10 kV架空線路故障核查技術應用分析

陳余，董濤，趙海波，趙彪，張偉，楊建康，王科

（1.云南電網有限責任公司大理供電局，云南 大理 671000；2. 云南電網有限責任公司電力科學研究院，昆明 650217；3. 云南電網有限責任公司大理鶴慶供電局，云南 鶴慶 671500；4. 云南電網有限責任公司紅河石屏供電局，云南 石屏 662200）

0 前言

某電力線路特點是：線路長、輻射廣、分支多、以裸線為主[1-3]。云南樹木生長茂盛、雷電頻繁、局部大風、溫差大，線路跨越海拔變化大，處高原山地、峽谷地形等復雜環境。另一方面，10 kV配網線路自動化程度低，故障指示器也沒有大面積輻射安裝，發生故障后還是需要人工全線查找，勞動強度繁重。

目前10 kV架空線路故障查找多數采用“二分法”，從變電站出線開關處逐級斷開、分段試送，或利用絕緣搖表逐級測試結合人工登桿檢查。主要存在以下缺點：分段試送較繁瑣，分支越多越麻煩，不容易精確定位，且試送電風險較高；搖表容量有限，要將線路反復多次切割后逐段測試，且對高阻接地、內部接地故障和較長線路測試效果不佳，搖表的測試結果難以判斷線路的狀態。人工登桿檢查耗時耗力，伴有潛在的高墜風險[4-6]。

1 故障查找和判定儀器功能

10 kV架空線路故障以相間短路出口開關跳閘啟動，瞬時故障重合后恢復，永久故障重合后跳開或分段隔離，故障排查一般從相地絕緣入手[7]。

現從目前市面上純架空線路故障查找和判定的主流儀器設備：故障查找儀、直流試送儀、故障查找儀與直流試送二合一儀器進行技術分析。

1.1 故障查找儀

1.1.1 技術原理

故障查找儀又稱故障定位儀，其技術原理是線路發生接地故障，在停電不做安全接地工況下，高壓信號源向故障線路注入一定功率的正弦波信號，該信號通過接地點流向大地，最終回到信號源接地處，即信號源、線路、接地點和大地之間形成回路，通過電流鉗表在線路任意位置檢測該信號的存在與否，判斷故障點的方向與故障相別[8]。故障查找儀是由高壓信號源（主機）、電流檢測儀、電流檢測器三部分組成。

1）高壓信號源（主機）：在故障線路停電狀態下，該裝置向10 kV故障線路注入檢測信號，用以檢測接地故障。

2）電流檢測儀：為手持可移動測量裝置，檢測異頻電流信號用于定位單相接地點。

3）電流檢測器：用于接收并顯示信號采集器發送異頻電流、負荷電流和鉗表電壓及本機電壓等測量數據，確定故障點方向及位置。

圖1 故障查找儀技術原理

1.1.2 技術分析

1）信號輸出：由于高壓直流信號、高壓50 Hz工頻信號會對電流采集信號有干擾，而高壓高頻信號會受線路分布電容的影響，導致功耗加大。高壓低頻信號會受電源變壓器磁芯截面影響，導致裝置重量增大。因此故障查找儀輸出信號以高壓異頻（接近50 Hz）的正弦波電壓信號為宜。

2）參數選擇：查找故障都在戶外，使用電池供電，便于攜帶和移動；輸出電壓盡量接近運行工況，采集判據的電流信號不能太弱，否則難以識別“軟故障”，難以區分電容的“泄露”影響。據此故障查找儀的參數范圍應為：功耗百瓦級，輸出電壓3～6 kV，信號頻率非50 Hz，電流百mA級并盡可能大，電流采集精度mA級，內部阻抗百kΩ級以內[9]，電池供電能持續工作時間一天以上。

3）判據分析：對故障線路三相同時施加高壓異頻正弦波信號，判斷注入點兩側A、B、C三相電流之和等于注入信號的電流值，通過橫向比較，三相電流相差較小時可基本判斷該方向無故障，若某一相與其余兩相的電流值差異較大時則可判斷為故障相，采用二分法逐步逼近故障點。

