配電線路故障衍化分析

蘭嵐

（南京供電公司，南京210019）

配電線路故障衍化分析

蘭嵐

（南京供電公司，南京210019）

配電網(wǎng)線路故障處理過程中，由于強試送、拉路操作以及單相接地時的異常運行狀態(tài)，導致衍化出新的故障。以具體實例分析故障衍化過程及產生原因，歸納出配電線路故障可能存在的典型故障衍化過程，探討相應的配電網(wǎng)調度策略。

配電線路；單相接地；故障衍化；分析；策略

0 引言

配電網(wǎng)作為電能輸送的終端環(huán)節(jié)，直接關系到用戶的安全用電和可靠用電。一方面，配電網(wǎng)運行環(huán)境相對較差，施工引起的外力損壞、污閃、惡劣天氣等都可能造成線路跳閘；另一方面配電網(wǎng)覆蓋范圍大，設備多，設備維護和更新工作量大，一些設備缺陷疏于發(fā)現(xiàn)和處理，最終由于設備原因引發(fā)線路跳閘。因此配電網(wǎng)線路故障發(fā)生概率高。為此，研究配電線路故障處理的科學調度方法十分必要。

配電線路故障處理的難點在于配電線路特有的復雜結構以及配電網(wǎng)中性點的接地方式。

（1）配電網(wǎng)多為輻射狀結構，線路分支多，還存在架空－電纜混合輸電模式，故障查線費時費力，為此，對含重要用戶、多分支、長線路的情況，調度員通常考慮強試送、二分法試送。

（2）35 kV及以下電壓等級的配電網(wǎng)通常采用中性點非有效接地方式，在發(fā)生單相接地故障（占線路總故障的70%～80%）后，因不構成短路回路，為保證供電可靠性，不必快速切除故障線路，調度規(guī)程規(guī)定允許運行2 h[1]。為此，調度員通常采用拉路法排查故障線路。

在強試送、單相接地的異常運行狀態(tài)、拉路過程中，由于可能的再次故障沖擊，以及設備耐受絕緣的削弱，會伴隨故障衍化過程，可能出現(xiàn)新的故障現(xiàn)象，這就要求調度員思路清晰，做出準確判斷，正確處理。

目前調度規(guī)程并未對復雜的衍化故障做出明確規(guī)定，大部分配電網(wǎng)調度模式仍屬經(jīng)驗調度，缺乏理論依據(jù)。本文從具體的案例分析著手，梳理配電網(wǎng)中可能存在的故障衍化過程，進行調度策略研究，得出科學、有依據(jù)的調度方法。

1 一起10kV配電線路故障

2015年9月21日19∶24，某110 kV變電站10 kV A線（A線的聯(lián)絡如圖1所示）出線開關過流Ⅰ段保護動作跳閘，重合不成，調度員隨即通知維修人員查線。

21∶02，查線初步判斷為A線2號HWG111開關后段出現(xiàn)電纜問題，即拉開A線2號HWG111開關。

21∶10試送時，A線出線開關再次過流Ⅰ段保護動作跳閘，重合不成；與此同時，相鄰間隔B線出線開關也出現(xiàn)過流Ⅰ段保護動作跳閘，但重合成功。22∶02拉開A線4號HWG101開關，分段試送，但合上A線出線開關后，出現(xiàn)變電站10 kVⅠ段母線接地現(xiàn)象，三相電壓分別為1.4 kV，10.6 kV，9.7 kV。拉開A線出線開關，接地消失。

圖1 某變電站10 kV A線正常運行方式

22∶51經(jīng)檢查，A線4號HWG101開關后段確認無故障，后段由C站C線經(jīng)AC環(huán)網(wǎng)柜101開關聯(lián)絡恢復供電。

23∶00拉開5號HWG102開關，前段試送正常。至此，正確隔離了5號HWG－4號HWG101開關后的故障點。后查為聯(lián)絡電纜本體故障。

2 針對這起短路故障的分析

在本次故障中，調度員操作符合調度規(guī)程的要求，最終也及時恢復了用戶送電。但在故障現(xiàn)象中，有2點值得討論。

2.1 試送電時相鄰間隔B線出線開關保護動作

文獻[2，3]針對2條10 kV線路同時跳閘故障做了分析，認為存在以下原因：

（1）由雷擊等外界原因引起的多條線路故障。9月21日天氣晴好，可排除這種可能。

（2）中性點非直接接地的小電流接地系統(tǒng)在線路發(fā)生單相接地時，非故障相的對地電壓將會迅速升高，最高至線電壓，可能擊穿絕緣薄弱環(huán)節(jié)，形成兩點對地短路。此外系統(tǒng)發(fā)生單相接地時出現(xiàn)的電弧放電，破壞了系統(tǒng)原來相對穩(wěn)定的運行方式并引發(fā)震蕩，使故障相和正常相均產生過電壓。

