一起復(fù)雜的配電網(wǎng)故障分析

李敏昱

（國網(wǎng)福建省電力有限公司福州供電公司，福建 福州 350003)

配電網(wǎng)故障指導(dǎo)致配電設(shè)備（元件）不能按要求正常工作的物理狀態(tài)，包括絕緣破壞故障與斷線故障。配電網(wǎng)在運(yùn)行過程中不可避免地會(huì)發(fā)生故障，而實(shí)際發(fā)生的故障，絕大部分是絕緣破壞故障[1]。

本文介紹近期發(fā)生的一起由電纜絕緣遭到外力破壞，引起變電站母線失地，并導(dǎo)致多處次生故障發(fā)生的復(fù)雜故障。通過對(duì)故障時(shí)刻配網(wǎng)保護(hù)動(dòng)作、配電自動(dòng)化研判和故障電纜情況的分析，指出配網(wǎng)保護(hù)配置、配電自動(dòng)化運(yùn)維和電纜運(yùn)維中存在的問題，并提出相應(yīng)的提升防范措施。

1 故障簡(jiǎn)況

8 月6 日14:43，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到A 變電站10 kV I段母線電壓異常，分別為10.12、10.65、0.52 kV。8 min 后 A 變電站 10 kV 黃山路 653 開關(guān)過流 II 段保護(hù)動(dòng)作跳閘，故障電流60.44 A，母線電壓恢復(fù)正常。配電自動(dòng)化系統(tǒng)研判故障區(qū)間在錦繡水鄉(xiāng)C 區(qū)1#樓1#環(huán)網(wǎng)902 前，系統(tǒng)接線簡(jiǎn)圖如圖1 所示。

圖1 A變電站10 kV黃山路653接線簡(jiǎn)圖

故障點(diǎn)位于：一是A變電站10 kV黃山路653—福峽東2#環(huán)網(wǎng)901 電纜故障；二是福峽東4#環(huán)網(wǎng)904—福峽東5#環(huán)網(wǎng)901之間電纜外破故障。

2 故障處理過程

14:57，遙控操作錦繡水鄉(xiāng)C 區(qū)1#樓1#環(huán)網(wǎng)902開關(guān)由運(yùn)行轉(zhuǎn)熱備用，15:02，對(duì)側(cè)B 變電站10 kV城敖I線635開關(guān)由熱備用轉(zhuǎn)運(yùn)行，恢復(fù)非故障區(qū)域的供電。隨后，運(yùn)搶人員巡視饋線。

16:07，巡視發(fā)現(xiàn)福峽東4#環(huán)網(wǎng)附近有工地施工，懷疑福峽東4#環(huán)網(wǎng)905—閩江下游防洪之間電纜故障，隔離試送后，653 開關(guān)過流I 段動(dòng)作跳閘，故障電流70.32 A。繼續(xù)巡視后，發(fā)現(xiàn)福峽東4#環(huán)網(wǎng)904—福峽東5#環(huán)網(wǎng)901之間電纜外破故障。

17:20，隔離福峽東4#環(huán)網(wǎng)904—福峽東5#環(huán)網(wǎng)901 之間電纜，并試送653 開關(guān)。17:25 調(diào)系統(tǒng)顯示A 變電站10 kV I 段母線再次失地，隨后653 開關(guān)過流II段動(dòng)作跳閘，故障電流26.03 A。

18:41，巡視無異常后，操作福峽東2#環(huán)網(wǎng)901開關(guān)由運(yùn)行轉(zhuǎn)冷備用后，試送饋線。隨后，653 開關(guān)過流I 段動(dòng)作跳閘。判斷A 變電站10 kV 黃山路653—福峽東2#環(huán)網(wǎng)901電纜故障。

3 故障分析

3.1 保護(hù)動(dòng)作和配電自動(dòng)化研判情況分析

3.1.1 配電自動(dòng)化終端和保護(hù)配置基本情況

A變電站10 kV黃山路653饋線與B變電站10 kV城敖I線635饋線聯(lián)絡(luò)，主干站所均配置配電自動(dòng)化“三遙”終端，分支出線保護(hù)投入（分支出線開關(guān)為斷路器的情況）。

