淺述配網(wǎng)線路短路故障點的查找方法

曾瑞林，劉瑞東，蘭瑜婧，鐘茂泉

（國網(wǎng)瑞金市供電公司，江西 瑞金 342500）

0 引言

現(xiàn)今邊遠山區(qū)配電線路長，逢山過河架設的線路較多，有的農(nóng)村供電線路長達幾十公里以上，一旦線路發(fā)生故障，供電所的運維人員很難快捷精準地查找出故障點，為此，依據(jù)短路故障的原理，編制了一種簡易實用的方法推薦給廣大工友們使用，希望對大家有所幫助。

1 短路的基本概念

電力電網(wǎng)正常運行時，電流、電壓、頻率等電氣參數(shù)均在允許范圍內(nèi)。實踐證明，電力系統(tǒng)在運行中，由于某種原因可能引發(fā)的故障，其中短路就是常發(fā)生的一種故障，短路故障對于電力系統(tǒng)的正常運行危害極大，一旦發(fā)生短路，電氣量就會發(fā)生急劇變化，電流突然聚增，電壓降低等，有的短路故障甚至導致引發(fā)電力系統(tǒng)崩潰，對電網(wǎng)線路安全運行危害極大。

采取有效措施就是迅速隔離短路故障點，對其及時搶修處理。短路電流實用計算方法，就是滿足工程準確等級要求的前提下，采用了一些必要的假設條件，將短路電流的數(shù)值較簡單地計算出來[1]。

2 短路故障的類型

配網(wǎng)線路發(fā)生的故障類型基本為單相短路、兩相短路、三相短路等。

單相短路接地：線路的一相的一點對地絕緣性能降低，該相電流經(jīng)由此點流入大地，它的危害主要在于使三相平衡系統(tǒng)受到破壞，非故障相的電壓升高到原來的倍。單相接地短路是電力系統(tǒng)中故障幾率最多的一種，為了分析問題方便，在這里僅討論金屬性接地短路，忽略不計接地時產(chǎn)生的弧光電阻和接地電阻。造成單相接地的因素很多，如一相導線的斷線落地、樹枝碰及導線、跳線因風偏對桿塔放電等。

兩相短路：線路的任意兩相之間造成直接放電，使通過導線的電流突然增大許多倍，并在放電點形成強烈的電弧，燒壞導線，造成供電中斷。形成兩相短路的原因有因風兩相碰線、自然災害的雷擊、外力破壞等。

三相短路：在線路的同一地點三相間直接放電，是線路上最嚴重的電氣故障。造成三相短路的原因有線路倒桿、樹障、外力破壞等[2]。

配網(wǎng)線路常見的短路故障類型如圖1所示。

圖1 常見短路類型示意圖

3 短路時的等值網(wǎng)絡

電力系統(tǒng)三相短路為對稱短路，只含有正序分量；負序和零序分量為零。三相網(wǎng)絡也是對稱，故可只作一相等值網(wǎng)絡，該等值網(wǎng)絡由電力系統(tǒng)中各元件正序阻抗所組成，基本上與電力系統(tǒng)正常運行時的等值網(wǎng)絡相同，如變壓器、電力線路、電抗器等正常運行時完全相同[1]。

三相短路時的等值網(wǎng)絡從電源中性點N開始，作其等值電動勢E1，并經(jīng)等值阻抗到三相短路點K上，就形成了電力系統(tǒng)三相短路時的等值網(wǎng)絡。發(fā)生三相短路時的等值網(wǎng)絡如圖2所示。

其中：E1為所計算電力系統(tǒng)所有電源電動勢的等值電動勢；X1為110 kV變電站等值阻抗，X2為35 kV變電站等值阻抗，Z1為所計算電力系統(tǒng)所有電力元件正序阻抗的等值阻抗之和，K為10 kV線路短路點。

