蘭嵐

（南京供電公司，南京210019）

配電線(xiàn)路故障衍化分析

蘭嵐

（南京供電公司，南京210019）

配電網(wǎng)線(xiàn)路故障處理過(guò)程中，由于強(qiáng)試送、拉路操作以及單相接地時(shí)的異常運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致衍化出新的故障。以具體實(shí)例分析故障衍化過(guò)程及產(chǎn)生原因，歸納出配電線(xiàn)路故障可能存在的典型故障衍化過(guò)程，探討相應(yīng)的配電網(wǎng)調(diào)度策略。

配電線(xiàn)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(guān)系到用戶(hù)的安全用電和可靠用電。一方面，配電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境相對(duì)較差，施工引起的外力損壞、污閃、惡劣天氣等都可能造成線(xiàn)路跳閘；另一方面配電網(wǎng)覆蓋范圍大，設(shè)備多，設(shè)備維護(hù)和更新工作量大，一些設(shè)備缺陷疏于發(fā)現(xiàn)和處理，最終由于設(shè)備原因引發(fā)線(xiàn)路跳閘。因此配電網(wǎng)線(xiàn)路故障發(fā)生概率高。為此，研究配電線(xiàn)路故障處理的科學(xué)調(diào)度方法十分必要。

配電線(xiàn)路故障處理的難點(diǎn)在于配電線(xiàn)路特有的復(fù)雜結(jié)構(gòu)以及配電網(wǎng)中性點(diǎn)的接地方式。

（1）配電網(wǎng)多為輻射狀結(jié)構(gòu)，線(xiàn)路分支多，還存在架空－電纜混合輸電模式，故障查線(xiàn)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，為此，對(duì)含重要用戶(hù)、多分支、長(zhǎng)線(xiàn)路的情況，調(diào)度員通?？紤]強(qiáng)試送、二分法試送。

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

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

目前調(diào)度規(guī)程并未對(duì)復(fù)雜的衍化故障做出明確規(guī)定，大部分配電網(wǎng)調(diào)度模式仍屬經(jīng)驗(yàn)調(diào)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(guò)程，進(jìn)行調(diào)度策略研究，得出科學(xué)、有依據(jù)的調(diào)度方法。

1 一起10kV配電線(xiàn)路故障

2015年9月21日19∶24，某110 kV變電站10 kV A線(xiàn)（A線(xiàn)的聯(lián)絡(luò)如圖1所示）出線(xiàn)開(kāi)關(guān)過(guò)流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作跳閘，重合不成，調(diào)度員隨即通知維修人員查線(xiàn)。

21∶02，查線(xiàn)初步判斷為A線(xiàn)2號(hào)HWG111開(kāi)關(guān)后段出現(xiàn)電纜問(wèn)題，即拉開(kāi)A線(xiàn)2號(hào)HWG111開(kāi)關(guān)。

21∶10試送時(shí)，A線(xiàn)出線(xiàn)開(kāi)關(guān)再次過(guò)流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作跳閘，重合不成；與此同時(shí)，相鄰間隔B線(xiàn)出線(xiàn)開(kāi)關(guān)也出現(xiàn)過(guò)流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作跳閘，但重合成功。22∶02拉開(kāi)A線(xiàn)4號(hào)HWG101開(kāi)關(guān)，分段試送，但合上A線(xiàn)出線(xiàn)開(kāi)關(guān)后，出現(xiàn)變電站10 kVⅠ段母線(xiàn)接地現(xiàn)象，三相電壓分別為1.4 kV，10.6 kV，9.7 kV。拉開(kāi)A線(xiàn)出線(xiàn)開(kāi)關(guān)，接地消失。

圖1 某變電站10 kV A線(xiàn)正常運(yùn)行方式

22∶51經(jīng)檢查，A線(xiàn)4號(hào)HWG101開(kāi)關(guān)后段確認(rèn)無(wú)故障，后段由C站C線(xiàn)經(jīng)AC環(huán)網(wǎng)柜101開(kāi)關(guān)聯(lián)絡(luò)恢復(fù)供電。

23∶00拉開(kāi)5號(hào)HWG102開(kāi)關(guān)，前段試送正常。至此，正確隔離了5號(hào)HWG－4號(hào)HWG101開(kāi)關(guān)后的故障點(diǎn)。后查為聯(lián)絡(luò)電纜本體故障。

2 針對(duì)這起短路故障的分析

在本次故障中，調(diào)度員操作符合調(diào)度規(guī)程的要求，最終也及時(shí)恢復(fù)了用戶(hù)送電。但在故障現(xiàn)象中，有2點(diǎn)值得討論。

