多分支高壓電纜線路故障定位技術(shù)研究

陳斯華

摘 要：如今，電網(wǎng)范圍的擴(kuò)大，多分支高壓電纜線路的推廣與應(yīng)用，使得電纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，高壓電纜線路存在多分支問(wèn)題。加之，使用年限的增加與外界環(huán)境影響，絕緣受潮、過(guò)熱、過(guò)電壓等問(wèn)題逐漸暴露出來(lái)進(jìn)而導(dǎo)致大面積停電，影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升。而怎樣對(duì)多分支高壓電纜線路進(jìn)行故障定位，也成為企業(yè)重要研究課題，關(guān)乎著供電穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)效益的高低。

關(guān)鍵詞：多分支高壓電纜線路；故障定位技術(shù)；研究分析

現(xiàn)階段，應(yīng)用多分支高壓電纜線路定位困難，影響范圍較大。結(jié)合具體多分支高壓電纜線路數(shù)值，構(gòu)建仿真計(jì)算模型，模擬電纜各分支故障狀態(tài)得出電流變化狀態(tài)，結(jié)合分支電流波形、幅值、相位等狀態(tài)，分析線路故障區(qū)間，幫助更快確定故障位置。經(jīng)過(guò)建立仿真模型得出：故障位置地線三相電流高、故障范圍連接的接地線電流也隨之增減，非故障相接地線電流降低。并且故障相電流參數(shù)等同于非故障相電流總和。故障點(diǎn)前的干路，接地線電流較高。不過(guò)，三相接地線電流與相位相等。

一、仿真模型的構(gòu)建

因?yàn)楝F(xiàn)階段電纜金屬保護(hù)層環(huán)流是電纜穩(wěn)定運(yùn)行的重要組成部分，發(fā)揮著決定性作用。所以，通常在電纜金屬護(hù)層接地線中安裝檢驗(yàn)護(hù)層電流。接下來(lái)，筆者基于這一理論條件下，對(duì)電纜護(hù)層的接地線搜集電流信息并結(jié)合電流波狀態(tài)，分析電纜的故障區(qū)間。

第一，仿真系統(tǒng)。筆者選擇EMTP程序展開(kāi)仿真，EMTP也是現(xiàn)階段應(yīng)用較多的數(shù)字仿真與電氣人員研究、模仿計(jì)算電力系統(tǒng)的電磁暫態(tài)程序之一。第二，金屬故障段模擬。因?yàn)檠芯磕繕?biāo)為電纜主絕緣擊穿金屬性故障。所以，建模過(guò)程中需要考量電纜排列與交叉互聯(lián)形式，通過(guò)時(shí)控開(kāi)關(guān)模擬主絕緣與電纜聚乙烯護(hù)層的擊穿，擊穿后連接小電阻接地。第三，電源模型。因?yàn)榭剂磕繕?biāo)的電纜，所以線路之前部分選擇發(fā)電機(jī)模型等效。電感與電阻選擇常規(guī)模型參數(shù)。第四，變壓器與負(fù)載模型。因?yàn)檠芯磕繕?biāo)為分支電纜，變壓器、負(fù)載部分可以結(jié)合變壓器容量設(shè)定。第五，電纜模型。單芯電纜模型數(shù)值，單芯電纜選擇64/110kV YJSV型。

因?yàn)?10kV線路在電纜主絕緣擊穿后出現(xiàn)單相接地故障。在故障出現(xiàn)后繼電保護(hù)設(shè)備自動(dòng)跳閘，1110kV與220kV線路從故障出現(xiàn)至繼電保護(hù)時(shí)間距離在120ms-150ms。所以，仿真輸出結(jié)果設(shè)定在100ms之中，該階段時(shí)間中研究線路故障區(qū)間段。

二、雙T線路仿真

110kV高壓電纜的分支“T”接屬于一種創(chuàng)新，目前沒(méi)有成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。基于總體思路、設(shè)計(jì)、項(xiàng)目落實(shí)與投入運(yùn)行后評(píng)價(jià)，在一些一線、二線城市電網(wǎng)改造過(guò)程中，通過(guò)原有裕度較高的主干線為改造的變電站提供電源。這樣一來(lái)，能夠有效節(jié)省經(jīng)濟(jì)投入、如期交工。

城市110kV電纜T接分支線，與結(jié)線上和以往架空送電線中T接直線相近。不過(guò)，因?yàn)樽哌M(jìn)城區(qū)后110kV電纜線路受到影響，進(jìn)行T接線具有一定難度，在其技術(shù)上也不夠成熟，經(jīng)濟(jì)投入較高。某供電站選擇GIS母線室作為110kV電纜分支箱的研發(fā)并非流程性的組合裝配方式，而是把連接為T(mén)接線路的各電纜廠與各單位的高壓終端配件進(jìn)行研發(fā)與工藝技術(shù)分析，制定個(gè)安裝流程讓導(dǎo)體連接、絕緣、密封結(jié)構(gòu)處理等分支箱的技術(shù)問(wèn)題得到處理。基于系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度功能上分析，該種接線形式存在諸多不足，也就是局部停電影響較大。出現(xiàn)故障也會(huì)受到制約。

