基于故障錄波的電力貫通線故障查找辦法

中國鐵路南寧局集團有限公司柳州供電段 張 凡

鐵路電力貫通線一個供電臂長約80km，突出特點是點多線長，在雷雨季節電力貫通線因瞬時原因發生跳閘后，備自投或重合閘成功線路恢復正常供電，因無法判斷故障原因與故障類型，安排巡視只能覆蓋80km且無針對性，導致電力貫通線故障查找到的概率較低，以致于隱患遺留，嚴重影響供電安全。故障錄波器是一種能自動記錄線路故障前和故障過程中電流、電壓等波形變化，通過波形變化能較準確地分析和確定故障類型，為故障查找、分析判別及故障查找提供重要依據。目前鐵路大部分配電所均有故障錄波器，并可實現故障錄波功能。

1 理論故障錄波圖及分析

1.1 單相接地故障

其典型有吊機等大型機械碰線、風吹異物如樹木等碰觸單相導線接地、架空線、電纜接頭支持絕緣子擊穿等。分析單相接地故障典型錄波圖的要點：接地相電流增大，接地相電壓降低；出現零序電流、零序電壓；電流增大、電壓降低為同一相別；零序電流相位與故障相電流同向，零序電壓與故障相電壓反向。結合其波形特點分析：在發生單相接地故障時，異物接近導線的過程中，電流擊穿異物與導線之間的空氣間隙，并通過異物的接地部分流向大地，異物與導線的的空氣絕緣和異物的接地電阻大小直接影響了接地相電壓和電流的變化幅值和波形突變特點。

1.2 兩相短路故障

其典型有強風條件下金屬物體、錫箔紙、大棚塑料布、彩鋼板頂等大件異物或者鳥類（貓頭鷹、鴿子等）接近兩相導線。分析兩相短路故障錄波圖的要點：兩相電流增大、兩相電壓降低，沒有零序電流、零序電壓；電流增大、電壓降低為相同兩個相別；兩個故障相電流基本反向。結合波形特點分析：風掛物體至線路帶電部位將線路相間短路，連接兩條電線造成跳閘。異物中金屬物體、塑料布、錫箔紙和紡織品等構件構成放電通道。電壓、電流變化的幅值變化主要和異物材質、天氣條件、放電通道相關，需具體問題具體分析。異物如較小或者易燒斷，一次短路電流已將異物燒斷時，供電線路備自投或重合閘成功，可立即恢復供電。

1.3 兩相接地短路故障

其典型故障有雷擊導致的不同相架空線、電纜接頭支持絕緣子擊穿接地、強風條件下樹木倒向線路接觸兩相、電纜兩相擊穿接地等。分析兩相接地短路故障錄波圖的要點：兩相電流增大、兩相電壓降低，出現零序電流、零序電壓；電流增大、電壓降低為相同兩個相別；零序電流向量為位于故障兩相電流間。

結合波形特點分析：一是雷電直接擊于桿頂部，造成桿頂部電位與導線電位相差很大，易造成桿頂絕緣子閃絡，甚至絕緣子擊穿。雷電流通過桿身經接地引線導入大地，由于電流的幅值很大，會在桿身上產生較高的電壓。當桿身絕緣子安裝處于導線間電位差超過絕緣子絕緣水平時，會造成絕緣子閃絡或者擊穿，引起閃絡或者擊穿相導線路接地，造成線路跳閘。

二是雷電繞過桿塔直接擊中相導線，雷電流沿導線兩側傳播，在絕緣子兩端會形成過電壓，當電壓超過絕緣子絕緣水平時會造成絕緣子閃絡或者擊穿，引起閃絡或者擊穿相導線路接地，造成線路跳閘。因此雷電和閃電是造成線路兩相接地短路故障的重要原因之一。

樹木傾倒壓在電力線路上造成兩相接地短路故障，一般發生在大風雨季時間。由于鐵路10kV電力貫通架空三相導線是三角形排列和貫通線使用的鋼芯鋁絞線有一定的強度，并且樹木自身有一定的強度不會輕易折斷，故樹木倒向架空線路多為兩相接地短路故障。

1.4 三相短路故障錄波圖

三相短路故障是指電力系統中三相導體間的短路。目前比較常見、典型的是電力電纜三相擊穿造成短路。由于在實際運行過程中很難出現，故本文不著重分析三相短路故障。分析三相短路故障錄波圖的要點：三相電流增大，三相電壓降低；沒有零序電流、零序電壓。結合波形特點分析：三相短路是對稱短路，電力系統三相負荷平衡，無零序電流和零序電壓，一般短路點發生在同一位置，短路電流特別大，破壞性特別強。