由于在試送前，監(jiān)測到變電站10 kV母線電壓三相平衡，并未出現(xiàn)接地現(xiàn)象，因此并不是因為非故障相電壓升高引起相鄰線路絕緣受損。

（3）配電系統(tǒng)內，斷路器、隔離開關的混合操作，改變了電網(wǎng)的能量分配和傳遞方式，會產生操作過電壓。

（4）系統(tǒng)中還大量使用互感器、電抗器等具有鐵芯和繞組的設備。上述幾種過電壓的產生會使鐵芯迅速飽和，引起鐵磁諧振，造成更危險的諧振過電壓。

以上幾種過電壓現(xiàn)象一旦發(fā)生，在極短的暫態(tài)過程中，一種或是同時幾種故障的相互作用，產生高于正常電壓數(shù)倍的危險過電壓，線路上的絕緣薄弱環(huán)節(jié)將最終被擊穿，造成故障。

由于配電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)采集的遙測量每5 min刷新一次，故觀測其采集的電壓波形，并不能有力證明因操作過電壓引起B(yǎng)線上絕緣薄弱點短時擊穿引起跳閘，但通過排除法，此解釋較為合理。

值得一提的是，2004年5月4日10∶38該變電站10 kVⅠ段母線接地。2 min后A線出線開關過流Ⅱ段動作跳閘，重合閘未動，B線出線開關過流Ⅰ段動作跳閘，重合成功。11∶36查線發(fā)現(xiàn)A線52號桿處板線因施工碰斷彈到導線上。在這次故障中，B線跳閘原因可判斷為：由于接地引起非故障相過電壓，B線上絕緣薄弱點短時擊穿引起跳閘。

2次出現(xiàn)A線和B線同時跳閘，絕非偶然巧合，不管是接地引起的過電壓，還是試送時的操作過電壓，都表明B線線路絕緣子及其它配電設備（避雷器、計量箱、熔斷器、隔離開關等）確實存在故障隱患。應檢查絕緣子是否有裂紋、擊孔和灼傷痕跡，甚至瓷裙破壞、炸裂。在不登桿的情況下肉眼絕難發(fā)現(xiàn)的這些缺陷，無疑是可能引發(fā)故障的隱患。

2.2 在2次試送電后故障現(xiàn)象為何變?yōu)榻拥?/p>

通過查閱文獻，接地故障衍化為短路故障較為常見，而短路故障衍化為單相接地故障非典型。

本次故障原因為聯(lián)絡電纜本體故障，可能由于電纜單相接地，非故障相過電壓損壞絕緣，并快速對地擊穿引發(fā)相間接地故障，導致了線路跳閘。經(jīng)過一段時間后，在第二次試送電時，非故障相過電壓并未徹底擊穿絕緣，從而反映出單相接地現(xiàn)象。

3 存在的典型故障衍化過程

通過上述分析，可以歸納出配電線路故障后的典型衍化過程，利于調度員在故障處理時對新出現(xiàn)的故障現(xiàn)象作出正確判斷。

3.1 短路故障的強試送過程

（1）強試送時短路沖擊電流產生的過電壓引發(fā)相鄰間隔線路同時跳閘，重合成功。

表明相鄰間隔線路存在絕緣薄弱環(huán)節(jié)，應在故障處理后，重點對相鄰間隔線路的避雷器、電纜中間頭以及終端頭、絕緣子和柱上開關等電氣設備進行巡檢。

（2）引發(fā)相鄰間隔線路同時跳閘，重合不成。故障處理時不考慮復故障，允許再次試送。試送成功后，若相鄰間隔線路的缺陷隱患需要一段時間才可徹底消除，則可考慮將該線重合閘時間調大。即使其他的饋線發(fā)生永久性故障，當2條饋線同時跳閘后，故障線路先行合閘并加速跳開，這樣含缺陷的線路再合閘，就能保證重合成功。

如仍試送不成，表明相鄰間隔線路絕緣已擊穿，需視為另一故障點處理。

（3）引發(fā)與故障線路有聯(lián)絡的線路同時跳閘，重合成功/不成。正常方式下，聯(lián)絡開關在分位，此時應重點檢查聯(lián)絡開關的真實位置和絕緣情況，再進行處理。

