10kV線路老化與高阻接地故障對線損影響研究

國網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

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

隨著我國綜合國力和經濟水平的不斷提升，我國的電力系統也從傳統缺電的情況逐漸轉變為電力供給較為充足的局面，為能進一步提高輸配電系統的工作效率、降低各種損耗和故障的發生，實現節能減排的目的，已成為我國電力系統發展的關鍵內容。對于配電網來說，其不僅線路長度非常長且分布面積也非常廣泛，整體結構非常復雜，不同配網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的損耗率，所以必須要結合實際情況提出確切的降損措施[1]。

1 建立線路老化數學模型

1.1 線路的等值模型

因為10kV線路的長度一般在100km以內，所以可將分布參數對等值電路造成的影響忽略，即采用如下集中參數進行表達：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線路發生電暈的情況較少，且絕緣子泄漏的情況發生率也較低，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中的數據繪制于圖2中。

圖2中表明，四種線路在四年以內的線路電阻率均未發生變化，而后隨著時間的增加而緩慢出現變化，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，線路電阻發生的變化基本上符合指數增長的規律，所以可采用公式R(t)=AEmt+B表達指數函數對電阻變化曲線進行擬合，式中A、m、B表示擬合參數。

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學模型

在配電網中，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正常運行時所產生負荷電流的10%，甚至有可能更低[5]。有相關的研究結果表明，不同類型介質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。

因為配電網高阻接地故障的發生位置不確定，而且其接地電阻阻值對不同的接地介質變化也較大，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生的附加損耗進行計算，具體結果為：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，其理論基礎為平均電流法，利用該方法可將配電網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 結語

在本次研究中，通過建立配網線路的老化模型，并利用試驗數據集建立損耗模型，可以得出如下結論：首先，配電網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不斷的，規模越小的配網發生線損的幾率越大。