1.5 實例分析

現以某配電所某供電臂某月某日過流I段跳閘時記錄的電壓其正常時數值/跳閘時數值為：61.00/50.69、 50.73/38.66、 60.15/61.96、 4.59/11.59；電流正常時數值/跳閘時數值為： 5.15/34.8、5.15/32.8、 5.01/1.49、 0.02/0.13。

由此可看到：A相、B相電流明顯增大，增大幅度600%；電壓降低明顯，降低幅度24%。電力系統正常運行時因三相負荷不平衡有一定的零序電壓和零序電流，跳閘時零序電壓增大，增大幅度140%；零序電流增大，增大幅度550%。根據前文分析的兩相接地短路故障，本次跳閘完全符合，判斷是樹木原因導致的跳閘，結合天氣情況重點指導班組針對性巡檢管內危樹區段，及時發現并處理問題，保證電力系統正常運行。

2 下一步措施及辦法

對不同類型故障的故障錄波進行分析，故障錄波在故障發生時可以有效地記錄線路故障前和故障中過程中電壓、電流等的波形變化，為快速判斷故障并指導故障查找具有一定的意義。但單個故障錄波提供的有效信息是有限的，所以單個故障錄波存在一定的局限性，根據基爾霍夫電流定律（KCL，即電路中任一節點上，在任一時刻流入節點的電流之和等于流出節點的電流之和），故障點至電源側均能測到故障波形，故只需要增加故障錄波裝置的數量就能達到快速查找故障點，并達到快速恢復供電的目的。

如圖5所示在某配電所調壓器某供電臂貫站一、貫站二、貫站三、貫站四、電力貫通線分支桿、分支打水線變壓器電源側分別安裝故障錄波裝置，假定在分支打水線變壓器至電力貫通線中間線路因倒樹、雷擊等原因造成兩相接地短路故障后，故障相在接地短路點處發生（接地）通路情況，故障相在接地短路點產生很大的對地電流，故障相電壓大幅度降低，甚至降為大地電壓零。

圖5 兩相接地短路檢測到異常電壓、電流示意圖

根據基爾霍夫電路定律分析，故障相接地短路點至電源側任意一點的流入電流等于接地點流出電流，故使用故障錄波裝置均可以檢測到故障波形。貫站一、貫站二、貫站三、貫站四、電力貫通線分支桿處故障錄波裝置均可以檢測到波形；其中貫站三、貫站四故障錄波裝置錄制波形三相正常（黑白色標示），無法檢測到故障波形；貫站一、貫站二、電力貫通線分支桿處故障錄波裝置故障相檢測到故障波形（紅白色標示），非故障相波形正常（黑白色標示）。其他故障類型的故障錄波可結合本例的思路來分析探討，本文不做更多敘述。

綜上所述：通過理論分析只需在鐵路電力貫通線供電臂上安裝足夠多的故障錄波裝置，通過對供電臂不同位置的故障錄波裝置的故障錄波進行分析即可判斷出發生故障跳閘時的故障區段，且路障錄波裝置安裝越多，跳閘時的故障區段定位越精確；同時通過故障錄波分析出的故障類型，直接精準化、重點化巡視找出故障點，可快速處理故障并及時恢復供電。結合現場工作實際，并充分考慮到故障錄波裝置的投入金額巨大，且沿線錄波只需要收集在線路發生異常時的突變電流一個指標就滿足使用要求，即只要電流突變量＞=整定值，觸發肉眼可見動作并保持24個小時即可滿足現場使用。

目前在市場上已有相應成熟產品可投入現場實際運行，如架空型線路故障指示器成本較低（每個約60元），功能當線路電流突變量＞=整定值時翻為紅色牌，晚上發光，24小時后自動復位為紅色牌，可滿足替代供電臂中間使用的故障錄波器?，F場使用替代產品后可大幅度減少投資改造，提高線路故障查找的準確率，對快速處理故障恢復供電具有重要的意義。

3 結語

在鐵路10kV電力貫通線故障測距裝置未設計安裝時，使用基于不同位置故障錄波的電力貫通線故障查找辦法，在使用最小的投資情況下能準確確定故障類型，可大范圍減少跳閘后的巡視范圍，不同位置的錄波數量越多故障判斷越精確?？筛鶕袛嗟墓收项愋秃凸收戏秶芯υ谳^小區段開展重點巡視，也可根據跳閘后故障錄波判斷的故障區段進而指導電力設備的檢修和保養，進而對電力貫通線的精檢細修提供扎實的理論根據。