一起罕見的10kV線路三相對稱故障調(diào)度處置分析

趙俊超，趙 濤，韋 明

前言

我國10kV配電網(wǎng)大多為小電流接地系統(tǒng)，發(fā)生的故障主要是不對稱性故障，如單相接地、兩相短路和兩相接地短路。當發(fā)生不對稱性故障時，系統(tǒng)三相電壓、電流會不平衡，保護裝置會發(fā)出告警信號或出口跳閘隔離故障，電力系統(tǒng)運行值班人員也可根據(jù)不平衡現(xiàn)象進行故障判斷，迅速隔離故障。當發(fā)生對稱性故障時，由于故障未破壞系統(tǒng)的對稱性，對系統(tǒng)的電壓基本不產(chǎn)生影響，系統(tǒng)的電流會增大，達到過流保護整定值后過流保護動作跳開故障線路。但若故障電流較小導致過流保護無法啟動，此時運行值班人員收到信息和數(shù)據(jù)較少，很容易給運行值班人員判斷造成一定干擾，影響處置思路的正確性。

10kV配電線路三相接地就是典型的對稱性故障，雖然發(fā)生概率較低，但導致的后果比較嚴重。因此，抓住典型，分析原因，提出風險管控措施，積累調(diào)控一體化以后運行值班的寶貴經(jīng)驗，對保證配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行有積極意義。

1 10kV線路發(fā)生接地故障危害

10kV線路運行過程中發(fā)生單相或相間故障的概率較大，發(fā)生三相接地故障的概率較小，但通常三相接地故障的危害性更大。無論何種類型的10kV線路接地故障，若不能及時發(fā)現(xiàn)、盡早隔離，無論何種類型的10kV線路接地故障將對人身、電網(wǎng)安全構(gòu)成較大威脅。主要有以上幾類危害:

（1）導線斷線落地引起的接地故障，如果線路未及時停運隔離，很有可能危及過往行人、牲畜和車輛安全。

（2）通過接地故障點的巨大電流和所燃起的電弧使故障點的元件損壞。

（3）故障電流通過非故障設(shè)備時，會導致非故障設(shè)備發(fā)熱，破壞絕緣，導致其使用壽命縮短甚至損壞，嚴重時會引起可燃物燃燒發(fā)生火災。

（4）配電線路接地會產(chǎn)生大量的對地放電現(xiàn)象，屬于一種直接的電能損耗，造成大量的能源浪費，給供電企業(yè)造成經(jīng)濟損失。

2 某10kV線路發(fā)生三相接地故障但過流保護未啟動事件分析

2.1 簡要經(jīng)過

某日18點左右，某地調(diào)度員監(jiān)視到某35kV變電站所供10kV甲線發(fā)過負荷告警信號，因恰逢當日電網(wǎng)負荷晚高峰，居民生活用電負荷上升較快。35kV變電站10kV母線三相電壓平衡，調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)無其他可支撐告警信息，調(diào)度員初步判斷因居民生活用電負荷集中增大導致甲線負荷越限告警，于是通知線路運維單位對10kV甲線大功率用戶錯峰用電。但線路負荷無明顯降低，線路過負荷告警持續(xù)。次日，線路運維人員發(fā)現(xiàn)10kV甲線#64塔G01斷路器后段線路有明顯故障點:10kV供電支線#5桿發(fā)生倒桿，且兩相導線擔在橫擔上，一相導線擔在樹木上，倒塌的橫擔插入蓬松土堆中。隨即，斷開10kV甲線#64塔G01斷路器，隔離故障區(qū)段，10kV甲線負荷降低接近為0（10kV甲線負荷集中在#64塔G01斷路器后段）。

2.2 原因分析

查看10kV甲線故障當日10kV母線電壓情況發(fā)現(xiàn)，故障發(fā)生時三相電壓均稍微降低，持續(xù)時間約1小時，但未出現(xiàn)三相電壓不平衡情況，調(diào)度監(jiān)控機無任何接地告警信號記錄，如圖1、圖2所示。

圖1 正常10kV母線電壓曲線圖

圖2 10kV甲線三相接地故障當日10kV母線電壓曲線圖

查看10kV甲線歷史負荷情況發(fā)現(xiàn)，10kV甲線額定負荷電流230A，當月最大負荷電流107A。當日故障前負荷電流83A，故障后負荷電流279A，如圖3、圖4所示。

