一起罕見的10kV線路三相對稱故障調度處置分析

趙俊超，趙 濤，韋 明

前言

我國10kV配電網(wǎng)大多為小電流接地系統(tǒng)，發(fā)生的故障主要是不對稱性故障，如單相接地、兩相短路和兩相接地短路。當發(fā)生不對稱性故障時，系統(tǒng)三相電壓、電流會不平衡，保護裝置會發(fā)出告警信號或出口跳閘隔離故障，電力系統(tǒng)運行值班人員也可根據(jù)不平衡現(xiàn)象進行故障判斷，迅速隔離故障。當發(fā)生對稱性故障時，由于故障未破壞系統(tǒng)的對稱性，對系統(tǒng)的電壓基本不產生影響，系統(tǒng)的電流會增大，達到過流保護整定值后過流保護動作跳開故障線路。但若故障電流較小導致過流保護無法啟動，此時運行值班人員收到信息和數(shù)據(jù)較少，很容易給運行值班人員判斷造成一定干擾，影響處置思路的正確性。

10kV配電線路三相接地就是典型的對稱性故障，雖然發(fā)生概率較低，但導致的后果比較嚴重。因此，抓住典型，分析原因，提出風險管控措施，積累調控一體化以后運行值班的寶貴經(jīng)驗，對保證配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行有積極意義。

1 10kV線路發(fā)生接地故障危害

10kV線路運行過程中發(fā)生單相或相間故障的概率較大，發(fā)生三相接地故障的概率較小，但通常三相接地故障的危害性更大。無論何種類型的10kV線路接地故障，若不能及時發(fā)現(xiàn)、盡早隔離，無論何種類型的10kV線路接地故障將對人身、電網(wǎng)安全構成較大威脅。主要有以上幾類危害:

（1）導線斷線落地引起的接地故障，如果線路未及時停運隔離，很有可能危及過往行人、牲畜和車輛安全。

（2）通過接地故障點的巨大電流和所燃起的電弧使故障點的元件損壞。

（3）故障電流通過非故障設備時，會導致非故障設備發(fā)熱，破壞絕緣，導致其使用壽命縮短甚至損壞，嚴重時會引起可燃物燃燒發(fā)生火災。

（4）配電線路接地會產生大量的對地放電現(xiàn)象，屬于一種直接的電能損耗，造成大量的能源浪費，給供電企業(yè)造成經(jīng)濟損失。

2 某10kV線路發(fā)生三相接地故障但過流保護未啟動事件分析

2.1 簡要經(jīng)過

某日18點左右，某地調度員監(jiān)視到某35kV變電站所供10kV甲線發(fā)過負荷告警信號，因恰逢當日電網(wǎng)負荷晚高峰，居民生活用電負荷上升較快。35kV變電站10kV母線三相電壓平衡，調度監(jiān)控系統(tǒng)無其他可支撐告警信息，調度員初步判斷因居民生活用電負荷集中增大導致甲線負荷越限告警，于是通知線路運維單位對10kV甲線大功率用戶錯峰用電。但線路負荷無明顯降低，線路過負荷告警持續(xù)。次日，線路運維人員發(fā)現(xiàn)10kV甲線#64塔G01斷路器后段線路有明顯故障點:10kV供電支線#5桿發(fā)生倒桿，且兩相導線擔在橫擔上，一相導線擔在樹木上，倒塌的橫擔插入蓬松土堆中。隨即，斷開10kV甲線#64塔G01斷路器，隔離故障區(qū)段，10kV甲線負荷降低接近為0（10kV甲線負荷集中在#64塔G01斷路器后段）。

2.2 原因分析

查看10kV甲線故障當日10kV母線電壓情況發(fā)現(xiàn)，故障發(fā)生時三相電壓均稍微降低，持續(xù)時間約1小時，但未出現(xiàn)三相電壓不平衡情況，調度監(jiān)控機無任何接地告警信號記錄，如圖1、圖2所示。

圖1 正常10kV母線電壓曲線圖

圖2 10kV甲線三相接地故障當日10kV母線電壓曲線圖

查看10kV甲線歷史負荷情況發(fā)現(xiàn)，10kV甲線額定負荷電流230A，當月最大負荷電流107A。當日故障前負荷電流83A，故障后負荷電流279A，如圖3、圖4所示。

