10 kV配電線路斷線故障電壓異常分析

亓富軍，蘇超，石慶喜，趙福強(qiáng)，唐夫樂

（國網(wǎng)山東省電力公司臨沂供電公司，山東臨沂276003）

10 kV配電線路斷線故障電壓異常分析

亓富軍，蘇超，石慶喜，趙福強(qiáng)，唐夫樂

（國網(wǎng)山東省電力公司臨沂供電公司，山東臨沂276003）

針對(duì)一起配電線路斷線故障，分析10 kV配電線路發(fā)生斷線時(shí)的電壓變化情況。通過分析不同情況下配電線路斷線故障對(duì)電壓的影響，得出該類故障發(fā)生時(shí)母線電壓變化范圍及規(guī)律。以某線路實(shí)際故障為例，確定斷線部位，及時(shí)隔離故障，提高配網(wǎng)供電可靠性。

配電線路；電壓異常；接地；斷線

0 引言

在小電流接地配網(wǎng)中，發(fā)生單相接地現(xiàn)象較為普遍，也比較容易判別［1］。配電線路斷線現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生，但是調(diào)度員有時(shí)會(huì)將發(fā)生斷線故障和接地故障產(chǎn)生的電壓變化混淆，不能及時(shí)判斷故障類型，從而延誤事故處理，因此如何根據(jù)母線電壓變化快速準(zhǔn)確判定故障類型尤為重要［2-3］。結(jié)合實(shí)例理論分析了線路發(fā)生斷線后，母線電壓變化的原因及規(guī)律。

1 事故過程

1.1 事故前母線電壓

事故前母線電壓情況如圖1所示，十里堡站1號(hào)主變帶10 kVⅠ母線負(fù)荷，2號(hào)主變帶10 kVⅡ母線負(fù)荷，十里堡1號(hào)、2號(hào)主變分列運(yùn)行，根據(jù)圖1可以看出該站三相電壓正常，基本處于三相對(duì)稱狀態(tài)。

圖1 事故前母線電壓情況

1.2 斷線后電壓情況

2015-01-13T11∶20十里堡站10 kVⅡ母線電壓異常，斷線后母線電壓情況如圖2所示，A相電壓為6.82 kV，增加到原來的1.143倍；B相電壓為5.64 kV，下降到斷線前的0.951倍；C相電壓為5.61 kV，下降到斷線前的0.945倍；未發(fā)接地報(bào)警信號(hào)。通過以上信息監(jiān)控人員判斷為三相電壓不平衡，小電流接地系統(tǒng)并未發(fā)出接地信號(hào)，通知變電運(yùn)維人員現(xiàn)場檢查設(shè)備開關(guān)、接地變、電壓互感器等站內(nèi)設(shè)備有無異常，配網(wǎng)調(diào)度員通知線路人員帶電巡線，查看架空線路、用戶設(shè)備有無接地，并告知配網(wǎng)搶修

人員電壓異常情況，以便給客戶做好解釋。

圖2 斷線后母線電壓情況

1.3 斷線故障點(diǎn)

2015-01-13T15∶02十里堡站10 kVⅡ母線電壓異常為10 kV 32城南三回線清河北路支線10號(hào)桿FD-2010開關(guān)上口A相弓子線燒壞所致，申請(qǐng)斷開10 kV 32城南三回線清河北路支線10號(hào)桿FD-2010開關(guān)，負(fù)荷退出后帶電處理弓子線燒壞缺陷。巡線3 h后發(fā)現(xiàn)斷線故障，并處理故障，使母線電壓恢復(fù)正常。2015-01-13T15∶29十里堡站10 kV 32城南三回線清河北路支線10號(hào)桿FD-2010開關(guān)上口A相弓子線燒壞缺陷處理工作結(jié)束，申請(qǐng)閉合十里堡站10 kV 32城南三回線清河北路支線1 0號(hào)桿FD-2010開關(guān)。2015-01-13T15∶29遙控合上十里堡站10 kV 32城南三回線清河北路支線10號(hào)桿FD-2010開關(guān)，送電正常。

