一起10kV 配電網(wǎng)單相斷線故障分析與處理

王天霽，錢程亮，陳維佳

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司南京市江北新區(qū)供電分公司，江蘇 南京 210000）

配電網(wǎng)是提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率與保證供電質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。近年來配電網(wǎng)單相斷線故障呈現(xiàn)多發(fā)態(tài)勢(shì)，斷線故障相較常見短路故障而言，故障特征較為隱蔽，不易被自動(dòng)化設(shè)備識(shí)別，查找難度較大。此外，配電網(wǎng)斷線情況下可能激發(fā)斷線諧振，不僅會(huì)導(dǎo)致電力設(shè)備損壞，還可能引發(fā)連鎖故障。但在當(dāng)前配電網(wǎng)故障處置流程中，對(duì)單相斷線故障特征及危害缺乏了解，尚無流程化的故障初判、故障點(diǎn)排查處置策略。因此，本文分析一起較為復(fù)雜的10kV 配電網(wǎng)單相斷線故障，分析故障產(chǎn)生原理，反思故障搶修過程中暴露的問題，總結(jié)單相斷線故障應(yīng)對(duì)策略及斷線諧振識(shí)別、抑制方法，及后續(xù)運(yùn)維提升措施，這對(duì)于提高運(yùn)行維護(hù)水平、保障配電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行具有重要意義[1]。

1 故障簡(jiǎn)況

2023 年04 月04 日11 時(shí)57 分，35kV 張村變10kV母線電壓不平衡。故障點(diǎn)為高北線#81 桿C 相銅鋁線夾斷裂。由于短信告知為單相接地故障，影響故障類型判斷，導(dǎo)致查找故障時(shí)間極長(zhǎng)，搶修過程中多次試送失敗，影響用戶用電感知。又由于混合線路結(jié)構(gòu)特殊性，容性負(fù)載與感性負(fù)載大致相等，柱上開關(guān)合閘時(shí)進(jìn)一步激發(fā)系統(tǒng)斷線諧振，母線相電壓升高至約2.5倍額定電壓。

2 故障處理過程

2023 年4 月4 日11 時(shí)57 分，35kV 張村變Ⅰ段母線電壓不平衡，同時(shí)10kV 高北線有用戶反映失電。

12 時(shí)39 分，匯報(bào)調(diào)度拉開高北線P1701 開關(guān)后，母線電壓正常，此時(shí)判斷故障點(diǎn)位于高北線P1701后段。

13 時(shí)27 分，經(jīng)運(yùn)維人員查線，高北線全線未發(fā)現(xiàn)明顯故障點(diǎn)。匯報(bào)調(diào)度拉開P1731 開關(guān),合上P1701開關(guān)試送，此時(shí)線路后段有4.4kM 電纜線路。試送后母線電壓異常，立即拉開P1701 開關(guān)，母線電壓恢復(fù)。

14 時(shí)58 分，匯報(bào)調(diào)度拉開P1744 開關(guān)，合上P1731開關(guān)，合上P1701 開關(guān)再次試送，線路后段仍有電纜線路。試送后母線電壓異常，立即拉開P1701 開關(guān)，母線電壓恢復(fù)正常。此時(shí)判斷故障點(diǎn)位于P1701 至P17 44 之間。

15 時(shí)36 分，匯報(bào)調(diào)度保持P1744 開關(guān)在分位，合上P1303 開關(guān)，此時(shí)P1744 開關(guān)后段無電纜線路，母線電壓正常，高北線后段負(fù)荷由龍北線轉(zhuǎn)供。

17 時(shí)36 分，P1701至P1744開關(guān)之間線路查無問題，匯報(bào)調(diào)度將高北線P1701 開關(guān)至P1744 開關(guān)之間所有負(fù)荷斷開，合上P1701 開關(guān)，此時(shí)電纜線路全部隔離，試送空載線路成功，并開始逐個(gè)用戶試送。

18 時(shí)00 分，匯報(bào)調(diào)度合上高北線#3 環(huán)網(wǎng)柜101 時(shí)，試送電纜線路，母線電壓異常。立刻拉開高北線#3 環(huán)網(wǎng)柜101，電壓恢復(fù)正常。

18 時(shí)08 分至18 時(shí)33 分，依次合上高發(fā)支#10 桿令克、P1730、J1713、J1729，試送單個(gè)變壓器，送電正常。送電后，現(xiàn)場(chǎng)告變壓器均缺一相電，故一組人員向線路前段查線。

18 時(shí)42 分，調(diào)度告母線電壓異常，停止送電。

19 時(shí)09 分，現(xiàn)場(chǎng)查高北線#81 桿C 相銅鋁線夾斷裂，需停電處理。

19 時(shí)18 分，匯報(bào)調(diào)度后，現(xiàn)場(chǎng)拉開P1724 開關(guān)對(duì)高北線#81 桿進(jìn)行處理。