圖3 10kV甲線正常電流曲線圖

10kV甲線配置過流Ⅰ、Ⅱ段保護，TA變比為300:5，其中過流Ⅱ段保護定值為5.2A，換算為一次側(cè)電流值即312A。

圖4 10kV甲線三相接地故障當日電流曲線圖

根據(jù)電壓、負荷電流變化，結(jié)合故障實際情況及保護配置，可以得出結(jié)論:10kV甲線因倒桿造成三相高阻接地故障，線路負荷電流由83A驟增為279A，而額定負荷電流為230A，10kV甲線過負荷告警，但未達到過流Ⅱ段保護出口定值312A。因此保護未動作，邏輯正確。此外，10kV甲線三相接地故障后，并未破壞系統(tǒng)的對稱性，故而三相電壓未出現(xiàn)不平衡的情況。由于倒桿處導線是通過樹木及蓬松土堆接地，即非金屬性接地故障，當線路發(fā)生非金屬性接地故障時，故障相電壓上降，但從故障點現(xiàn)場情況初步判斷接地電阻較大，所以電壓略為上降（5.9kV降至5.3kV）。當日晚高峰過后，負荷減輕，電壓上升，基本又恢復至正常水平。

3 增設(shè)調(diào)度自動化系統(tǒng)判據(jù)思路

10kV線路三相對稱故障存在故障電流低于過流保護出口定值的情況，此時容易被誤判為線路過負荷，不利于快速判別并及時隔離故障。通過電流曲線圖可以看出，線路發(fā)生三相對稱故障時電流急劇增加，電流變化率di/dt與歷史正常情況有明顯區(qū)別，可在調(diào)度自動化系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置電流變化率異常告警信號，提醒調(diào)度員加以重視。

設(shè)定10kV斷路器告警信號“電流異常”，告警判別邏輯為取斷路器實時電流變化率di/dt與電流變化率歷史平均值di/dt比較，若差值在20%內(nèi)，則判斷電流變化率正常，否則判斷電流變化率異常。如公式（1）所示，當X大于20%時，自動化系統(tǒng)推送該斷路器“電流異?！备婢盘?。為排除斷路器分、合閘導致電流變化率突變而誤發(fā)告警信號，可設(shè)置斷路器分閘后及合閘10秒內(nèi)閉鎖“電流異?！备婢盘?。

4 10kV線路三相接地故障處置思路

當發(fā)生10kV配電線路三相接地故障時，故障一般會導致線路過流保護動作跳閘，但存在如上文分析的10kV甲線雖發(fā)生三相接地故障卻未跳閘的特殊情況，此時調(diào)度員應根據(jù)告警信號、負荷突變情況、運行方式等現(xiàn)象綜合分析，準確判明異常情況，采取正確思路隔離故障線路、發(fā)布故障信息，指揮運維單位查找故障點，在查找過程中可以采取分段、分片、分支、分設(shè)備的“排除法”，具體方法如上:（1）充分發(fā)揮配搶指揮中心及服務調(diào)度聯(lián)動機制，結(jié)合廣大用電客戶反饋的用電設(shè)備異常信息查找故障，減少運行維護人員巡線時間。（2）組織運行維護人員斷開線路前段或分支線開關(guān)后，對該線路進行分段排查，如線路無異常則試送前段線路。（3）如前段線路試送正常則說明故障點在該段線路的后段或分支線，可采用相同的方法盡快找到故障點并消除。（4）如查找發(fā)現(xiàn)故障點在線路的中段，則可斷開該段線路前段、后段開關(guān)以隔離故障點，對前段線路送電，將后段線路轉(zhuǎn)供至其聯(lián)絡線送電，同時組織人員迅速搶修。（5）對電纜線路故障可采用先隔離，后逐個排除的方法進行查找。

5 結(jié)束語

10kV配電線路接地故障不僅給供電企業(yè)造成損失，還會對社會的正常生產(chǎn)、生活產(chǎn)生嚴重影響，特別是三相接地對稱故障，其危害性大且不易于判斷。通過上述對10kV配電線路三相接地故障未跳閘事件原因及危害分析，探討其處置、管控措施，希望對配網(wǎng)調(diào)度工作有一定幫助。只有從不同環(huán)節(jié)、不同方面采取多渠道的管控措施，才能保障電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行。