多分支高壓電纜線路故障定位技術研究

陳斯華

摘 要：如今，電網范圍的擴大，多分支高壓電纜線路的推廣與應用，使得電纜網結構復雜，高壓電纜線路存在多分支問題。加之，使用年限的增加與外界環境影響，絕緣受潮、過熱、過電壓等問題逐漸暴露出來進而導致大面積停電，影響企業經濟效益的提升。而怎樣對多分支高壓電纜線路進行故障定位，也成為企業重要研究課題，關乎著供電穩定性與經濟效益的高低。

關鍵詞：多分支高壓電纜線路；故障定位技術；研究分析

現階段，應用多分支高壓電纜線路定位困難，影響范圍較大。結合具體多分支高壓電纜線路數值，構建仿真計算模型，模擬電纜各分支故障狀態得出電流變化狀態，結合分支電流波形、幅值、相位等狀態，分析線路故障區間，幫助更快確定故障位置。經過建立仿真模型得出：故障位置地線三相電流高、故障范圍連接的接地線電流也隨之增減，非故障相接地線電流降低。并且故障相電流參數等同于非故障相電流總和。故障點前的干路，接地線電流較高。不過，三相接地線電流與相位相等。

一、仿真模型的構建

因為現階段電纜金屬保護層環流是電纜穩定運行的重要組成部分，發揮著決定性作用。所以，通常在電纜金屬護層接地線中安裝檢驗護層電流。接下來，筆者基于這一理論條件下，對電纜護層的接地線搜集電流信息并結合電流波狀態，分析電纜的故障區間。

第一，仿真系統。筆者選擇EMTP程序展開仿真，EMTP也是現階段應用較多的數字仿真與電氣人員研究、模仿計算電力系統的電磁暫態程序之一。第二，金屬故障段模擬。因為研究目標為電纜主絕緣擊穿金屬性故障。所以，建模過程中需要考量電纜排列與交叉互聯形式，通過時控開關模擬主絕緣與電纜聚乙烯護層的擊穿，擊穿后連接小電阻接地。第三，電源模型。因為考量目標的電纜，所以線路之前部分選擇發電機模型等效。電感與電阻選擇常規模型參數。第四，變壓器與負載模型。因為研究目標為分支電纜，變壓器、負載部分可以結合變壓器容量設定。第五，電纜模型。單芯電纜模型數值，單芯電纜選擇64/110kV YJSV型。

因為110kV線路在電纜主絕緣擊穿后出現單相接地故障。在故障出現后繼電保護設備自動跳閘，1110kV與220kV線路從故障出現至繼電保護時間距離在120ms-150ms。所以，仿真輸出結果設定在100ms之中，該階段時間中研究線路故障區間段。

二、雙T線路仿真

110kV高壓電纜的分支“T”接屬于一種創新，目前沒有成熟的運行經驗。基于總體思路、設計、項目落實與投入運行后評價，在一些一線、二線城市電網改造過程中，通過原有裕度較高的主干線為改造的變電站提供電源。這樣一來，能夠有效節省經濟投入、如期交工。

城市110kV電纜T接分支線，與結線上和以往架空送電線中T接直線相近。不過，因為走進城區后110kV電纜線路受到影響，進行T接線具有一定難度，在其技術上也不夠成熟，經濟投入較高。某供電站選擇GIS母線室作為110kV電纜分支箱的研發并非流程性的組合裝配方式，而是把連接為T接線路的各電纜廠與各單位的高壓終端配件進行研發與工藝技術分析，制定個安裝流程讓導體連接、絕緣、密封結構處理等分支箱的技術問題得到處理。基于系統運行調度功能上分析，該種接線形式存在諸多不足，也就是局部停電影響較大。出現故障也會受到制約。

線路有效運行下，各段的線芯電流與護層電流如表1。

在線路正常運行狀態下，護層感應電流相位、大小相等，與線芯電流有著直接聯系，電纜分布狀態、交叉連接形式、相交叉互連段長度的相近度、接地電阻、土壤電阻率有著直接聯系。其作用為：電纜線芯下流，交叉互連形式的準確性，交叉互連段長度相近、節點電阻大小。所以，圖一僅是對圖一線路的接地電流，同時為一般無故障線路金屬護層電流作考量。

三、帶故障線路的仿真

雙T線路分為5段，仿真狀態下把主絕緣擊穿故障設置為T1段、T2段、T3段、T4段。觀察各狀態下的T階護層接地電流差別。

第一，當故障位置在T1段狀態下，設定故障點在T1-L1段A相，運行仿真流程。立足于T1段開始階段接地線得出：在出現問題后，電流有持續1ms的暫態過程。隨后，緩慢穩定并和故障相連的金屬護層電流較大，最高幅值達到5000A。同時，非故障相幅值最大幅值也達到1000A。該階段與正常接地線檢測的電流波無較大差別。當經過高頻降低后，接地電流參數較小，幅值通常處于100A內。所以，可以結合故障后接地的電流，確定T1段故障。

當故障位置設定在T1-L2的A相、T1-L3的A相與故障點在B相、C相，檢測結果如表2。

當故障點在T1-L2段、T1-L3段A相狀態，T2、T3、T4段接地線檢測電流波形與T1段，非故障交叉互連段接地線測得電流相近。因此，結合接地電流可以順利找到T1段故障。

第二，當故障點在T2段時，T2段第一階段接地線的位置檢測電流信號。相對于T1段故障時，由T1段接地線檢測的電流信號不算相位與幅值大小不同，其他屬性相近。T2段故障為重，T3、T4接地線檢測電流和T1段，非故障交叉互連段接地線測得電流相近。T1段接地線檢測電流和其他狀態有著較大差別。因為故障電流要流回電源端，生成閉合的回路。因此，T2段故障電流由T2段初始段接地線流出后因為地質電阻率較高。因此，故障電流將T1段的金屬護層為回路。由于三相接地電阻相等，因此，接地電流幅值、相位相等。

第三，T3段、T4段故障狀態下，故障位置在該階段的接地線電流幅值、相位有一定不同。故障段前的之路與故障段后的全部線路，經過觀察接地線的電流可以找出定位故障段。

四、結語

在電流出現主絕緣擊穿故障，經過檢驗不同階段的接地線電流，可以分析故障范圍。其根據為：故障段接地線檢測的護層三相電流較高，同時與故障相接的接地線電流較高，非故障相接地線電流較低。同時，故障相電流參數相近于非故障相電流總和，檢測電流參數在千安級。故障點前的干路，護層電流較高。不過，三相護層電流相等、相位相等。故障段前的之路和故障端后的每個交叉互連段，故障后0.5ms中出現高頻的衰減振蕩。通過短時間的振蕩后，電流參數恢復呈現正常感應電流，參數較低，等于故障段接地電流的1%。

參考文獻：

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