10 kV配電線路故障查找和處理措施

代艷君

（青海三新農電有限責任公司，青海 西寧 810000）

0 引 言

10 kV配電線路具有線路點多、覆蓋面廣、線路長及路徑復雜等特點，同時受氣候條件和地理條件等外部環(huán)境的影響較大。如何保證10 kV配電線路安全可靠地運行，并有效排除10 kV配電線路的故障，成為了電力系統(tǒng)中相關人員不得不面對的關鍵性問題。

1 故障查找原理

10 kV配電線路發(fā)生單相接地時，故障點電流很小，導致用戶無法正常使用。因此，必須查找故障點并進行處理。

1.1 故障檢測

單相接地故障時，故障相電壓為零，對健全相電壓有較大影響，零序電壓增加[1]。此時，配電線路中的電壓是故障檢測的重點，主要通過母線上的電壓互感器開口三角側電壓大小來判斷。

1.2 故障選線

當10 kV配電線路產生故障時，由于故障點電壓的異常變動會同時出現(xiàn)故障線路兩側以極速傳播的暫態(tài)行波，在母線處測量端感受到第1個反向行波浪涌，有個別故障折射進非故障配電線路，余下故障點行波返回故障線路[2]。故障發(fā)生過程中，基于健全線路和故障線路網(wǎng)絡模型的參數(shù)呈現(xiàn)出正負。因此，當故障出現(xiàn)時，通過各相電流行波能量的大小進行故障相的識別。

1.3 故障區(qū)段判斷

故障區(qū)段判斷是故障隔離前的前置程序。受中性點接地方式等因素的影響，行波選線只能夠識別接地線路，而不能識別故障區(qū)段。但是發(fā)生單相接地故障后，小電流接地故障暫態(tài)選線與行波選線的技術能夠實現(xiàn)零壓時限故障選段。充分結合相鄰行波選線技術，瞬時電流閉鎖，實現(xiàn)聯(lián)絡轉供，實現(xiàn)暫態(tài)行波在小電流接地故障的判斷。

1.4 故障隔離

主要有兩種方案可供選擇。（1）隔離故障線路負荷側。合上電源側隔離開關，再合上負荷側隔離開關。此方案的意義在于保持設備的有效性，但電源側開關開啟時，負荷斷電。（2）先合上負荷側的開關，再合上電源側開關，不能逆向操作。在中性點不接地系統(tǒng)中，單相接地故障不會引起暫態(tài)多回路，此時暫不會引發(fā)負荷供電不正常現(xiàn)象。因此，封閉型配電線路中，可先拉開負荷側的聯(lián)絡開關，然后將負荷側的進線開關合上，使系統(tǒng)與接地線路負荷側隔開，杜絕了負荷的電流失，最后合上電源側開關實現(xiàn)隔離。因此，采用第二種方案比較適合。

2 故障查找過程

可靠準確地實現(xiàn)單相接地故障自動快速隔離、非故障區(qū)域快速復電，實施系統(tǒng)的電路結構如圖1所示。該系統(tǒng)主要由1號主變和2號主變組成，當輸電線路正常工作時，正常運行方式是輸電線路Ⅱ段母線在左側，10 kV的Ⅰ段母線在右側，對應分別運行，此時母開關B100和B900是非合閘狀態(tài)。拉合負荷由L113或者L123提供。

單相接地故障自愈裝置監(jiān)測輸電線路（開閉所）內的母線電壓、線路電流及開關狀態(tài)，識別配電線路運行狀態(tài)。自愈裝置每個構件之間可以進行互相通信，基于典型負荷模式的異常數(shù)據(jù)信息處理，最終實現(xiàn)對接地線路電源側的隔離。單相接地故障自愈裝置主要由傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信單元、主處理器單元及開關量輸出控制單元組成[3]。傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)單元負責收集電壓傳感器的零序電壓和零序電流。通信單元只在需要的時候接收與讀取遙控信號的輸入而不進行邏輯處理，數(shù)據(jù)處理功能性較弱，需要與其他自愈系統(tǒng)保持通信。主處理器單元對電壓電流開關量輸出控制單元進行選線結果分析；識別該輸電線路的對應故障，并提出解決對策；負責驅動功率輸出并對開關量輸出控制單元進行控制。

圖1 實施系統(tǒng)

