分別為LJ-150、LGJ-185、LGJJ-185、LGJQ-300，而后開展電阻測試[3]。選擇的線路運行時間分別為2～22年，長度均為10m，對其進行實際測量，為能使電阻變化的關(guān)系更加直觀的顯示，將測試樣本電阻折算到100km長度（表1），并將表1中的數(shù)據(jù)繪制于圖2中。

圖2中表明，四種線路在四年以內(nèi)的線路電阻率均未發(fā)生變化，而后隨著時間的增加而緩慢出現(xiàn)變化，特別是在10年后增長的速度也越來越快，當運行到15年時，電阻率增加的速度會進一步提高[4]。因此，線路電阻發(fā)生的變化基本上符合指數(shù)增長的規(guī)律，所以可采用公式R(t)=AEmt+B表達指數(shù)函數(shù)對電阻變化曲線進行擬合，式中A、m、B表示擬合參數(shù)。

采用MATLAB的擬合工具箱擬合四條電阻變化曲線進行，具體的擬合結(jié)果如以下公式所示，每一個擬合值可信度均高于95%：RLJ-150(t)=1.533e0.044t+19.38，RLJ-180(t)=0.662e0.055t+16.26，RLJjj-185(t)=2.445e0.011t+14.50，RLGjQ-300(t)=2.089e0.030t+8.7789。

2 建立線路高阻接地故障的數(shù)學模型

在配電網(wǎng)中，有80%的故障均為單相接地故障。對于高阻接地故障來說，最明顯的特點就是故障電流比較小，具體的電流值可能僅只達到系統(tǒng)正常運行時所產(chǎn)生負荷電流的10%，甚至有可能更低[5]。有相關(guān)的研究結(jié)果表明，不同類型介質(zhì)的高阻接地故障電流的典型值在0～75A間：沙地和水泥地5A、潮濕沙地15A、干燥草皮20A、干燥草地25A、潮濕草皮40A、潮濕草地50A、鋼筋混凝土75A。

因為配電網(wǎng)高阻接地故障的發(fā)生位置不確定，而且其接地電阻阻值對不同的接地介質(zhì)變化也較大，因此如果想要建立一個確切的等值電阻模型比較困難。在建立時必須要考慮到電阻值的問題，一般情況下短路電流通常比較穩(wěn)定，所以可將故障點等效作為一阻值恒定的電阻，具體的功率損耗可用公式PHIF=U×IHIF表示，并將其作為線損的附加損耗。式中PHIF為高阻接地損耗功率；IHIF為故障電流值；U為額定電壓。

利用額定電壓10kV隨上述各類型高阻接地故障縮產(chǎn)生的附加損耗進行計算，具體結(jié)果為：沙地和水泥地50A、潮濕沙地150A、干燥草皮200A、干燥草地250A、潮濕草皮400A、潮濕草地500A、鋼筋混凝土750A。

3 配電網(wǎng)線損計算的等值電阻法

對于等值電阻法來說，該方法屬于一種近似于計算線路可變損耗的方法，其理論基礎(chǔ)為平均電流法，利用該方法可將配電網(wǎng)中的可變損耗視為線路首端平均電流，使用Iav進行表示，通過線路和配電變壓器的等值電阻Rep所產(chǎn)生的損耗之和[5]，具體用如下公式表示：式中Ii和Ri分別表示線路不同分段的電流與電阻，因此配電線路等值電阻的具體模型見圖3。

4 結(jié)語

在本次研究中，通過建立配網(wǎng)線路的老化模型，并利用試驗數(shù)據(jù)集建立損耗模型，可以得出如下結(jié)論：首先，配電網(wǎng)線路的電阻值會隨著年限的增長而增長，進而導致線路的損耗總量和線損率也會隨著運行年限的增長而升高；其次，如果配電網(wǎng)的負載率比較低，則損耗率也明顯高于高負載的線路，因此，高阻接地故障對整個線路所造成的損耗影響是持續(xù)不斷的，規(guī)模越小的配網(wǎng)發(fā)生線損的幾率越大。