配电线路故障衍化分析

兰岚

（南京供电公司，南京210019）

配电线路故障衍化分析

兰岚

（南京供电公司，南京210019）

配电网线路故障处理过程中，由于强试送、拉路操作以及单相接地时的异常运行状态，导致衍化出新的故障。以具体实例分析故障衍化过程及产生原因，归纳出配电线路故障可能存在的典型故障衍化过程，探讨相应的配电网调度策略。

配电线路；单相接地；故障衍化；分析；策略

0 引言

配电网作为电能输送的终端环节，直接关系到用户的安全用电和可靠用电。一方面，配电网运行环境相对较差，施工引起的外力损坏、污闪、恶劣天气等都可能造成线路跳闸；另一方面配电网覆盖范围大，设备多，设备维护和更新工作量大，一些设备缺陷疏于发现和处理，最终由于设备原因引发线路跳闸。因此配电网线路故障发生概率高。为此，研究配电线路故障处理的科学调度方法十分必要。

配电线路故障处理的难点在于配电线路特有的复杂结构以及配电网中性点的接地方式。

（1）配电网多为辐射状结构，线路分支多，还存在架空－电缆混合输电模式，故障查线费时费力，为此，对含重要用户、多分支、长线路的情况，调度员通常考虑强试送、二分法试送。

（2）35 kV及以下电压等级的配电网通常采用中性点非有效接地方式，在发生单相接地故障（占线路总故障的70%～80%）后，因不构成短路回路，为保证供电可靠性，不必快速切除故障线路，调度规程规定允许运行2 h[1]。为此，调度员通常采用拉路法排查故障线路。

在强试送、单相接地的异常运行状态、拉路过程中，由于可能的再次故障冲击，以及设备耐受绝缘的削弱，会伴随故障衍化过程，可能出现新的故障现象，这就要求调度员思路清晰，做出准确判断，正确处理。

目前调度规程并未对复杂的衍化故障做出明确规定，大部分配电网调度模式仍属经验调度，缺乏理论依据。本文从具体的案例分析着手，梳理配电网中可能存在的故障衍化过程，进行调度策略研究，得出科学、有依据的调度方法。

1 一起10kV配电线路故障

2015年9月21日19∶24，某110 kV变电站10 kV A线（A线的联络如图1所示）出线开关过流Ⅰ段保护动作跳闸，重合不成，调度员随即通知维修人员查线。

21∶02，查线初步判断为A线2号HWG111开关后段出现电缆问题，即拉开A线2号HWG111开关。

21∶10试送时，A线出线开关再次过流Ⅰ段保护动作跳闸，重合不成；与此同时，相邻间隔B线出线开关也出现过流Ⅰ段保护动作跳闸，但重合成功。22∶02拉开A线4号HWG101开关，分段试送，但合上A线出线开关后，出现变电站10 kVⅠ段母线接地现象，三相电压分别为1.4 kV，10.6 kV，9.7 kV。拉开A线出线开关，接地消失。

图1 某变电站10 kV A线正常运行方式

22∶51经检查，A线4号HWG101开关后段确认无故障，后段由C站C线经AC环网柜101开关联络恢复供电。

23∶00拉开5号HWG102开关，前段试送正常。至此，正确隔离了5号HWG－4号HWG101开关后的故障点。后查为联络电缆本体故障。

2 针对这起短路故障的分析

在本次故障中，调度员操作符合调度规程的要求，最终也及时恢复了用户送电。但在故障现象中，有2点值得讨论。

2.1 试送电时相邻间隔B线出线开关保护动作

文献[2，3]针对2条10 kV线路同时跳闸故障做了分析，认为存在以下原因：

（1）由雷击等外界原因引起的多条线路故障。9月21日天气晴好，可排除这种可能。

（2）中性点非直接接地的小电流接地系统在线路发生单相接地时，非故障相的对地电压将会迅速升高，最高至线电压，可能击穿绝缘薄弱环节，形成两点对地短路。此外系统发生单相接地时出现的电弧放电，破坏了系统原来相对稳定的运行方式并引发震荡，使故障相和正常相均产生过电压。

由于在试送前，监测到变电站10 kV母线电压三相平衡，并未出现接地现象，因此并不是因为非故障相电压升高引起相邻线路绝缘受损。

（3）配电系统内，断路器、隔离开关的混合操作，改变了电网的能量分配和传递方式，会产生操作过电压。

（4）系统中还大量使用互感器、电抗器等具有铁芯和绕组的设备。上述几种过电压的产生会使铁芯迅速饱和，引起铁磁谐振，造成更危险的谐振过电压。

以上几种过电压现象一旦发生，在极短的暂态过程中，一种或是同时几种故障的相互作用，产生高于正常电压数倍的危险过电压，线路上的绝缘薄弱环节将最终被击穿，造成故障。

由于配电网SCADA系统采集的遥测量每5 min刷新一次，故观测其采集的电压波形，并不能有力证明因操作过电压引起B线上绝缘薄弱点短时击穿引起跳闸，但通过排除法，此解释较为合理。

值得一提的是，2004年5月4日10∶38该变电站10 kVⅠ段母线接地。2 min后A线出线开关过流Ⅱ段动作跳闸，重合闸未动，B线出线开关过流Ⅰ段动作跳闸，重合成功。11∶36查线发现A线52号杆处板线因施工碰断弹到导线上。在这次故障中，B线跳闸原因可判断为：由于接地引起非故障相过电压，B线上绝缘薄弱点短时击穿引起跳闸。

