基于母線異常電壓的線路單相斷線故障判別

劉同同，綦魯波

(國網山東省電力公司青島供電公司，山東 青島 266001)

基于母線異常電壓的線路單相斷線故障判別

劉同同，綦魯波

(國網山東省電力公司青島供電公司，山東 青島 266001)

110 kV或35 kV線路單相斷線會引起10 kV母線電壓偏移，造成缺相和低電壓運行故障。針對配電網廣泛使用的Yd11接線組別變壓器，推導了高壓側線路單相斷線后10 kV母線的異常電壓特征，提出了基于變電站母線異常電壓的高壓側線路單相斷線判據，并使用MATLAB軟件進行了仿真驗證。結合某地區發生的一起35 kV線路單相斷線故障，驗證了該判據的正確性和實用性。

線路斷線；低電壓；缺相運行；斷線判據；MATLAB仿真

0 引言

電力系統非全相運行是一種不被允許的不對稱運行方式，配電網非全相運行會直接導致客戶三相電壓的嚴重偏移，造成缺相和低電壓事件，從而引起電器大量燒毀和大面積停電事故，影響供電的可靠性和質量。

110 kV/10 kV和35 kV/10 kV是配電網2種主流的電壓變換形式，110 kV和35 kV線路常會受到雷擊、風擺、落物、車輛刮蹭等外力破壞及弓子線接頭發熱、鹽堿腐蝕等惡劣運行環境影響，導致出現單相斷線故障，繼而引發供電區域電壓缺相、低電壓等電能質量惡化事件。

1 Yd11接線主變高壓線路單相斷線異常電壓

圖1 某35 kV/10 kV變電站主接線

圖2 1號主變及高壓側線路三相等值電路

求出高壓側A相各序分量：

由于低壓側為Yd11接線，電壓對稱分量經變壓器后要發生相位移動，設n為變壓器變比，則：

低壓側各相電壓為：

由式(3)可知，主變高壓側線路B相斷線，低壓側C相電壓幅值不變，A，B 2相電壓幅值降為相電壓的一半且與C相相位相反。

同理可推導主變高壓側線路C相斷線或A相斷線時，低壓側滯后相的電壓幅值不變，另外2相電壓幅值降為相電壓一半且與滯后相電壓相位相反，如表1所示。

表1 Yd11主變高壓線路單相斷線母線標出值

由表1可知，Yd11接線主變高壓側線路某相斷線的電壓特征：低壓母線滯后相的相電壓幅值不變，另外2相電壓幅值降為相電壓的一半且與滯后相電壓相位相反。高壓側斷線相的相電流降為0，可作為單相斷線的輔助判據。

2 仿真分析

在MATLAB軟件中搭建模型進行仿真驗證，仿真參數如表2所示。

表2 仿真參數

0.1 s時35 kV線路發生A相斷線故障，斷線后，電流降為0，主變10 kV側B相電壓幅值不變，A，C 2相電壓幅值降為相電壓的一半且與B相電壓相位相反。仿真結果與理論推導一致。

3 實例驗證

2015-01-27，某地區發生一起區域性的客戶停電和低電壓事件，供電系統如圖3所示。220 kV水清溝站35 kV水方甲線配出35 kV海泊河站和35 kV撫順路站。35 kV海泊河站水方甲線為35 kV丙母線進線電源，供3號主變、10 kV丙母線和5條10 kV出線；35 kV撫順路站水方甲線為35 kV甲母線進線電源，供1號主變及10 kV甲母線和4條10 kV出線。故障前35 kV水方甲線負荷為20 MW。

當日18：22，35 kV撫順路站發“35 kV甲母PT絕緣監察報警”“35 kV甲母PT交直流斷線”“低頻低壓減載PT斷線”“備自投PT斷線或失壓”“1號主變測控高壓后備裝置告警動作”信號；35 kV海泊河站發“3號主變保護裝置異常報警”“3號主變10 kV側交直流斷線”信號。同時，配網調控搶修指揮中心匯報收到撫順路和海泊河區域大量客戶電壓異常、低電壓和停電工單。

調度員快速響應，檢查35 kV撫順路站和海泊河站35 kV和10 kV母線電壓、水方甲線電流，其數據如表3所示。

圖3 35 kV水方甲線聯絡結構示意

表3 變電站異常電壓和線路電流數據

從表3可見，35 kV撫順路站和海泊河站10 kV母線電壓B相幅值不變，A，C 2相電壓幅值降為一半，滿足主變高壓側線路A相斷線異常電壓判據；此外220 kV水清溝站35 kV水方甲線A相電流由313 A跌落至2.90 A，進一步說明35 kV水方甲線發生A相斷線故障且斷線位置在主線上。調度員立即通知現場人員對水方甲線巡線，重點巡視21—44號桿架空線路區段，同時迅速轉移35 kV撫順路站和海泊河站10 kV母線負荷，恢復受影響客戶的正常供電。

18：55，線路巡視人員匯報35 kV水方甲線42號桿中相(A相)弓子線燒斷。驗證了調度員對故障類型的分析判斷，證明了基于異常電壓的線路單相斷線判據的正確性。

4 結束語

通過對Yd11主變高壓側線路單相斷線后母線異常電壓的理論推導和仿真計算，總結了單相斷線的判據。故障處置案例驗證了該判據的正確性和實用性，具體結論為：

(1) 對配網中廣泛使用的Yd11接線變壓器，當其高壓側線路某相斷線后，10 kV母線滯后相的相電壓幅值不變，另外兩相電壓幅值降為相電壓的一半且與滯后相電壓相位相反；

(2) 主變高壓側斷線相的電流降為0，可作為單相斷線的輔助判據；

(3) 根據單相斷線的異常電壓判據能夠精準判別故障類型及選相，提高了故障處置效率。

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2 何金良，傅芳偉，陳水明，等.10 kV絕緣導線配電線路斷線機理分析[J].電力建設，2001，22(7)：6-9.

3 王茂成，呂永麗，鄒洪英，等.10 kV絕緣導線雷擊斷線機理分析和防治措施[J].高電壓技術，2007，33(1)：102-105.

2016-12-29；

2017-03-01。

劉同同(1985—)，男，高級工程師，主要從事地區電網調度運行及電力系統安全運行與災害防治工作，email：anlic66@163.com。

綦魯波(1979—)，男，高級工程師，主要從事地區電網調度運行工作。