圖3 10kV甲線正常電流曲線圖

10kV甲線配置過流Ⅰ、Ⅱ段保護，TA變比為300:5，其中過流Ⅱ段保護定值為5.2A，換算為一次側電流值即312A。

圖4 10kV甲線三相接地故障當日電流曲線圖

根據(jù)電壓、負荷電流變化，結合故障實際情況及保護配置，可以得出結論:10kV甲線因倒桿造成三相高阻接地故障，線路負荷電流由83A驟增為279A，而額定負荷電流為230A，10kV甲線過負荷告警，但未達到過流Ⅱ段保護出口定值312A。因此保護未動作，邏輯正確。此外，10kV甲線三相接地故障后，并未破壞系統(tǒng)的對稱性，故而三相電壓未出現(xiàn)不平衡的情況。由于倒桿處導線是通過樹木及蓬松土堆接地，即非金屬性接地故障，當線路發(fā)生非金屬性接地故障時，故障相電壓上降，但從故障點現(xiàn)場情況初步判斷接地電阻較大，所以電壓略為上降（5.9kV降至5.3kV）。當日晚高峰過后，負荷減輕，電壓上升，基本又恢復至正常水平。

3 增設調度自動化系統(tǒng)判據(jù)思路

10kV線路三相對稱故障存在故障電流低于過流保護出口定值的情況，此時容易被誤判為線路過負荷，不利于快速判別并及時隔離故障。通過電流曲線圖可以看出，線路發(fā)生三相對稱故障時電流急劇增加，電流變化率di/dt與歷史正常情況有明顯區(qū)別，可在調度自動化系統(tǒng)內設置電流變化率異常告警信號，提醒調度員加以重視。

設定10kV斷路器告警信號“電流異常”，告警判別邏輯為取斷路器實時電流變化率di/dt與電流變化率歷史平均值di/dt比較，若差值在20%內，則判斷電流變化率正常，否則判斷電流變化率異常。如公式（1）所示，當X大于20%時，自動化系統(tǒng)推送該斷路器“電流異常”告警信號。為排除斷路器分、合閘導致電流變化率突變而誤發(fā)告警信號，可設置斷路器分閘后及合閘10秒內閉鎖“電流異常”告警信號。

4 10kV線路三相接地故障處置思路

當發(fā)生10kV配電線路三相接地故障時，故障一般會導致線路過流保護動作跳閘，但存在如上文分析的10kV甲線雖發(fā)生三相接地故障卻未跳閘的特殊情況，此時調度員應根據(jù)告警信號、負荷突變情況、運行方式等現(xiàn)象綜合分析，準確判明異常情況，采取正確思路隔離故障線路、發(fā)布故障信息，指揮運維單位查找故障點，在查找過程中可以采取分段、分片、分支、分設備的“排除法”，具體方法如上:（1）充分發(fā)揮配搶指揮中心及服務調度聯(lián)動機制，結合廣大用電客戶反饋的用電設備異常信息查找故障，減少運行維護人員巡線時間。（2）組織運行維護人員斷開線路前段或分支線開關后，對該線路進行分段排查，如線路無異常則試送前段線路。（3）如前段線路試送正常則說明故障點在該段線路的后段或分支線，可采用相同的方法盡快找到故障點并消除。（4）如查找發(fā)現(xiàn)故障點在線路的中段，則可斷開該段線路前段、后段開關以隔離故障點，對前段線路送電，將后段線路轉供至其聯(lián)絡線送電，同時組織人員迅速搶修。（5）對電纜線路故障可采用先隔離，后逐個排除的方法進行查找。

5 結束語

10kV配電線路接地故障不僅給供電企業(yè)造成損失，還會對社會的正常生產、生活產生嚴重影響，特別是三相接地對稱故障，其危害性大且不易于判斷。通過上述對10kV配電線路三相接地故障未跳閘事件原因及危害分析，探討其處置、管控措施，希望對配網(wǎng)調度工作有一定幫助。只有從不同環(huán)節(jié)、不同方面采取多渠道的管控措施，才能保障電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行。