20 時(shí)07 分，缺陷處理結(jié)束，匯報(bào)調(diào)度合上P1724，送電正常。

20 時(shí)42 分，匯報(bào)調(diào)度合上P1744 開關(guān)，拉開P1303開關(guān)，高北線恢復(fù)運(yùn)方，供電正常。

3 故障分析

3.1 銅鋁線夾斷裂分析

單相斷線故障原因?yàn)楦弑本€#81 桿C 相銅鋁線夾斷裂。從設(shè)備本體看，斷裂發(fā)生在銅鋁過渡連接處，斷口平整，并非在螺栓處或壓接處斷開，較大可能為產(chǎn)品質(zhì)量問題。從設(shè)備運(yùn)行環(huán)境看，該銅鋁過渡線夾用于電纜線路與架空線路連接處，外部有絕緣護(hù)套包裹，因此可以排除運(yùn)行中環(huán)境因素影響。

“最后一把？好，我也就仗義一回，我還用這五十萬和你賭，值吧？唉呀，五十萬贏一個(gè)借條，我怎么就這么仗義呢？”

根據(jù)DL/T 346-2010《設(shè)備線夾》規(guī)定，多種焊接方式均可應(yīng)用于銅鋁過渡線夾制作。其中，閃光焊及摩擦焊兩種焊接方法生產(chǎn)的線夾稱為對(duì)接型式線夾。此類線夾由于工藝原因在銅鋁對(duì)接處存在焊縫，強(qiáng)度取決于焊接工藝，若焊接工藝較差，可能導(dǎo)致線夾斷裂。而其他種類銅鋁過渡線夾采用銅覆蓋于鋁的結(jié)構(gòu)處理銅鋁過渡部分，因此不會(huì)產(chǎn)生焊縫[2]。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)故障點(diǎn)分析，該銅鋁線夾有整齊斷口。顯然銅鋁線夾斷裂具體原因是該金具制作時(shí)未采用性能較好的爆炸焊等方式進(jìn)行焊接，而用對(duì)接焊、摩擦焊或釬焊法，造成連接處導(dǎo)電性能不佳且結(jié)合強(qiáng)度不高，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后發(fā)生斷裂，導(dǎo)致本次故障。

3.2 單相斷線導(dǎo)致母線電壓不平衡分析

故障發(fā)生時(shí)，由于發(fā)生單相斷線故障，導(dǎo)致母線電壓三相不平衡（UA=6.5kV,UB=4.6kV,UC=11kV）。故障特征表現(xiàn)為故障相C 相電壓升高，正常相電壓略微降低?，F(xiàn)簡(jiǎn)要分析其電壓不平衡原理。

在通常情況下，Yψ（ψ=A,B,C）中的電容電納遠(yuǎn)大于泄漏電導(dǎo)，因此計(jì)算時(shí)可忽略處理。式（3）可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：

系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，網(wǎng)架三相參數(shù)對(duì)稱。發(fā)生斷線故障后，系統(tǒng)C 相對(duì)地電容減小，以極端情況為例，假設(shè)系統(tǒng)僅一條出線，該線路出口處C 相斷線后CC=0，則此時(shí)，10kV 中性點(diǎn)不接地（經(jīng)消弧線圈接地）系統(tǒng)，Eψ=5.8kV,一 相 斷 線 時(shí)極 限 值 為=2.9kV。設(shè)C相斷線，則（UA=5kV,UB=5kV,UC=8.7kV），與實(shí)際情況電壓較為接近。

根據(jù)上述原理判斷，11時(shí)57分（UA=6.5kV,UB=4.6kV,UC=11kV），18時(shí)42分（UA=5.3kV,UB=5.8kV,UC=11kV），均為斷線導(dǎo)致母線電壓不平衡。

3.3 斷線故障引發(fā)鐵磁諧振

兩次試送P1701開關(guān)時(shí)均出現(xiàn)兩相過電壓（UA=7kV,UB=14kV,UC=15kV），結(jié)合電壓特征及故障實(shí)際情況，判斷此時(shí)為斷線諧振。

電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行條件下，電感、電容串聯(lián)回路中感抗大于容抗，由于出現(xiàn)某種因素電感兩端電壓有所升高，使鐵芯飽和，感抗減小，當(dāng)感抗變得小于容抗的時(shí)候，電路相位從感性變?yōu)槿菪?，形成相位翻轉(zhuǎn)。這時(shí)回路中的電流忽然升高，電容、電感上的壓降也突然升高，形成過電壓。

在中低壓配電網(wǎng)中，采取中性點(diǎn)不接地（經(jīng)消弧線圈接地）方式，若發(fā)生斷線故障，將組成復(fù)雜多樣的非線性串聯(lián)諧振回路，導(dǎo)致出現(xiàn)諧振過電壓。此次故障中，10kV 高北線為混合線路，合斷路器試送時(shí)，儲(chǔ)能元件之間參數(shù)發(fā)生匹配，引起諧振現(xiàn)象，產(chǎn)生諧振過電壓。