（4）引發(fā)相鄰間隔線路絕緣薄弱處擊穿，對地放電，出線母線接地現(xiàn)象。首先拉路試送線路，試送不成時直接視為出現(xiàn)了新的單相接地點，母線接地仍未消失，則視為新的單相接地點處理。

3.2 單相接地故障的衍化過程

（1）單相接地時產生的過電壓使本線路另一非故障相的絕緣薄弱處擊穿，單相接地故障經(jīng)二相接地故障演變成相間短路故障，引起接地線路故障跳閘。

按照短路故障處理。同時應考慮絕緣擊穿點可能與單相接地點不在一處的可能性，即發(fā)生兩點接地故障[4]。

（2）單相接地時產生的過電壓通過10 kV母線傳播，使另一條線路非故障相的某一絕緣薄弱處擊穿，造成2條線路異名相對地短路，引起兩線同時跳閘，或一條線路跳閘后母線仍接地運行[5]。

由于單相接地故障時線電壓仍保持對稱，因此擊穿一定是相對地。配電線路通常只裝有A，C相TV，因此2條線路異名相接地時的跳閘情況也有所不同（見表1），圖2給出了判斷方法。

表1 2條線路異名相接地時的跳閘情況

圖2 2條線路異名相接地的判斷

4 針對配電線路故障的調度策略

在實際故障處理中，最初的故障形態(tài)可能隨著操作、時間的變化而衍化，出現(xiàn)的新故障現(xiàn)象可能是由最初的故障所引起。故障處理應當依據(jù)調度規(guī)程和故障信息，準確隔離最初的故障，調度規(guī)程中明確規(guī)定了短路故障時強試送的條件、單相接地故障時拉路的先后順序。

同時，依據(jù)保護動作情況可大致判斷故障范圍；依據(jù)重合閘動作情況可以排除瞬時性故障；依據(jù)母線電壓，可正確區(qū)分單相接地、斷線、壓變熔絲斷、諧振等異常情況。

此外，可依據(jù)查找故障日報，了解線路運行的薄弱點，對于經(jīng)常發(fā)生單相接地的線路，在不影響重要用戶供電的情況下，可以優(yōu)先拉閘。

對于故障處理過程中出現(xiàn)新的故障現(xiàn)象，要明確是已經(jīng)衍化成復故障，還是設備存在了缺陷但仍可以堅持運行。若衍化成復故障，應當將所有故障點隔離后，方可恢復供電。若衍化過程中發(fā)現(xiàn)了設備缺陷隱患，應及時加強巡檢，盡快閉環(huán)消缺。

5 結論

（1）配電線路短路故障可能引發(fā)相鄰間隔、與之存在聯(lián)絡的線路間隔出現(xiàn)跳閘、或母線接地的現(xiàn)象。

（2）配電線路單相接地故障可能引發(fā)接地線路跳閘、或引發(fā)2條線路異名相對地短路，出現(xiàn)兩線同時跳閘，或一條線路跳閘后母線仍接地的現(xiàn)象。

（3）故障處理過程中當判斷出新的故障現(xiàn)象為初始故障衍化而來時，先準確隔離初始故障。

（4）當新的故障現(xiàn)象為非典型衍化過程，不能明確分析出與初始故障的關聯(lián)時，視為復故障處理。

（5）對于新的故障現(xiàn)象，要明確是出現(xiàn)了新的故障點，還是設備雖有缺陷但仍可運行。若衍化成復故障，應將所有故障點隔離后，方可恢復供電。若為設備缺陷，應在故障處理后，盡快消除缺陷。

[1]張志鵬.配電網(wǎng)運行中的故障和解決措施[J].企業(yè)技術開發(fā)，2013，20（32）∶93－94.

[2]陳鑫，湯人杰.配電網(wǎng)中電力電纜的故障分析[J].電力科技，2012，8（1）∶239－240.

[3]尹星光.10 kV線路故障引起相鄰線路異常跳閘的原因分析[J].華電技術，2012，5（34）∶26－27.

（本文編輯：楊勇）

Analysis of Fault Evolution in Distribution Lines

LAN Lan
（Nanjing Power Supply Company，Nanjing 210019，China）

In handling line faults of distribution networks，abnormal operation conditions resulting from forced line energization，circuit braking and single-phase earthing lead to new faults.The paper，through specific cases，analyzes the fault evolution process and the causes；besides，it summarizes possible typical evolution process of distribution line faults and discusses corresponding distribution network dispatching strategy.

distribution line；single-phase earthing；fault evolution；analysis；strategy

TM855+.2

：B

：1007－1881（2016）04－0028－04

2015-12-25

蘭嵐（1988），女，工程師，研究方向為電力系統(tǒng)自動化。