浅述配网线路短路故障点的查找方法

曾瑞林，刘瑞东，兰瑜婧，钟茂泉

（国网瑞金市供电公司，江西 瑞金 342500）

0 引言

现今边远山区配电线路长，逢山过河架设的线路较多，有的农村供电线路长达几十公里以上，一旦线路发生故障，供电所的运维人员很难快捷精准地查找出故障点，为此，依据短路故障的原理，编制了一种简易实用的方法推荐给广大工友们使用，希望对大家有所帮助。

1 短路的基本概念

电力电网正常运行时，电流、电压、频率等电气参数均在允许范围内。实践证明，电力系统在运行中，由于某种原因可能引发的故障，其中短路就是常发生的一种故障，短路故障对于电力系统的正常运行危害极大，一旦发生短路，电气量就会发生急剧变化，电流突然聚增，电压降低等，有的短路故障甚至导致引发电力系统崩溃，对电网线路安全运行危害极大。

采取有效措施就是迅速隔离短路故障点，对其及时抢修处理。短路电流实用计算方法，就是满足工程准确等级要求的前提下，采用了一些必要的假设条件，将短路电流的数值较简单地计算出来[1]。

2 短路故障的类型

配网线路发生的故障类型基本为单相短路、两相短路、三相短路等。

单相短路接地：线路的一相的一点对地绝缘性能降低，该相电流经由此点流入大地，它的危害主要在于使三相平衡系统受到破坏，非故障相的电压升高到原来的倍。单相接地短路是电力系统中故障几率最多的一种，为了分析问题方便，在这里仅讨论金属性接地短路，忽略不计接地时产生的弧光电阻和接地电阻。造成单相接地的因素很多，如一相导线的断线落地、树枝碰及导线、跳线因风偏对杆塔放电等。

两相短路：线路的任意两相之间造成直接放电，使通过导线的电流突然增大许多倍，并在放电点形成强烈的电弧，烧坏导线，造成供电中断。形成两相短路的原因有因风两相碰线、自然灾害的雷击、外力破坏等。

三相短路：在线路的同一地点三相间直接放电，是线路上最严重的电气故障。造成三相短路的原因有线路倒杆、树障、外力破坏等[2]。

配网线路常见的短路故障类型如图1所示。

图1 常见短路类型示意图

3 短路时的等值网络

电力系统三相短路为对称短路，只含有正序分量；负序和零序分量为零。三相网络也是对称，故可只作一相等值网络，该等值网络由电力系统中各元件正序阻抗所组成，基本上与电力系统正常运行时的等值网络相同，如变压器、电力线路、电抗器等正常运行时完全相同[1]。

三相短路时的等值网络从电源中性点N开始，作其等值电动势E1，并经等值阻抗到三相短路点K上，就形成了电力系统三相短路时的等值网络。发生三相短路时的等值网络如图2所示。

其中：E1为所计算电力系统所有电源电动势的等值电动势；X1为110 kV变电站等值阻抗，X2为35 kV变电站等值阻抗，Z1为所计算电力系统所有电力元件正序阻抗的等值阻抗之和，K为10 kV线路短路点。

4 计算条件

在短路电流实用计算中，首先必须把所需计算的网络中的各元件电抗值换算统一到基准下的标幺值，以便简化计算。

基准容量Sb=100 MVA

基准电压Ub=1.5 kV

折算出10 kV线路基准电流约为5 500 A

根据上述公式，就可计算出故障点大概所处范围。

5 举例计算

计算时，需输入变电站10 kV母线的短路阻抗X*2（此值由县调继保人员提供）。

例：如某一条10 kV配网线路长度为15.8 km，变电站10 kV大方式阻抗X*2为1.366 1，则求末端短路电流：

则末端短路电流约为774 A。

线路末端短路故障计算示意图如图3所示。

图3 计算线路示意图

6 采用表格方式计算方法

当线路发生短路故障时，对于供电所运维人员应第一时间查看线路智能开关故障报文，折算出故障电流一次值，在现场可以导入嵌入有计算公式的Excel表格在手机上计算，根据表格填入故障电流后即可算出故障点距离范围，单位为公里，表格中变电站10 kV母线阻抗由该单位继保人员提供数值，配网线路故障点简易计算如表1所示。

表1 配网线路故障查找表

运维人员依据所计算出的公里数进行查找故障，迅速隔离故障线路部分，及时恢复无故障线路的供电，减少停电范围，缩短停电时长，提高了供电的可靠性。

因农村配网线路分支较多、导线型号不统一，计算出故障点范围误差约为500-800 m。

7 10 kV配网线路故障查找案例

案例1：某供电所晚上发生10 kV配网线路故障，经查看智能开关故障报文二次故障电流为24.16 A，电流互感器变比为600/5，折算为一次短路电流为2 899 A，该线路长度为4.8 km，现用此方法计算其故障点约在线路4.3 km处，处于线路末端，供电所运维人员及时到达现场查找出故障点，发现故障原因为线路末端某专变用户电缆绝缘击穿故障，造成两相短路，隔离故障点后及时恢复线路供电。线路智能开关故障报文与故障点如图4所示。

图4 案例1现场图

案例2：某供电所雨天发生10 kV配网线路D01智能开关跳闸，经现场查看故障报文为速断保护动作，故障二次电流为13.516 A，电流互感器变比为600/5，折算为一次短路电流为1 621.9 A，该线路长度为4.9 km，经计算故障点约在4.2 km处，供电所运维人员到现场查找故障点，发现有树枝因风碰及两相导线引起开关动作，处理后恢复供电。线路智能开关故障报文如图5所示。

图5 案例2现场图

案例3：某供电所发生10 kV配网线路D03智能开关跳闸，经现场查看故障报文为过流I段出口动作，故障二次电流为10.86 A，电流互感器变比为600/5，折算为一次短路电流为1 303 A，该线路长度为11.2 km。经计算故障点约在9 km处，供电所运维人员去该处查找故障，查找出故障点为接近线路末端的一分支线第一根杆因外力破坏导致倒杆，发生三相短路故障，隔离故障点经抢修线路后恢复正常供电。线路智能开关故障报文与故障点如图6所示。

图6 案例3现场图

8 结语

此方法为配网线路短路故障点的简易计算，运维人员通过嵌入公式的电子表格在手机上可方便计算出故障点，从而提高查找故障点的准确率，大大缩短停电时间，确保电网正常供电。此方法较为简单实用，方便运维人员查找故障，尤其是在偏远山区或是遭遇恶劣天气、隐蔽性故障时，能够准确计算出故障点，迅速隔离故障，快速进行抢修维护，保障了电网的平稳运行，具有进一步推广应用的价值。