配變高壓側斷線故障監測技術研究與應用

廖詩怡，范瑞祥，安 義，潘建兵

（1.華中科技大學 機械科學與工程學院，湖北 武漢 430074；2.國網江西省電力有限公司電力科學研究院，江西 南昌 330096）

0 引言

近年來，由于氣象災害、設備老化、外力破壞等原因，配電線路斷線故障呈多發態勢。斷線故障會導致負荷側三相電壓、電流不再對稱，產生的負序、零序分量將對各類負荷特別是旋轉設備造成嚴重損害。此外，斷線故障還會伴隨接地形成復雜故障，由于難以及時發現，極易導致火災和人畜觸電危害，甚至發展為相間短路故障，擴大停電范圍。國內外曾發生多起由于10 kV 導線斷線造成的群體人員傷亡和重大財產損失事故，引起社會的廣泛關注。如何快速發現斷線故障并采用合理的處置措施成為亟待解決的課題。

目前，配電網相間短路故障檢測技術已相對成熟，接地故障研判逐漸成為近年的熱點，并且已取得較大進展[1-6]。在此基礎上，相關高校與科研院所對斷線故障產生的原因、過程、特征分析以及檢測方法等方面也逐步開展了研究并取得了一定進展。文獻[7-10]分別對不同電壓線路發生斷線故障的原因及過程進行分析，對工作人員分析判斷故障情況具有一定的參考價值。但綜合分析現有斷線故障研究成果，大多存在研判算法復雜，對監測裝置硬件配置與數據采集質量要求高的問題，從而導致相關成果的落地推廣存在困難。

為提升配網斷線故障感知與處置能力，文中提出以配電臺區融合終端為感知單元，以融合終端采集的臺區低壓側電壓異常狀態為判據，通過主動工單自動推送斷線故障信息，從而確保故障得到快速及時的處理。

1 配變高壓側斷線判據分析

目前常用的配變類型為Dyn11與Yyn0類型，根據兩種變壓器的低壓側電壓異常狀態，分析判斷配變高壓側可能出現斷線故障的情況。

1.1 Dyn11型配變高壓側斷線研判

Dyn11型變壓器繞組接線和高壓側向量關系分別如圖1和圖2所示，其中UA，UB，UC表示高壓側三相相電壓，UCA，UAB，UBC表示高壓側線電壓。

圖1 Dyn11配變繞組接線示意圖

圖2 Dyn11配變高壓側相量關系圖

因繞組連接方式，Dyn11型變壓器低壓側相電壓相位應與高壓側線電壓線電壓相位一致。當高壓側B相斷線時，UB=0，此時UAC不受影響，即低壓側的電壓應不發生較大變化。此時變壓器因高壓側B相沒有電壓，斷線出口為空載，幾乎沒有功率產生，則斷線后的高壓側B相繞組將與A 相繞組串聯，最終形成A、C相間有三個繞組的接線形式，如圖3所示。在低壓側則可表現為低壓側c相電壓正常，a、b相電壓之和與c相相當。

圖3 Dyn11型配變高壓側B相斷線后繞組接線示意圖

結合以上原理，依次類推A 相和C相斷線的分析結果，可簡化形成具備工程應用價值的判據。為降低計算量和實時處理要求，當配變低壓側檢測到任意相電壓小于200 V 且不同時小于200 V 后才開始判斷，具體如下：