線路有效運(yùn)行下，各段的線芯電流與護(hù)層電流如表1。

在線路正常運(yùn)行狀態(tài)下，護(hù)層感應(yīng)電流相位、大小相等，與線芯電流有著直接聯(lián)系，電纜分布狀態(tài)、交叉連接形式、相交叉互連段長(zhǎng)度的相近度、接地電阻、土壤電阻率有著直接聯(lián)系。其作用為：電纜線芯下流，交叉互連形式的準(zhǔn)確性，交叉互連段長(zhǎng)度相近、節(jié)點(diǎn)電阻大小。所以，圖一僅是對(duì)圖一線路的接地電流，同時(shí)為一般無(wú)故障線路金屬護(hù)層電流作考量。

三、帶故障線路的仿真

雙T線路分為5段，仿真狀態(tài)下把主絕緣擊穿故障設(shè)置為T(mén)1段、T2段、T3段、T4段。觀察各狀態(tài)下的T階護(hù)層接地電流差別。

第一，當(dāng)故障位置在T1段狀態(tài)下，設(shè)定故障點(diǎn)在T1-L1段A相，運(yùn)行仿真流程。立足于T1段開(kāi)始階段接地線得出：在出現(xiàn)問(wèn)題后，電流有持續(xù)1ms的暫態(tài)過(guò)程。隨后，緩慢穩(wěn)定并和故障相連的金屬護(hù)層電流較大，最高幅值達(dá)到5000A。同時(shí)，非故障相幅值最大幅值也達(dá)到1000A。該階段與正常接地線檢測(cè)的電流波無(wú)較大差別。當(dāng)經(jīng)過(guò)高頻降低后，接地電流參數(shù)較小，幅值通常處于100A內(nèi)。所以，可以結(jié)合故障后接地的電流，確定T1段故障。

當(dāng)故障位置設(shè)定在T1-L2的A相、T1-L3的A相與故障點(diǎn)在B相、C相，檢測(cè)結(jié)果如表2。

當(dāng)故障點(diǎn)在T1-L2段、T1-L3段A相狀態(tài)，T2、T3、T4段接地線檢測(cè)電流波形與T1段，非故障交叉互連段接地線測(cè)得電流相近。因此，結(jié)合接地電流可以順利找到T1段故障。

第二，當(dāng)故障點(diǎn)在T2段時(shí)，T2段第一階段接地線的位置檢測(cè)電流信號(hào)。相對(duì)于T1段故障時(shí)，由T1段接地線檢測(cè)的電流信號(hào)不算相位與幅值大小不同，其他屬性相近。T2段故障為重，T3、T4接地線檢測(cè)電流和T1段，非故障交叉互連段接地線測(cè)得電流相近。T1段接地線檢測(cè)電流和其他狀態(tài)有著較大差別。因?yàn)楣收想娏饕骰仉娫炊耍砷]合的回路。因此，T2段故障電流由T2段初始段接地線流出后因?yàn)榈刭|(zhì)電阻率較高。因此，故障電流將T1段的金屬護(hù)層為回路。由于三相接地電阻相等，因此，接地電流幅值、相位相等。

第三，T3段、T4段故障狀態(tài)下，故障位置在該階段的接地線電流幅值、相位有一定不同。故障段前的之路與故障段后的全部線路，經(jīng)過(guò)觀察接地線的電流可以找出定位故障段。

四、結(jié)語(yǔ)

在電流出現(xiàn)主絕緣擊穿故障，經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)不同階段的接地線電流，可以分析故障范圍。其根據(jù)為：故障段接地線檢測(cè)的護(hù)層三相電流較高，同時(shí)與故障相接的接地線電流較高，非故障相接地線電流較低。同時(shí)，故障相電流參數(shù)相近于非故障相電流總和，檢測(cè)電流參數(shù)在千安級(jí)。故障點(diǎn)前的干路，護(hù)層電流較高。不過(guò)，三相護(hù)層電流相等、相位相等。故障段前的之路和故障端后的每個(gè)交叉互連段，故障后0.5ms中出現(xiàn)高頻的衰減振蕩。通過(guò)短時(shí)間的振蕩后，電流參數(shù)恢復(fù)呈現(xiàn)正常感應(yīng)電流，參數(shù)較低，等于故障段接地電流的1%。

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