輸電線路正常供電時，如果線路發(fā)生單相接地故障，自愈裝置會立即開啟，首先要監(jiān)測工頻電壓，對出線回路電流和母線排上的電壓進行實時監(jiān)控。在此之前要確保輸電線路上的所有向用電單位供電的電力設施全部安裝了單相接地故障自愈裝置，且這些內部設備設施之間已通過通信網(wǎng)絡予以連接。自愈流程如下：

開始→工頻試驗變壓器電壓監(jiān)測→出現(xiàn)接地故障→電流電壓行波監(jiān)測→輸電接地極線路選擇→其他裝置選線結果→電纜線路接地部位的確定→閉合接地線路負荷側母聯(lián)開關→合上接地線路負荷側進線開關→合上接地線路電源側開關→結束。

需注意，自愈裝置開始運行后需要一直對母線電壓保持監(jiān)控狀態(tài)，識別出接地故障是否實際發(fā)生。當故障自愈裝置通過分析認為電壓高出額定值，就會提示產生接地故障。自愈裝置監(jiān)測到電流行波后確定電纜線路接地部位，然后通過通信系統(tǒng)來確定與其他機構的選線結果。當發(fā)現(xiàn)其他自愈裝置的選線結果后，認定接地線路。進行接地線路負荷側母聯(lián)開關的閉合與接地線路負荷側進線開關的閉合，再將接地線路電源側開關開啟的命令發(fā)出，從事實現(xiàn)全部故障自愈恢復過程。

3 故障處理的實例

某區(qū)供電分公司成立于2016年1月1日，轄區(qū)面積216平方公里，共有全民合同工43人，農合工74人，管理各類用電戶數(shù)39 541戶，其中低壓客戶共計39 025戶，單相客戶32 548戶，三相客戶6 477戶。該區(qū)供電公司所屬配網(wǎng)現(xiàn)狀為：該區(qū)供電公司目前有19座10 kV及以上公用變電站，30臺主變電站，總變電容量為2 123.5 MVA；有21座110 kV共用變電站，31臺主變電站，主變電站容量為135.6 MVA。近年來，變電站的投產運行盲目擴大，增加了運維成本。由于管理不善和當?shù)貝毫託夂颦h(huán)境等不利影響，故障率逐年增加，人工排查配電線路故障的壓力劇增，因此需引入故障自愈裝置。

通過調查論證，該公司決定引入智能故障自愈裝置。當單相接地故障出現(xiàn)時，智能開關控制器開始工作，確定故障區(qū)域，定位準確故障范圍，將故障區(qū)域有效隔離，將非故障停電區(qū)域迅速恢復供電，用電的穩(wěn)定性和可靠性得到了有效保障。故障自動處理裝置結束故障處理任務后，對信息處理的數(shù)據(jù)通過通信裝置予以上報，控制站接收信息后進行數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)了主線路對分支線路的遙測、遙信及遙控功能。為實現(xiàn)對分支線路的“三遙”目的，該區(qū)供電公司購買智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件，集成現(xiàn)代測控、電力電子、網(wǎng)絡通信及自動化控制領域技術，主界面包括用戶管理、操縱日志、連接設置、短信跟蹤、信息初始化及線路分許管理等模塊供選擇，提供遠程登入、網(wǎng)絡廣播及電子郵件通知，用戶界面比較友好，具有強大的網(wǎng)絡功能、極強的軟硬件兼容性及高度的可擴展性。

2018年9月15日，該區(qū)供電公司某10 kV配電線路突然斷電，過去需要用2 h的人工故障排查工作，在智能檢測軟件的輔助下，分析了大致故障范圍，僅用20 min就實現(xiàn)了故障自愈，從而縮短了故障停電時間。單相接地故障自愈方法的介入，使該輸電企業(yè)從過去的人工管理型設備運維模式向現(xiàn)代化智能型故障排除管理模式改進，從而提升了輸電線路故障處理能力和故障處理效率，滿足了客戶的用電需求，降低了故障排除成本，強化了企業(yè)形象，促進了供電企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4 結 論

我國電力行業(yè)蓬勃發(fā)展，人們的用電需求越來越高，電力企業(yè)需不斷加強管理。隨著國家智能電網(wǎng)工程的全面實施，越來越多的省份和城市開始采用智能型自愈系統(tǒng)來進行輸電線路的故障排查與處理。本文以某區(qū)供電分公司的10 kV輸電線路自愈系統(tǒng)的應用為具體案例，給出了一種故障自動查找與自動隔離的處理措施。通過故障排查的實例分析，證明了此方法的可行性，能夠產生一定經(jīng)濟效益和管理效益，增強了供電安全性和可靠性。