10kV配电线路单相断线引起母线电压异常现象分析及仿真论文_游展飞

摘要：本文从一例10kV配电线路单相断线故障引起母线电压异常现象的案例入手，从理论上分析了故障对母线电压的影响，并以负荷不对称的方式建立数学模型对其进行了详细分析。最终得出该类故障发生时母线电压的规律特点，并尝试对故障位置进行定位，总结出一些该类故障判定及快速定位的规律和经验，望能够对配网调度及配网运维提供参考。PSCAD仿真实验证明了本文分析的正确性。

关键词：配电线路；单相断线；故障定位；PSCAD仿真

2016年6月5日，某供电局一110kV变电站发10kV母线接地信号，同时选线装置显示为10kVF1线接地，三相电压分别为：A相8.3kV，B相5.3kV，C相5.3kV。配网调度员初步断定为10kVF1线B相、或C相半接地，并通知运维人员查找故障。但细心分析，如系统发生单相接地，应有两相电压升高，一相电压降低，但现在的情况却是一相电压升高，两相电压降低且相等，即使是弧光接地或谐振过电压其电压变化规律也并非如此。配网调度员开始怀疑系统并非发生了接地故障，接地信号为假信号。带着疑问，配网调度员开展了本文的探讨。

1 故障类型判断

从BC相电压相等可以判断，系统发生了BC相对称的故障，有可能是BC相同时断线故障、BC相间短路故障、BC相间短路接地故障，也有可能是A相断线故障。我们可以很容易排除，若系统发生BC相间短路故障或BC相间短路接地故障，线路会动作于跳闸而非发接地信号；若系统发生BC相同时断线故障，断线后段供电也中断，但也不会出现电压异常现象。唯一可能就是发生了A相断线故障。

2 仿真实验

2.1正常运行时电路模拟图

为证实上述理论分析正确，我们利用PSCAD电力系统仿真软件对理论分析结论进行验证。正常运行时，电路模拟图如下：

图1正常运行时电路模拟图

图中从左往右分别为：理想电源-110kV变压器-10kV配电网-配电变压器-低压电网。其中，在10kV配电网里有6组单相负荷组成两组功率相等的三相负荷。

2.2正常运行三相对称电压波形图

正常运行时，三相电压曲线如下：

图2 正常运行三相对称电压波形图

从上图可知，波形峰值为8.56kV，所以UA=UB=UC=8.56kV/=6.05kV，与实际单相电压相符。

2.3不同位置单相断线模拟图

A相首端、中段、末端缺相运行时，模拟图分别如下：

图3 A相首端缺相运行时电路模拟图

图4 A相中段缺相运行时电路模拟图

图5 A相末端缺相运行时电路模拟图

2.4单相断线电压波形分析

单相断线运行电压波形图分别如下。

2.4.1 A相首端缺相运行时电压波形图分析

图6 A相首端缺相运行时电压波形图

图中可以看出，各相实验测量电压如下：测量得UA=12.85/＝9.08kV

而理论分析结果为＝×6.05＝1.5×6.05＝9.075kV，两者非常接近，断线相相电压升高为正常相电压的1.5倍；测量得UB=UC ＝7.36/＝5.21kV，理论计算结果UB=UC