4 計算條件

在短路電流實用計算中，首先必須把所需計算的網(wǎng)絡中的各元件電抗值換算統(tǒng)一到基準下的標幺值，以便簡化計算。

基準容量Sb=100 MVA

基準電壓Ub=1.5 kV

折算出10 kV線路基準電流約為5 500 A

根據(jù)上述公式，就可計算出故障點大概所處范圍。

5 舉例計算

計算時，需輸入變電站10 kV母線的短路阻抗X*2（此值由縣調(diào)繼保人員提供）。

例：如某一條10 kV配網(wǎng)線路長度為15.8 km，變電站10 kV大方式阻抗X*2為1.366 1，則求末端短路電流：

則末端短路電流約為774 A。

線路末端短路故障計算示意圖如圖3所示。

圖3 計算線路示意圖

6 采用表格方式計算方法

當線路發(fā)生短路故障時，對于供電所運維人員應第一時間查看線路智能開關故障報文，折算出故障電流一次值，在現(xiàn)場可以導入嵌入有計算公式的Excel表格在手機上計算，根據(jù)表格填入故障電流后即可算出故障點距離范圍，單位為公里，表格中變電站10 kV母線阻抗由該單位繼保人員提供數(shù)值，配網(wǎng)線路故障點簡易計算如表1所示。

表1 配網(wǎng)線路故障查找表

運維人員依據(jù)所計算出的公里數(shù)進行查找故障，迅速隔離故障線路部分，及時恢復無故障線路的供電，減少停電范圍，縮短停電時長，提高了供電的可靠性。

因農(nóng)村配網(wǎng)線路分支較多、導線型號不統(tǒng)一，計算出故障點范圍誤差約為500-800 m。

7 10 kV配網(wǎng)線路故障查找案例

案例1：某供電所晚上發(fā)生10 kV配網(wǎng)線路故障，經(jīng)查看智能開關故障報文二次故障電流為24.16 A，電流互感器變比為600/5，折算為一次短路電流為2 899 A，該線路長度為4.8 km，現(xiàn)用此方法計算其故障點約在線路4.3 km處，處于線路末端，供電所運維人員及時到達現(xiàn)場查找出故障點，發(fā)現(xiàn)故障原因為線路末端某專變用戶電纜絕緣擊穿故障，造成兩相短路，隔離故障點后及時恢復線路供電。線路智能開關故障報文與故障點如圖4所示。

圖4 案例1現(xiàn)場圖

案例2：某供電所雨天發(fā)生10 kV配網(wǎng)線路D01智能開關跳閘，經(jīng)現(xiàn)場查看故障報文為速斷保護動作，故障二次電流為13.516 A，電流互感器變比為600/5，折算為一次短路電流為1 621.9 A，該線路長度為4.9 km，經(jīng)計算故障點約在4.2 km處，供電所運維人員到現(xiàn)場查找故障點，發(fā)現(xiàn)有樹枝因風碰及兩相導線引起開關動作，處理后恢復供電。線路智能開關故障報文如圖5所示。

圖5 案例2現(xiàn)場圖

案例3：某供電所發(fā)生10 kV配網(wǎng)線路D03智能開關跳閘，經(jīng)現(xiàn)場查看故障報文為過流I段出口動作，故障二次電流為10.86 A，電流互感器變比為600/5，折算為一次短路電流為1 303 A，該線路長度為11.2 km。經(jīng)計算故障點約在9 km處，供電所運維人員去該處查找故障，查找出故障點為接近線路末端的一分支線第一根桿因外力破壞導致倒桿，發(fā)生三相短路故障，隔離故障點經(jīng)搶修線路后恢復正常供電。線路智能開關故障報文與故障點如圖6所示。

圖6 案例3現(xiàn)場圖

8 結(jié)語

此方法為配網(wǎng)線路短路故障點的簡易計算，運維人員通過嵌入公式的電子表格在手機上可方便計算出故障點，從而提高查找故障點的準確率，大大縮短停電時間，確保電網(wǎng)正常供電。此方法較為簡單實用，方便運維人員查找故障，尤其是在偏遠山區(qū)或是遭遇惡劣天氣、隱蔽性故障時，能夠準確計算出故障點，迅速隔離故障，快速進行搶修維護，保障了電網(wǎng)的平穩(wěn)運行，具有進一步推廣應用的價值。