3.1.2 保護(hù)動(dòng)作和配電自動(dòng)化研判情況

14:51，A變電站10 kV黃山路653開關(guān)過流II段跳閘后，饋線上保護(hù)裝置未動(dòng)作，錦繡水鄉(xiāng)C區(qū)1#樓1#環(huán)網(wǎng)的配電自動(dòng)化終端正常在線，902 開關(guān)未上傳過流信號(hào)，福峽東2#環(huán)網(wǎng)、福峽東3#環(huán)網(wǎng)、福峽東4#環(huán)網(wǎng)、福峽東5#環(huán)網(wǎng)、福峽東6#環(huán)網(wǎng)、濱海橙里6#樓1#環(huán)網(wǎng)的配電自動(dòng)化終端離線，配電自動(dòng)化系統(tǒng)由此研判故障區(qū)間位于A 變電站10 kV 黃山路653 開關(guān)—錦繡水鄉(xiāng)C 區(qū)1#樓1#環(huán)網(wǎng)902 開關(guān)之間，如圖2所示。

圖2 配電自動(dòng)化研判區(qū)間圖

3.1.3 保護(hù)動(dòng)作和配電自動(dòng)化研判情況分析

故障點(diǎn)分別位于A變電站10 kV黃山路653—福峽東2#環(huán)網(wǎng)901 之間、福峽東4#環(huán)網(wǎng)904—福峽東5#環(huán)網(wǎng)901 之間，均為主干電纜故障，分支出線的保護(hù)裝置應(yīng)可靠不動(dòng)作。故本次故障，該饋線上的保護(hù)裝置均正確動(dòng)作。

主干上的配電自動(dòng)化終端，多數(shù)在故障發(fā)生后出現(xiàn)設(shè)備離線的情況。雖然通過錦繡水鄉(xiāng)C區(qū)1#樓1#環(huán)網(wǎng)902 開關(guān)未報(bào)警的信息，定位故障區(qū)段，恢復(fù)非故障區(qū)域供電，實(shí)現(xiàn)多數(shù)非故障用戶的供電，但由于自動(dòng)化研判的故障區(qū)段并非最小區(qū)間，導(dǎo)致仍有部分非故障用戶受故障影響停電。

各主干站所配電自動(dòng)化終端離線原因如表1 所示。由于福峽東2#環(huán)網(wǎng)、福峽東3#環(huán)網(wǎng)、福峽東4#環(huán)網(wǎng)、福峽東5#環(huán)網(wǎng)、福峽東6#環(huán)網(wǎng)位于路邊草地，運(yùn)行環(huán)境惡劣，造成其TV 二次無電，無法為配電自動(dòng)化終端提供穩(wěn)定可靠的電源，使得其后備電源長期失壓損壞，導(dǎo)致配電自動(dòng)化終端離線。

表1 主干站所配電自動(dòng)化終端離線原因

3.2 故障電纜分析

3.2.1 電纜基本情況

現(xiàn)場(chǎng)電纜位于電纜排管與電纜溝內(nèi)，環(huán)境較好。電纜型號(hào)為YJV22-3×300，2009年3月出廠，8月投運(yùn)。

3.2.2 故障設(shè)備檢查分析

本次故障跳閘，由福峽東4#環(huán)網(wǎng)904—福峽東5#環(huán)網(wǎng)901之間電纜外破（如圖3所示）所引發(fā)，并導(dǎo)致A變電站10 kV I段母線電壓異常，非故障相對(duì)地電壓升高。繼而加快A變電站10 kV黃山路653—福峽東2#環(huán)網(wǎng)901 之間電纜老化，伴隨著多次的饋線試送，最終導(dǎo)致電纜本體（如圖4所示）、中間接頭（如圖5所示）絕緣薄弱點(diǎn)擊穿。