2.1 試送電時(shí)相鄰間隔B線(xiàn)出線(xiàn)開(kāi)關(guān)保護(hù)動(dòng)作

文獻(xiàn)[2，3]針對(duì)2條10 kV線(xiàn)路同時(shí)跳閘故障做了分析，認(rèn)為存在以下原因：

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

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

由于在試送前，監(jiān)測(cè)到變電站10 kV母線(xiàn)電壓三相平衡，并未出現(xiàn)接地現(xiàn)象，因此并不是因?yàn)榉枪收舷嚯妷荷咭鹣噜従€(xiàn)路絕緣受損。

（3）配電系統(tǒng)內(nèi)，斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的混合操作，改變了電網(wǎng)的能量分配和傳遞方式，會(huì)產(chǎn)生操作過(guò)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(shè)備。上述幾種過(guò)電壓的產(chǎn)生會(huì)使鐵芯迅速飽和，引起鐵磁諧振，造成更危險(xiǎn)的諧振過(guò)電壓。

以上幾種過(guò)電壓現(xiàn)象一旦發(fā)生，在極短的暫態(tài)過(guò)程中，一種或是同時(shí)幾種故障的相互作用，產(chǎn)生高于正常電壓數(shù)倍的危險(xiǎn)過(guò)電壓，線(xiàn)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(cè)量每5 min刷新一次，故觀測(cè)其采集的電壓波形，并不能有力證明因操作過(guò)電壓引起B(yǎng)線(xiàn)上絕緣薄弱點(diǎn)短時(shí)擊穿引起跳閘，但通過(guò)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(xiàn)接地。2 min后A線(xiàn)出線(xiàn)開(kāi)關(guān)過(guò)流Ⅱ段動(dòng)作跳閘，重合閘未動(dòng)，B線(xiàn)出線(xiàn)開(kāi)關(guān)過(guò)流Ⅰ段動(dòng)作跳閘，重合成功。11∶36查線(xiàn)發(fā)現(xiàn)A線(xiàn)52號(hào)桿處板線(xiàn)因施工碰斷彈到導(dǎo)線(xiàn)上。在這次故障中，B線(xiàn)跳閘原因可判斷為：由于接地引起非故障相過(guò)電壓，B線(xiàn)上絕緣薄弱點(diǎn)短時(shí)擊穿引起跳閘。

2次出現(xiàn)A線(xiàn)和B線(xiàn)同時(shí)跳閘，絕非偶然巧合，不管是接地引起的過(guò)電壓，還是試送時(shí)的操作過(guò)電壓，都表明B線(xiàn)線(xiàn)路絕緣子及其它配電設(shè)備（避雷器、計(jì)量箱、熔斷器、隔離開(kāi)關(guān)等）確實(shí)存在故障隱患。應(yīng)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(wú)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(guò)查閱文獻(xiàn)，接地故障衍化為短路故障較為常見(jiàn)，而短路故障衍化為單相接地故障非典型。

本次故障原因?yàn)槁?lián)絡(luò)電纜本體故障，可能由于電纜單相接地，非故障相過(guò)電壓損壞絕緣，并快速對(duì)地?fù)舸┮l(fā)相間接地故障，導(dǎo)致了線(xiàn)路跳閘。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，在第二次試送電時(shí)，非故障相過(guò)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(guò)程

通過(guò)上述分析，可以歸納出配電線(xiàn)路故障后的典型衍化過(guò)程，利于調(diào)度員在故障處理時(shí)對(duì)新出現(xiàn)的故障現(xiàn)象作出正確判斷。

3.1 短路故障的強(qiáng)試送過(guò)程

（1）強(qiáng)試送時(shí)短路沖擊電流產(chǎn)生的過(guò)電壓引發(fā)相鄰間隔線(xiàn)路同時(shí)跳閘，重合成功。

表明相鄰間隔線(xiàn)路存在絕緣薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)在故障處理后，重點(diǎn)對(duì)相鄰間隔線(xiàn)路的避雷器、電纜中間頭以及終端頭、絕緣子和柱上開(kāi)關(guān)等電氣設(shè)備進(jìn)行巡檢。