此次事故處理過程中，監(jiān)控員和調(diào)度員對(duì)斷線事件引起的電壓異常規(guī)律未正確掌握，不能區(qū)分事故類型，導(dǎo)致查找故障時(shí)間較長。

2 斷線事故電壓異常分析

正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)三相電源及負(fù)荷處于對(duì)稱狀態(tài)，三相對(duì)地導(dǎo)納相等，即YA=YB=Yc，中性點(diǎn)電壓為零，無偏移電壓，當(dāng)系統(tǒng)A相發(fā)生斷線時(shí)，三相對(duì)地導(dǎo)納不再相等，即YA≠YB=YC，三相負(fù)載對(duì)稱性遭到破壞，中性點(diǎn)電壓不再為零，在電源側(cè)中性點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)偏移電壓，破壞了系統(tǒng)三相的對(duì)稱性［4］。十里堡站10 kV系統(tǒng)及其他配電線路電路對(duì)稱時(shí)，只考慮10 kV城南三回線對(duì)系統(tǒng)的影響。系統(tǒng)等值電路如圖3所示。三相對(duì)稱，即

式中：C1為A相（故障相）電源側(cè)對(duì)地電容；C2為A相負(fù)荷側(cè)對(duì)地電容；Cb為B相對(duì)地電容；Cc為C相對(duì)地電容。

圖3 系統(tǒng)等值電路

2.1 不同地點(diǎn)斷線的電壓分析

十里堡站10 kV 32城南三回線A相斷線開路。電源中性點(diǎn)對(duì)地電位

1）若在10 kV城南三回線首端開路，則C1≈0，YA≈0，電源中性點(diǎn)對(duì)地電位為

A相對(duì)地電位（即M點(diǎn)對(duì)地電位）為

C相對(duì)地電位為

B相對(duì)地電位為

向量圖如圖4所示。10 kV城南三回線A相斷線未接地時(shí)，由于N側(cè)A相對(duì)地電容通過N側(cè)主變形成電容電流，使M側(cè)中性點(diǎn)電壓偏移，形成偏移電壓UMO′。由于電源三相電路對(duì)稱，而且A相斷線后，考慮到電壓源B、C相的負(fù)荷是對(duì)稱的，N點(diǎn)的電位與O′點(diǎn)電位相同。B、C兩相對(duì)地電位等于Eb、Ec與偏移電壓UMO′向量之和，A相（即N點(diǎn)）對(duì)地電位等

于負(fù)荷側(cè)中性點(diǎn)對(duì)電源側(cè)中性點(diǎn)電位加上中性點(diǎn)對(duì)地電位［5］。

2）若在10 kV城南三回線末端開路，C2=0，C1= Cb=CC=C，YA=YB=YC，則

（電源中性點(diǎn)電位與大地電位相同）

A相對(duì)地電位為UAO′＝UMO′＝UA；B相對(duì)地電位為UBO′＝UB；C相對(duì)地電位為UCO′＝UC，相量圖如圖5所示。

圖4 線路首端開路向量

圖5 線路末端開路向量

2.2 斷線開路時(shí)負(fù)荷側(cè)電壓分析

若不考慮線路壓降，B相對(duì)地電位等于線路首端B相對(duì)地電位；C相對(duì)地電位等于線路首端C相對(duì)地電位；A相（N點(diǎn)對(duì)地電位）對(duì)地電位等于負(fù)荷側(cè)中性點(diǎn)對(duì)電源中性點(diǎn)電位（UO1O）加電源中性點(diǎn)對(duì)地電位（UOO′）。相量圖如圖7所示。

圖6 線路中間開路向量

圖7 斷線開路時(shí)電壓分析向量

A相開路ZA=∞，YA＝0，則

2.3 斷線加接地時(shí)電壓分析

若不考慮線路阻抗壓降，N側(cè)A相接地。負(fù)荷側(cè)中性點(diǎn)電位O1與大地電位相同，電源側(cè)中性點(diǎn)O對(duì)大地間的電位為