故障查找儀的優勢在于：對于單相接地中的軟故障有效；無需解開引流線；無需斷開分支線開關或拉開臺區中配變的高壓熔斷器；通過絕緣桿操作，無需登桿；利用大容量電池電源，整體裝置便攜，易于戶外持久使用；裝置還可利用一組或多組信號采集接收器，可進一步提高查找速度。

1.2 直流試送儀

1.2.1 技術原理

應用直流試送的方法，對配電線路施加一個與運行電壓等效的對線路無破壞的電壓，得出一個定性結果，判斷線路是否滿足送電條件[10]。

圖2 直流試送儀技術原理

1.2.2 技術分析

1）信號輸出：裝置輸出為高壓直流信號。

2）參數選擇：10 kV線路的相電壓的有效值5.77 kV，最大值約為8.13 kV。而根據現場實際測試經驗，配電線路無論長短和天氣情況，泄漏電流從未超過100 mA[11]。因此裝置的參數范圍應為：功耗不超過kW，輸出電壓8 kV，輸出電流0-100 mA為宜；應使用大容量電池供電，便于配網線路戶外試送工作。

3）判據分析：通過直流發生器能輸入8 kV直流電壓，判定此段線路正常；直流輸入過程中，保護動作，判定此段線路有故障。

直流試送儀判別方法簡單直觀，但是只能定性判斷線路有無接地故障，不能實現故障定位，若要判斷線路的接地故障相位，還需要斷開變壓器；且裝置功耗較大，需要外接電源。

1.3 直流試送與故障查找二合一儀器

兼具直流高壓輸出與異頻正弦波輸出特點，其電流采集裝置具備交直流信號采集功能，在故障判斷時，可依據直流、交流兩種工況進行綜合判斷，準確率較高。

可利用直流試送功能對線路進行定性測試，判斷是否存在永久性故障；對存在永久性故障的線路采用故障查找功能進行故障定位，對特殊故障情況可采用直流故障定位輔助判斷；對故障隔離、處理后再用直流試送功能判斷是否具備送電條件，綜合使用提升配網線路故障查找及恢復的效率。

1.4 儀器對比分析

三種故障查找儀器的技術對比見表1，通過對比可以看出二合一儀器兼具故障查找儀和直流試送儀的功能，且重量只比直流試送儀重2 kg，具有較強的技術優勢。

表1 三種故障查找儀器技術對比

2 二合一儀器測試應用

某局10 kV線路故障跳閘，采用直流試送功能對線路進行判斷故障，僅能升壓至800 V，說明線路故障未消除。

圖3 某局10 kV線路故障查找圖

采用故障查找功能，在線路中段①點處注入交流高壓異頻信號，負荷側三相電流遠大于電源側三相電流，說明故障在負荷側，疑為三相短路接地故障或線路整體絕緣偏低，繼續往負荷側查找故障。

在②點處注入交流高壓異頻信號，負荷側三相電流仍遠大于電源側三相電流，說明故障仍在負荷側，繼續往負荷側查找故障。

在③點處注入交流高壓異頻信號，此處有2個分支，在主線上注入電流，分支1電流三相均為3 mA；分支2電流三相均為6 mA。主線電源側電流三相均為25 mA；主線負荷側電流三相均為45 mA。兩個分支的電流較小，主線負荷側電流較大，說明分支1和分支2無故障，繼續往負荷側查找故障。

在④點出測量交流高壓異頻信號，此處有1個分支，分支電流三相均為40 mA；主線負荷側電流為A：10 mA、B：8 mA、C：9 mA，分支電源遠大于主線電流，說明故障就在此處的分支上。

繼續測量④處分支線的電流值，沿線巡視發現在該分支#4桿和#5桿之間有樹枝搭在線路上，造成三相接地故障。排除故障后，采用直流試送功能對線路直流試送，電壓加到8 kV無異常，說明故障已消除，具備送電條件。申請對線路送電，送電成功。

該線路總長約80 km，帶配電變壓器負荷約50臺，此次故障查找用時4小時。

3 結束語

故障查找儀能對線路金屬接地、高阻接地快速查找定位，縮小故障查找區域；直流試送儀使用簡單方便，直觀的反映線路故障情況；二合一儀器兼具兩種方法的優點，兩種功能互為補充，綜合使用可提升故障查找效率、減輕搶修人員的工作強度。