（2）引發(fā)相鄰間隔線(xiàn)路同時(shí)跳閘，重合不成。故障處理時(shí)不考慮復(fù)故障，允許再次試送。試送成功后，若相鄰間隔線(xiàn)路的缺陷隱患需要一段時(shí)間才可徹底消除，則可考慮將該線(xiàn)重合閘時(shí)間調(diào)大。即使其他的饋線(xiàn)發(fā)生永久性故障，當(dāng)2條饋線(xiàn)同時(shí)跳閘后，故障線(xiàn)路先行合閘并加速跳開(kāi)，這樣含缺陷的線(xiàn)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(xiàn)路絕緣已擊穿，需視為另一故障點(diǎn)處理。

（3）引發(fā)與故障線(xiàn)路有聯(lián)絡(luò)的線(xiàn)路同時(shí)跳閘，重合成功/不成。正常方式下，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)在分位，此時(shí)應(yīng)重點(diǎn)檢查聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的真實(shí)位置和絕緣情況，再進(jìn)行處理。

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

3.2 單相接地故障的衍化過(guò)程

（1）單相接地時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓使本線(xiàn)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(xiàn)路故障跳閘。

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

（2）單相接地時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓通過(guò)10 kV母線(xiàn)傳播，使另一條線(xiàn)路非故障相的某一絕緣薄弱處擊穿，造成2條線(xiàn)路異名相對(duì)地短路，引起兩線(xiàn)同時(shí)跳閘，或一條線(xiàn)路跳閘后母線(xiàn)仍接地運(yùn)行[5]。

由于單相接地故障時(shí)線(xiàn)電壓仍保持對(duì)稱(chēng)，因此擊穿一定是相對(duì)地。配電線(xiàn)路通常只裝有A，C相TV，因此2條線(xiàn)路異名相接地時(shí)的跳閘情況也有所不同（見(jiàn)表1），圖2給出了判斷方法。

表1 2條線(xiàn)路異名相接地時(shí)的跳閘情況

圖2 2條線(xiàn)路異名相接地的判斷

4 針對(duì)配電線(xiàn)路故障的調(diào)度策略

在實(shí)際故障處理中，最初的故障形態(tài)可能隨著操作、時(shí)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(yīng)當(dāng)依據(jù)調(diào)度規(guī)程和故障信息，準(zhǔn)確隔離最初的故障，調(diào)度規(guī)程中明確規(guī)定了短路故障時(shí)強(qiáng)試送的條件、單相接地故障時(shí)拉路的先后順序。

同時(shí)，依據(jù)保護(hù)動(dòng)作情況可大致判斷故障范圍；依據(jù)重合閘動(dòng)作情況可以排除瞬時(shí)性故障；依據(jù)母線(xiàn)電壓，可正確區(qū)分單相接地、斷線(xiàn)、壓變?nèi)劢z斷、諧振等異常情況。

此外，可依據(jù)查找故障日?qǐng)?bào)，了解線(xiàn)路運(yùn)行的薄弱點(diǎn)，對(duì)于經(jīng)常發(fā)生單相接地的線(xiàn)路，在不影響重要用戶(hù)供電的情況下，可以?xún)?yōu)先拉閘。

對(duì)于故障處理過(guò)程中出現(xiàn)新的故障現(xiàn)象，要明確是已經(jīng)衍化成復(fù)故障，還是設(shè)備存在了缺陷但仍可以堅(jiān)持運(yùn)行。若衍化成復(fù)故障，應(yīng)當(dāng)將所有故障點(diǎn)隔離后，方可恢復(fù)供電。若衍化過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了設(shè)備缺陷隱患，應(yīng)及時(shí)加強(qiáng)巡檢，盡快閉環(huán)消缺。

5 結(jié)論

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

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

（3）故障處理過(guò)程中當(dāng)判斷出新的故障現(xiàn)象為初始故障衍化而來(lái)時(shí)，先準(zhǔn)確隔離初始故障。

（4）當(dāng)新的故障現(xiàn)象為非典型衍化過(guò)程，不能明確分析出與初始故障的關(guān)聯(lián)時(shí)，視為復(fù)故障處理。

（5）對(duì)于新的故障現(xiàn)象，要明確是出現(xiàn)了新的故障點(diǎn)，還是設(shè)備雖有缺陷但仍可運(yùn)行。若衍化成復(fù)故障，應(yīng)將所有故障點(diǎn)隔離后，方可恢復(fù)供電。若為設(shè)備缺陷，應(yīng)在故障處理后，盡快消除缺陷。

[1]張志鵬.配電網(wǎng)運(yùn)行中的故障和解決措施[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)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(xiàn)路故障引起相鄰線(xiàn)路異常跳閘的原因分析[J].華電技術(shù)，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?yàn)殡娏ο到y(tǒng)自動(dòng)化。