圖3 福峽東4#環(huán)網(wǎng)904—福峽東5#環(huán)網(wǎng)901之間電纜外破故障

圖4 A變電站10 kV黃山路653—福峽東2#環(huán)網(wǎng)901之間電纜本體故障

圖5 A變電站10 kV黃山路653—福峽東2#環(huán)網(wǎng)901之間電纜中間接頭故障

此次故障處理，A變電站10 kV黃山路653開關(guān)累計(jì)跳閘4 次，兩次故障跳閘，故障電流值分別為60.44 A 和70.32 A，較為接近，應(yīng)為外破故障點(diǎn)所引起的跳閘。后2次故障，分別為過流II段和過流I段，懷疑是由于出線電纜中間接頭故障和電纜本體故障所引起的。

4 暴露的問題及提升措施

4.1 保護(hù)配置和配電自動(dòng)化研判

4.1.1 暴露的問題

一是分支出線仍有多處為負(fù)荷開關(guān)，無法配置線路保護(hù)；二是主干饋線上均未投入保護(hù)，無法第一時(shí)間縮小停電范圍；三是饋線上安裝的配電自動(dòng)化終端，在故障發(fā)生后，由于后備電源和通信的原因，多數(shù)出現(xiàn)離線的情況，導(dǎo)致無法將外破故障點(diǎn)準(zhǔn)確定位出來。

4.1.2 提升措施

一是改造分支出線開關(guān)，將負(fù)荷開關(guān)更換為斷路器，并投入線路保護(hù)[2]；二是根據(jù)保護(hù)整定原則，在主干饋線上，合理設(shè)置2、3級(jí)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)故障分段隔離[3-4]；三是運(yùn)維班組加強(qiáng)配電自動(dòng)化終端后備電源的運(yùn)維，優(yōu)化配電自動(dòng)化終端通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，完善環(huán)形冗余連接，避免在單點(diǎn)故障的情況下，出現(xiàn)大量配電自動(dòng)化終端離線，導(dǎo)致配電自動(dòng)化主站擴(kuò)大故障研判區(qū)間[5]。

4.2 電纜運(yùn)維

4.2.1 暴露的問題

一是城市發(fā)展所伴隨的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，對(duì)地下管線的運(yùn)行安全帶來了極大地隱患。即使在施工前期，運(yùn)維班組多次與施工人員交底地下管線路徑走向，但由于施工方人員流動(dòng)大，人員變更時(shí)工作交接不到位，施工人員技術(shù)水平參差不齊，施工區(qū)域環(huán)境變化大，造成施工人員誤判地下管線路徑走向，導(dǎo)致電纜外破時(shí)有發(fā)生[6]。同時(shí)，在電纜外破后，施工人員未及時(shí)反饋外破情況，造成故障查找困難。

二是電纜長期運(yùn)行后，受運(yùn)行環(huán)境、負(fù)荷大小、中間接頭制作工藝等影響，電纜本體、中間接頭內(nèi)出現(xiàn)絕緣薄弱點(diǎn)[7]。在變電站母線失地后，非故障相電壓升高至線電壓（小電流接地系統(tǒng)），加速薄弱點(diǎn)絕緣的老化，引起次生故障。

4.2.2 提升措施

一是運(yùn)維班組加強(qiáng)電纜防外破對(duì)接巡視工作，合理安排旁站巡視人員開展防外破特巡工作[8]；二是開展變電站出線電纜振蕩波試驗(yàn)，消除電纜薄弱點(diǎn)[9-10]。

5 結(jié)束語

配電網(wǎng)是直接與用戶相連的末端電力網(wǎng)絡(luò)，其持續(xù)可靠地供電，是保障正常社會(huì)生活發(fā)展的基礎(chǔ)。但由于配電網(wǎng)本身復(fù)雜多變的線路走向、多樣的接線方式、惡劣的運(yùn)行環(huán)境，使得配電網(wǎng)故障難以避免。因此，需要配電一二次多專業(yè)協(xié)同，綜合運(yùn)維，從一二次全方位提升配網(wǎng)運(yùn)維、管理水平，在減少外力破壞的同時(shí)，提高故障處理的效率，最大化地縮短停電時(shí)長。