kV，两者也高度一致；证明了理论分析结果的正确性。

2.4.2 A相中段缺相运行时电压波形图分析

图7 A相中段缺相运行时电压波形图

图中可以看出，各相实验测量电压如下：测量得UA=10.27/＝7.26kV

而理论分析结果为＝×6.05＝7.26kV，两者高度一致；测量得UB=UC ＝7.83/＝5.54kV，

理论计算结果

UB=UC kV，两者也高度一致；证明了理论分析结果的正确性。

2.4.3 A相末端缺相运行时电压波形图分析

图8 A相末端缺相运行时电压波形图

图中可以看出，各相电压与不断线运行一致，证明了理论分析结果的正确性。

2.5 单相断线故障实验结论

配电系统发生单相断线引起母线电压异常时，一般情况下断线相电压会升高，但不高于1.5倍相电压；健全相电压降低且相等，但不低于0.866倍相电压。

3 案例分析

理论分析及仿真实验表明，本文对单相断线运行建立的数学模型是正确的。为此我们可以利用分析结果对引言中的案例进行分析。引言中10kV母线发接地信号，同时选线装置显示为10kVF1线接地，三相电压分别为：A相8.3kV，B相5.3kV，C相5.3kV。从断线相电压会升高，但不高于1.5倍相电压；健全相电压降低且相等，但不低于0.866倍相电压的分析结果我们可以判断该故障为A相断线故障。断线位置可由理论分析得到的公式计算求得。我们不妨把A＝8.3kV或B＝5.3kV，C＝5.3kV代入公式计算，均可得到，即A相断线位置位于距离变电站约0.19倍线路总电气距离处。此时我们可以把断线位置提供给线路维护人员，以便于他们查找故障。该故障最后巡线结果为10kVF1线＃4杆A相断线，实践证明了我们的分析是正确的。

4 对快速查找单相断线故障的建议

4.1 10kV配电网遇到单相断线不接地故障时，配网调度员应仔细观察各相电压的数据及特点。发生单相断线故障时，一般情况下断线相电压会升高，但不高于1.5倍相电压；健全相电压降低且相等，但不低于0.866倍相电压，遇到此类故障通常系统会因零序过压而发接地信号，但电网实际上并非发生接地故障。配网调度员可以利用本文分析结论判定其为单相断线故障，而且可根据电压升高相的幅值判断断线位置，电压上升得越高，断线点离变电站越近，反之则越远。本案例的电压上升得比较高，所以断线位置也比较接近变电站，定位准确度较高。但很多情况下断线点在线路末端，母线电压基本没有变化，我们很难作出准确判断。这

就是该局以往发生单相断线故障却无本案例异常电压记录的原因，是本文分析方法的局限。

4.2.本文以负荷不平衡的方式分析单相断线故障，对该类故障造成母线电压异常作了详细分析，理论分析及PSCAD仿真实验都表明我们分析的正确性。可以为配网调度及配网运行提供判断故障类型的参考，也提出较准确的故障定位方法，是现时设备装置无法准确定位单相断线故障的补充。

4.3 在定位故障时，我们可以利用其它手段辅助定位故障。比如线路各相电流数据，断线相电流一般会下降，我们可以根据下降的程度缩小故障查找范围。在上述方法的基础上，我们在查找故障的时候还可以通过与用户联系的方式定位故障。

4.4 本文所指的线路负荷是指母线所有负荷，并非指单条线路的负荷，请加以区分。对于母线负荷较集中的变电站母线定位准确度较高，请注意适用范围。

5结束语

在小电流接地系统中，10kV配电网单相断线故障比较常见，比如线路直接断线、断跳弓、断引线、开关缺相运行、高压保险单相熔断等，约占配电线路故障的三成。在单相断线故障中，若断线后电源侧接地，调度自动化系统将发接地信号；若断线后不接地或负荷侧接地，调度自动化系统一般情况下不发接地信号，但也有可能发接地信号，调度自动化系统发接地信号未必证明电网一定存在接地故障。为区分单相断线后线路不同断点对系统电压的不同影响，本文以负荷不平衡方式分析了10kV配电网单相断线故障，总结出一些该类故障判定及快速定位的规律和经验，望能够对配网调度及配网运维提供参考，达到快速查找故障，快速复电的目的。

参考文献：

[1] 毕淑娥.电路分析基础[M].北京:机械工业出版社,2010:151-152.

[2] 何仰赞，温增银. 电力系统分析（下册）[M]. 武汉：华中科技大学出版社，2002：105.

作者简介：游展飞 ，（1984.4-），男，汉族 ， 广东佛山，大学本科，工程师，电力调度运行方式专责，研究方向：电力调度运行控制。

论文作者:游展飞

论文发表刊物:《电力设备》2019年第22期

论文发表时间:2020/4/13

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