10kV线路老化与高阻接地故障对线损影响研究

国网浙江省电力有限公司绍兴供电公司 李尚宇 陈海军 秦 毅 国电华研（北京）电力咨询有限公司 郭 伟 徐向峰

随着我国经济水平的不断提升，配电网线路也越来越复杂，对于架空线路来说，因为受到环境等多种因素的影响，非常容易引发其出现接地故障、老化等问题，这样不仅会造成线路的损耗，也会影响到电网运行的安全性和稳定性。

随着我国综合国力和经济水平的不断提升，我国的电力系统也从传统缺电的情况逐渐转变为电力供给较为充足的局面，为能进一步提高输配电系统的工作效率、降低各种损耗和故障的发生，实现节能减排的目的，已成为我国电力系统发展的关键内容。对于配电网来说，其不仅线路长度非常长且分布面积也非常广泛，整体结构非常复杂，不同配网的运行情况也有一定的差异，在这种情况下也就增加了配网的损耗率，所以必须要结合实际情况提出确切的降损措施[1]。

1 建立线路老化数学模型

1.1 线路的等值模型

因为10kV线路的长度一般在100km以内，所以可将分布参数对等值电路造成的影响忽略，即采用如下集中参数进行表达：R=r×l；X=x×l；G=g×l；B=b×l。式中R为总电阻；r为单位长度电阻；X为总电抗；x为单位长度电抗；G为电导；g为单位长度电导；B为电纳；b表示单位长度电纳。

图1 线路等值电路

图2 100km线路老化过程中电阻曲线

图3 电阻等效模型

一般情况下10kV线路发生电晕的情况较少，且绝缘子泄漏的情况发生率也较低，因此可说明G=0。此外因电抗在电压等级较低时对电路计算的影响也较小，所以可认为X=0，这样线路可以等值（图1），其中Z=R+jx，故此线路的电阻被等值为总阻抗Z[2]。

表1 100km电阻值的折算

1.2 基于实测线路老化模型

为能够了解线路电路大小、老化和线路运行时间间具有的关系，本文特选择10kV配电线路常用的线路型号作为研究对象，分别为LJ-150、LGJ-185、LGJJ-185、LGJQ-300，而后开展电阻测试[3]。选择的线路运行时间分别为2～22年，长度均为10m，对其进行实际测量，为能使电阻变化的关系更加直观的显示，将测试样本电阻折算到100km长度（表1），并将表1中的数据绘制于图2中。

图2中表明，四种线路在四年以内的线路电阻率均未发生变化，而后随着时间的增加而缓慢出现变化，特别是在10年后增长的速度也越来越快，当运行到15年时，电阻率增加的速度会进一步提高[4]。因此，线路电阻发生的变化基本上符合指数增长的规律，所以可采用公式R(t)=AEmt+B表达指数函数对电阻变化曲线进行拟合，式中A、m、B表示拟合参数。

采用MATLAB的拟合工具箱拟合四条电阻变化曲线进行，具体的拟合结果如以下公式所示，每一个拟合值可信度均高于95%：RLJ-150(t)=1.533e0.044t+19.38，RLJ-180(t)=0.662e0.055t+16.26，RLJjj-185(t)=2.445e0.011t+14.50，RLGjQ-300(t)=2.089e0.030t+8.7789。

2 建立线路高阻接地故障的数学模型

在配电网中，有80%的故障均为单相接地故障。对于高阻接地故障来说，最明显的特点就是故障电流比较小，具体的电流值可能仅只达到系统正常运行时所产生负荷电流的10%，甚至有可能更低[5]。有相关的研究结果表明，不同类型介质的高阻接地故障电流的典型值在0～75A间：沙地和水泥地5A、潮湿沙地15A、干燥草皮20A、干燥草地25A、潮湿草皮40A、潮湿草地50A、钢筋混凝土75A。

因为配电网高阻接地故障的发生位置不确定，而且其接地电阻阻值对不同的接地介质变化也较大，因此如果想要建立一个确切的等值电阻模型比较困难。在建立时必须要考虑到电阻值的问题，一般情况下短路电流通常比较稳定，所以可将故障点等效作为一阻值恒定的电阻，具体的功率损耗可用公式PHIF=U×IHIF表示，并将其作为线损的附加损耗。式中PHIF为高阻接地损耗功率；IHIF为故障电流值；U为额定电压。

利用额定电压10kV随上述各类型高阻接地故障缩产生的附加损耗进行计算，具体结果为：沙地和水泥地50A、潮湿沙地150A、干燥草皮200A、干燥草地250A、潮湿草皮400A、潮湿草地500A、钢筋混凝土750A。

3 配电网线损计算的等值电阻法

对于等值电阻法来说，该方法属于一种近似于计算线路可变损耗的方法，其理论基础为平均电流法，利用该方法可将配电网中的可变损耗视为线路首端平均电流，使用Iav进行表示，通过线路和配电变压器的等值电阻Rep所产生的损耗之和[5]，具体用如下公式表示：式中Ii和Ri分别表示线路不同分段的电流与电阻，因此配电线路等值电阻的具体模型见图3。

4 结语

在本次研究中，通过建立配网线路的老化模型，并利用试验数据集建立损耗模型，可以得出如下结论：首先，配电网线路的电阻值会随着年限的增长而增长，进而导致线路的损耗总量和线损率也会随着运行年限的增长而升高；其次，如果配电网的负载率比较低，则损耗率也明显高于高负载的线路，因此，高阻接地故障对整个线路所造成的损耗影响是持续不断的，规模越小的配网发生线损的几率越大。