相量圖如圖8所示。若系統(tǒng)斷線且在負(fù)荷側(cè)接地時(shí)，由于負(fù)荷側(cè)接地，因此負(fù)荷側(cè)變壓器中性點(diǎn)O′與大地電位相同，對(duì)于電源側(cè)，非故障相的對(duì)地電壓與負(fù)荷側(cè)情況完全一樣；而對(duì)于故障相，其對(duì)地電壓的情況取決于電源的感應(yīng)電動(dòng)勢。

圖8 線路斷線接地電壓分析向量

3 不同斷線位置電壓特征

不同斷線位置電壓特征如表1所示。

表1 不同情況下線路斷線電壓變化表

根據(jù)斷線情況的不同，電源側(cè)A相電壓將升高為1～1.5倍相電壓，B、C兩相電壓將下降為0.866～ 1倍相電壓。電壓的變化情況將隨著斷線點(diǎn)的不同而變化，距離電源點(diǎn)越近，電壓波動(dòng)越大，對(duì)于末端線路斷線，三相電壓變化幅度不大。

根據(jù)斷線情況的不同，負(fù)荷側(cè)A相電壓將下降為0～0.5倍相電壓，B、C兩相電壓將下降為0.866～ 1倍相電壓。對(duì)于末端線路斷線，A相電壓接近于零。

由于10 kV城南三回線A相斷線時(shí)，110 kV十里堡站側(cè)10 kV A相電壓為6.73～6.85 kV，B相為5.54～5.65 kV，C相為5.57～5.63 kV，而這與上述分析電壓變化完全一致，因此可判定為10 kV城南三回線A相在線路中間偏后的地方發(fā)生斷線。

4 結(jié)語

通過一起由斷線故障引起的電壓異常進(jìn)行分析判斷，進(jìn)而對(duì)斷線故障進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，詳細(xì)闡述與分析了不同情況下斷線引起的電壓異常變化規(guī)律，得出電壓變化的范圍，初步判斷線路斷線位置，能夠快速準(zhǔn)確進(jìn)行事故處理，對(duì)今后類似事件的處理提供借鑒。

［1］丁雪峰，鄭先鋒，鄭梅.35 kV及以下電力電纜技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

［2］劉建，沈冰冰，趙江河，等.現(xiàn)代配電自動(dòng)化系統(tǒng)［M］.北京：中國水利水電出版社，2013.

［3］馬騰，叢偉.10 kV配電線路斷線故障檢測與定位研究［D］.濟(jì)南：山東大學(xué)，2013.

［4］何金良，傅芳偉，陳水明，等.10 kV絕緣導(dǎo)線配電線路斷線機(jī)理分析［J］.電力建設(shè)，2001，22（7）：6-9.

［5］羅俊華，邱毓昌，楊黎明.10 kV及以上電力電纜運(yùn)行故障統(tǒng)計(jì)分析［J］.高電壓技術(shù)，2003，29（6）：14-16.

Analysis on Voltage Abnormity of Breakage Fault for 10 kV Distribution Lines

QI Fujun，SU Chao，SHI Qingxi，ZHAO Fuqiang，TANG Fule
（State Grid Shandong Linyi Power Supply Company，Linyi 276003，China）

The change of voltage is analyzed when the 10 kV distribution line is broken according to one breakage fault of a distribution line.The change range and characteristics of busbar voltage are concluded for this kind of faults by analyzing the influence of the line breakage to the voltage.Taking an actual fault as an example，the position of line breakage is determined and the fault is isolated timely to improve the power supply reliability of the distribution network.

distribution lines；voltage abnormity；grounding；line breakage

TM726

B

1007－9904（2016）09－0039－04

2016-03-08

亓富軍（1970），男，高級(jí)工程師，從事電網(wǎng)自動(dòng)化、通信調(diào)度工作。