基于母線異常電壓的線路單相斷線故障判別

劉同同，綦魯波

(國網(wǎng)山東省電力公司青島供電公司，山東 青島 266001)

基于母線異常電壓的線路單相斷線故障判別

劉同同，綦魯波

(國網(wǎng)山東省電力公司青島供電公司，山東 青島 266001)

110 kV或35 kV線路單相斷線會引起10 kV母線電壓偏移，造成缺相和低電壓運行故障。針對配電網(wǎng)廣泛使用的Yd11接線組別變壓器，推導(dǎo)了高壓側(cè)線路單相斷線后10 kV母線的異常電壓特征，提出了基于變電站母線異常電壓的高壓側(cè)線路單相斷線判據(jù)，并使用MATLAB軟件進行了仿真驗證。結(jié)合某地區(qū)發(fā)生的一起35 kV線路單相斷線故障，驗證了該判據(jù)的正確性和實用性。

線路斷線；低電壓；缺相運行；斷線判據(jù)；MATLAB仿真

0 引言

電力系統(tǒng)非全相運行是一種不被允許的不對稱運行方式，配電網(wǎng)非全相運行會直接導(dǎo)致客戶三相電壓的嚴(yán)重偏移，造成缺相和低電壓事件，從而引起電器大量燒毀和大面積停電事故，影響供電的可靠性和質(zhì)量。

110 kV/10 kV和35 kV/10 kV是配電網(wǎng)2種主流的電壓變換形式，110 kV和35 kV線路常會受到雷擊、風(fēng)擺、落物、車輛刮蹭等外力破壞及弓子線接頭發(fā)熱、鹽堿腐蝕等惡劣運行環(huán)境影響，導(dǎo)致出現(xiàn)單相斷線故障，繼而引發(fā)供電區(qū)域電壓缺相、低電壓等電能質(zhì)量惡化事件。

1 Yd11接線主變高壓線路單相斷線異常電壓

圖1 某35 kV/10 kV變電站主接線

圖2 1號主變及高壓側(cè)線路三相等值電路

求出高壓側(cè)A相各序分量：

由于低壓側(cè)為Yd11接線，電壓對稱分量經(jīng)變壓器后要發(fā)生相位移動，設(shè)n為變壓器變比，則：

低壓側(cè)各相電壓為：

由式(3)可知，主變高壓側(cè)線路B相斷線，低壓側(cè)C相電壓幅值不變，A，B 2相電壓幅值降為相電壓的一半且與C相相位相反。

同理可推導(dǎo)主變高壓側(cè)線路C相斷線或A相斷線時，低壓側(cè)滯后相的電壓幅值不變，另外2相電壓幅值降為相電壓一半且與滯后相電壓相位相反，如表1所示。

表1 Yd11主變高壓線路單相斷線母線標(biāo)出值

由表1可知，Yd11接線主變高壓側(cè)線路某相斷線的電壓特征：低壓母線滯后相的相電壓幅值不變，另外2相電壓幅值降為相電壓的一半且與滯后相電壓相位相反。高壓側(cè)斷線相的相電流降為0，可作為單相斷線的輔助判據(jù)。

2 仿真分析

在MATLAB軟件中搭建模型進行仿真驗證，仿真參數(shù)如表2所示。

表2 仿真參數(shù)

0.1 s時35 kV線路發(fā)生A相斷線故障，斷線后，電流降為0，主變10 kV側(cè)B相電壓幅值不變，A，C 2相電壓幅值降為相電壓的一半且與B相電壓相位相反。仿真結(jié)果與理論推導(dǎo)一致。

3 實例驗證

2015-01-27，某地區(qū)發(fā)生一起區(qū)域性的客戶停電和低電壓事件，供電系統(tǒng)如圖3所示。220 kV水清溝站35 kV水方甲線配出35 kV海泊河站和35 kV撫順路站。35 kV海泊河站水方甲線為35 kV丙母線進線電源，供3號主變、10 kV丙母線和5條10 kV出線；35 kV撫順路站水方甲線為35 kV甲母線進線電源，供1號主變及10 kV甲母線和4條10 kV出線。故障前35 kV水方甲線負荷為20 MW。

當(dāng)日18：22，35 kV撫順路站發(fā)“35 kV甲母PT絕緣監(jiān)察報警”“35 kV甲母PT交直流斷線”“低頻低壓減載PT斷線”“備自投PT斷線或失壓”“1號主變測控高壓后備裝置告警動作”信號；35 kV海泊河站發(fā)“3號主變保護裝置異常報警”“3號主變10 kV側(cè)交直流斷線”信號。同時，配網(wǎng)調(diào)控搶修指揮中心匯報收到撫順路和海泊河區(qū)域大量客戶電壓異常、低電壓和停電工單。

調(diào)度員快速響應(yīng)，檢查35 kV撫順路站和海泊河站35 kV和10 kV母線電壓、水方甲線電流，其數(shù)據(jù)如表3所示。

圖3 35 kV水方甲線聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意

表3 變電站異常電壓和線路電流數(shù)據(jù)

從表3可見，35 kV撫順路站和海泊河站10 kV母線電壓B相幅值不變，A，C 2相電壓幅值降為一半，滿足主變高壓側(cè)線路A相斷線異常電壓判據(jù)；此外220 kV水清溝站35 kV水方甲線A相電流由313 A跌落至2.90 A，進一步說明35 kV水方甲線發(fā)生A相斷線故障且斷線位置在主線上。調(diào)度員立即通知現(xiàn)場人員對水方甲線巡線，重點巡視21—44號桿架空線路區(qū)段，同時迅速轉(zhuǎn)移35 kV撫順路站和海泊河站10 kV母線負荷，恢復(fù)受影響客戶的正常供電。

18：55，線路巡視人員匯報35 kV水方甲線42號桿中相(A相)弓子線燒斷。驗證了調(diào)度員對故障類型的分析判斷，證明了基于異常電壓的線路單相斷線判據(jù)的正確性。

4 結(jié)束語

通過對Yd11主變高壓側(cè)線路單相斷線后母線異常電壓的理論推導(dǎo)和仿真計算，總結(jié)了單相斷線的判據(jù)。故障處置案例驗證了該判據(jù)的正確性和實用性，具體結(jié)論為：

(1) 對配網(wǎng)中廣泛使用的Yd11接線變壓器，當(dāng)其高壓側(cè)線路某相斷線后，10 kV母線滯后相的相電壓幅值不變，另外兩相電壓幅值降為相電壓的一半且與滯后相電壓相位相反；

(2) 主變高壓側(cè)斷線相的電流降為0，可作為單相斷線的輔助判據(jù)；

(3) 根據(jù)單相斷線的異常電壓判據(jù)能夠精準(zhǔn)判別故障類型及選相，提高了故障處置效率。

1 楊洪波，任小炯.變壓器斷線對用電設(shè)備的影響[J].電力學(xué)報，2001，16(4)：301-303.

2 何金良，傅芳偉，陳水明，等.10 kV絕緣導(dǎo)線配電線路斷線機理分析[J].電力建設(shè)，2001，22(7)：6-9.

3 王茂成，呂永麗，鄒洪英，等.10 kV絕緣導(dǎo)線雷擊斷線機理分析和防治措施[J].高電壓技術(shù)，2007，33(1)：102-105.

2016-12-29；

2017-03-01。

劉同同(1985—)，男，高級工程師，主要從事地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度運行及電力系統(tǒng)安全運行與災(zāi)害防治工作，email：anlic66@163.com。

綦魯波(1979—)，男，高級工程師，主要從事地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度運行工作。