2次出现A线和B线同时跳闸，绝非偶然巧合，不管是接地引起的过电压，还是试送时的操作过电压，都表明B线线路绝缘子及其它配电设备（避雷器、计量箱、熔断器、隔离开关等）确实存在故障隐患。应检查绝缘子是否有裂纹、击孔和灼伤痕迹，甚至瓷裙破坏、炸裂。在不登杆的情况下肉眼绝难发现的这些缺陷，无疑是可能引发故障的隐患。

2.2 在2次试送电后故障现象为何变为接地

通过查阅文献，接地故障衍化为短路故障较为常见，而短路故障衍化为单相接地故障非典型。

本次故障原因为联络电缆本体故障，可能由于电缆单相接地，非故障相过电压损坏绝缘，并快速对地击穿引发相间接地故障，导致了线路跳闸。经过一段时间后，在第二次试送电时，非故障相过电压并未彻底击穿绝缘，从而反映出单相接地现象。

3 存在的典型故障衍化过程

通过上述分析，可以归纳出配电线路故障后的典型衍化过程，利于调度员在故障处理时对新出现的故障现象作出正确判断。

3.1 短路故障的强试送过程

（1）强试送时短路冲击电流产生的过电压引发相邻间隔线路同时跳闸，重合成功。

表明相邻间隔线路存在绝缘薄弱环节，应在故障处理后，重点对相邻间隔线路的避雷器、电缆中间头以及终端头、绝缘子和柱上开关等电气设备进行巡检。

（2）引发相邻间隔线路同时跳闸，重合不成。故障处理时不考虑复故障，允许再次试送。试送成功后，若相邻间隔线路的缺陷隐患需要一段时间才可彻底消除，则可考虑将该线重合闸时间调大。即使其他的馈线发生永久性故障，当2条馈线同时跳闸后，故障线路先行合闸并加速跳开，这样含缺陷的线路再合闸，就能保证重合成功。

如仍试送不成，表明相邻间隔线路绝缘已击穿，需视为另一故障点处理。

（3）引发与故障线路有联络的线路同时跳闸，重合成功/不成。正常方式下，联络开关在分位，此时应重点检查联络开关的真实位置和绝缘情况，再进行处理。

（4）引发相邻间隔线路绝缘薄弱处击穿，对地放电，出线母线接地现象。首先拉路试送线路，试送不成时直接视为出现了新的单相接地点，母线接地仍未消失，则视为新的单相接地点处理。

3.2 单相接地故障的衍化过程

（1）单相接地时产生的过电压使本线路另一非故障相的绝缘薄弱处击穿，单相接地故障经二相接地故障演变成相间短路故障，引起接地线路故障跳闸。

按照短路故障处理。同时应考虑绝缘击穿点可能与单相接地点不在一处的可能性，即发生两点接地故障[4]。

（2）单相接地时产生的过电压通过10 kV母线传播，使另一条线路非故障相的某一绝缘薄弱处击穿，造成2条线路异名相对地短路，引起两线同时跳闸，或一条线路跳闸后母线仍接地运行[5]。

由于单相接地故障时线电压仍保持对称，因此击穿一定是相对地。配电线路通常只装有A，C相TV，因此2条线路异名相接地时的跳闸情况也有所不同（见表1），图2给出了判断方法。

表1 2条线路异名相接地时的跳闸情况

图2 2条线路异名相接地的判断

4 针对配电线路故障的调度策略

在实际故障处理中，最初的故障形态可能随着操作、时间的变化而衍化，出现的新故障现象可能是由最初的故障所引起。故障处理应当依据调度规程和故障信息，准确隔离最初的故障，调度规程中明确规定了短路故障时强试送的条件、单相接地故障时拉路的先后顺序。

同时，依据保护动作情况可大致判断故障范围；依据重合闸动作情况可以排除瞬时性故障；依据母线电压，可正确区分单相接地、断线、压变熔丝断、谐振等异常情况。

此外，可依据查找故障日报，了解线路运行的薄弱点，对于经常发生单相接地的线路，在不影响重要用户供电的情况下，可以优先拉闸。

对于故障处理过程中出现新的故障现象，要明确是已经衍化成复故障，还是设备存在了缺陷但仍可以坚持运行。若衍化成复故障，应当将所有故障点隔离后，方可恢复供电。若衍化过程中发现了设备缺陷隐患，应及时加强巡检，尽快闭环消缺。

5 结论

（1）配电线路短路故障可能引发相邻间隔、与之存在联络的线路间隔出现跳闸、或母线接地的现象。

（2）配电线路单相接地故障可能引发接地线路跳闸、或引发2条线路异名相对地短路，出现两线同时跳闸，或一条线路跳闸后母线仍接地的现象。

（3）故障处理过程中当判断出新的故障现象为初始故障衍化而来时，先准确隔离初始故障。

（4）当新的故障现象为非典型衍化过程，不能明确分析出与初始故障的关联时，视为复故障处理。

（5）对于新的故障现象，要明确是出现了新的故障点，还是设备虽有缺陷但仍可运行。若衍化成复故障，应将所有故障点隔离后，方可恢复供电。若为设备缺陷，应在故障处理后，尽快消除缺陷。

[1]张志鹏.配电网运行中的故障和解决措施[J].企业技术开发，2013，20（32）∶93－94.

[2]陈鑫，汤人杰.配电网中电力电缆的故障分析[J].电力科技，2012，8（1）∶239－240.

[3]尹星光.10 kV线路故障引起相邻线路异常跳闸的原因分析[J].华电技术，2012，5（34）∶26－27.

（本文编辑：杨勇）

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

兰岚（1988），女，工程师，研究方向为电力系统自动化。