1）高壓側A 相斷線時，低壓側B相電壓正常（Ub＞200V）且B相為三相電壓最大值，且|Ub－Ua－Uc|＜30V。

2）高壓側B相斷線時，低壓側C相電壓正常（Uc＞200V）且C相為三相電壓最大值，且|Uc－Ua－Ub|＜30V。

3）高壓側C相斷線時，低壓側A 相電壓正常（Ua＞200V）且A相為三相電壓最大值，且|Ua－Ub－Uc|＜30V。

1.2 Yyn0型配變高壓側斷線研判

Yyn0型變壓器繞組接線如圖4所示。在此接線方式下，高壓側UA，UB，UC相電壓相量應與低壓側Ua，Ub，Uc相量相位一致。

圖4 Yyn0配變繞組接線示意圖

當高壓側B相斷線時，B相繞組一端空載，一端為中性點，理論電壓為0，實際電壓為A、C相中性點偏移電壓。中性點電壓此時因B相電壓缺失，僅由A、C相電壓不相等產生偏移。在高壓側，UA和UC相差不大，UB約等于0。在低壓側，因用戶負載存在部分不平衡現象，Ub會有一定的電壓產生，暫時定義為U'b。此時U'b應為Ua、Uc中性點電壓偏移量的值，即U'b=|Ua－Uc|。

結合以上原理，依次類推A 相和C相斷線的分析結果，同樣檢測到任意相電壓小于200 V 且不同時小于200 V 后開始判斷，具體如下：

1）高壓側A 相斷線時，低壓側Ua最小且Ua≈|Ub－Uc|。

2）高壓側B 相斷線時，低壓側Ub最小且Ub≈|Ua－Uc|。

3）高 壓 側C 相 斷 線 時，低 壓 側Uc最 小 且Uc≈|Ua－Ub|。

為簡化計算便于工程實現，約等式部分可統一修正為式（1）進行判斷：

2 基于融合終端的實現架構與應用

臺區融合終端是智慧物聯體系“云管邊端”架構的邊緣設備，具備信息采集、物聯代理及邊緣計算功能。基于前述分析，實施配變高壓側斷線故障判斷只需采集計算配變低壓側電壓，臺區融合終端完全能夠滿足數據采集與計算傳輸的功能。

如圖5所示，在配變低壓側加裝智能融合終端，實現配變低壓側電壓采集功能。利用融合終端的邊緣計算功能，將斷線判別策略以特定APP形式部署于融合終端中。為防止誤報，APP每2 s進行一次檢測，連續三次檢測判斷結果均為斷線故障則生成斷線事件。上述生成的事件通過融合終端自帶的上行采集APP上送至配電自動化主站。當斷線引發明顯接地狀態時，配置有接地故障監控終端的配電線路將接受配電自動化主站的處置策略，同時系統數據還會推送至供電服務指揮系統中，形成主動工單，督促運搶人員快速處置故障。若斷線引發的接地現象不明顯，難以被線路監控終端所判別或線路并未配置相應的監控終端，則上述事件依然會通過供電服務指揮系統形成主動工單，督促運搶人員及時進行現場巡查與處置，極大降低運行風險。

圖5 基于融合終端的配變高壓側斷線故障監測架構

為驗證所提方案的正確性，以PMS歷史臺區數據導入多個臺區的配變高壓側斷線當日低壓側數據，測試表明該方案實現配變高壓側斷線故障0誤判、0漏判，部分案例數據如表1所示。

表1 部分驗證案例數據表

目前，該方案已在部分配置融合終端的配電臺區實現落地應用，如圖6所示。融合終端不僅配置了斷線監測APP，同時還集成了漏電監測、油溫預警等特色APP，極大拓展了融合終端應用功能，以配電變壓器為核心節點，實現了配網運行狀態的精細化管控。

圖6 現場應用圖片及融合終端采集數據

3 結語

為快速判斷處置配電線路斷線故障，文中以電壓為主要判斷依據，詳細分析了配變高壓側不同斷線狀態下對配變低壓側電壓的影響，針對Dyn11和Yyn0兩種常用變壓器給出了適合工程實現的具體判據，同時充分利用配變智能融合終端的邊緣計算功能，將判據編制形成特定APP部署至融合終端中。通過融合終端與配電自動化主站及供電服務指揮系統間的數據交互，形成主動工單指導運搶人員快速合理處置故障，案例校核與現場應用驗證了方法的有效性。文中提出的方法符合能源互聯網建設與應用的技術趨勢，滿足配網現有管理模式與設備配置要求，可隨融合終端的部署廣泛推廣，具備較高的工程實用價值。