4 暴露的問題及提升措施

4.1 銅鋁過渡線夾

銅鋁過渡線夾方面暴露的問題：一是銅鋁線夾斷裂發(fā)生在銅鋁過渡連接處，斷口平整，并非在螺栓處或壓接處斷開，較大可能為產(chǎn)品質(zhì)量存在問題，具體表現(xiàn)為產(chǎn)品在工廠設(shè)計(jì)選型、制造階段工藝較為粗糙，未能達(dá)到運(yùn)行要求。二是故障線夾只印有型號(hào)，無廠家標(biāo)示，無法追究廠家責(zé)任，反映出運(yùn)維人員在設(shè)備投運(yùn)前驗(yàn)收階段存在疏忽。三是根據(jù)運(yùn)維臺(tái)賬顯示，近一個(gè)月時(shí)間內(nèi)，運(yùn)維人員未對(duì)該處銅鋁線夾進(jìn)行紅外測(cè)溫及局放檢測(cè)，導(dǎo)致發(fā)展為單相斷線故障[3]。

根據(jù)以上問題，相應(yīng)的提升措施：一是在設(shè)計(jì)選型階段應(yīng)選用釬焊工藝制作的銅鋁過渡線夾。若選用其他種類焊接工藝制作的線夾，應(yīng)有型式試驗(yàn)合格證明。二是在施工及交接試驗(yàn)階段，為預(yù)防開孔影響線夾強(qiáng)度，在對(duì)線夾開孔作業(yè)時(shí)，廠家應(yīng)給出指導(dǎo)意見并確保作業(yè)后設(shè)備線夾無開口性缺陷。三是在日常運(yùn)行階段，應(yīng)由運(yùn)維人員定期進(jìn)行紅外測(cè)溫及局部放電檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)結(jié)果異常的設(shè)備應(yīng)及時(shí)記錄，并擇機(jī)更換。各單位采購的新設(shè)備線夾，驗(yàn)收時(shí)若發(fā)現(xiàn)不合格線夾應(yīng)及時(shí)退換，從根本上避免由于質(zhì)量不佳造成的線夾斷裂事故。

4.2 單相斷線故障研判及處置流程

故障搶修過程反映出配電運(yùn)維人員對(duì)單相斷線故障的故障特征、故障排查方式、重點(diǎn)均較為陌生，故障處置流程中對(duì)單相斷線情況準(zhǔn)備不足?，F(xiàn)有設(shè)備對(duì)單相斷線故障無研判和排查功能。具體表現(xiàn)：一是故障發(fā)生時(shí)故障告知短信根據(jù)母線電壓不平衡，判斷故障為單相接地，并發(fā)送短信告知配電運(yùn)維人員。研判與實(shí)際情況不符，影響運(yùn)維人員判斷。二是故障查找過程中，未意識(shí)到單相斷線故障可帶電運(yùn)行的特點(diǎn)。因此故障查找過程中，主要排查P1701 后段線路，而故障點(diǎn)實(shí)際位于P1701 柱開前段，始終帶電運(yùn)行。

相應(yīng)優(yōu)化措施：一是優(yōu)化故障初步研判流程，對(duì)于電壓不平衡情況，根據(jù)三相電壓特征、中心點(diǎn)接地方式，分類為單相斷線、單相金屬性短路與單相高阻接地故障。二是加強(qiáng)理論知識(shí)學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)到單相斷線故障可帶電運(yùn)行。若斷線點(diǎn)位于線路末端，對(duì)電壓無顯著影響。因此不能僅排查失電部分線路，應(yīng)全線排查，并綜合利用用采系統(tǒng)信息，排查故障范圍。

4.3 斷線諧振識(shí)別及抑制措施

斷線諧振故障研判中暴露出三點(diǎn)問題：一是當(dāng)電壓升高造成合閘電流聲較大時(shí)，結(jié)合母線電壓過高，運(yùn)維人員未能判斷出線路諧振，反而誤判故障點(diǎn)位于柱開后。二是對(duì)混合線路中電纜線路處理沒有相應(yīng)的方法，故障試送流程混亂。三是多次試送，造成母線電壓升高，極易引發(fā)次生故障[4]。

對(duì)于以上問題，提升措施：一是從理論角度加強(qiáng)斷線諧振原理學(xué)習(xí)。二是針對(duì)斷線諧振編寫事故預(yù)案，預(yù)先確立試送流程，避免多次試送。三是后續(xù)研發(fā)基于DSP 的斷線諧振識(shí)別及抑制裝置，輔助運(yùn)維人員判斷故障類型[5]。

5 結(jié)語

配網(wǎng)單相斷線故障原因多樣，故障特征隱蔽，故障查找較為困難。因此，處理此類故障需要配電運(yùn)維人員加強(qiáng)電力系統(tǒng)理論知識(shí)學(xué)習(xí)，完善故障查找及處置流程，從人員行為、自動(dòng)化設(shè)備輔助功能、一次設(shè)備驗(yàn)收等多個(gè)方面提升日常運(yùn)維及故障應(yīng)對(duì)水平，在減少斷線故障發(fā)生概率的同時(shí)，提高故障處理的效率，最大化縮短停電時(shí)長(zhǎng)。