10kV配电网相间短路故障定位措施探讨

10kV配电网相间短路故障定位措施探讨

洪鸿

广东正超电气有限公司     广东汕头     515000

摘要：10kV配电网中长期以来都存在着迅速隔离故障与供电可靠性之间的矛盾，本文介绍了配网的接线模式，对不同接线模式下的相间短路故障定位方法以及供电恢复策略进行了探讨，以期为电力行业人士提供一些参考。

关键词：10kV配电网；相间短路；故障定位

目前我国电力系统的发电、输电、变电三大系统已经比较成熟，但配电网仍处在发展阶段，考虑到电力系统运行的可靠性和多样性，目前为止还没有一种有效且全面的方法来处理各种电力系统故障。

10kV配电网的主要故障类型为单相接地故障和相间接地短路故障，其中单相接地故障若不能及时处理，将发展成相间接地短路故障，而相间短路的危险性更大。因此，对相间短路进行精确的定位与隔离，可以提高供电公司的经济效益，降低用户停电损失。

1.配电网接线方法与模式

10kV配电网按供电形式、负荷状况和运行状况分为架空线路、电缆线路和开关线路。架空线路有两种接线方式，分别是开环连接和闭环连接，详见图1；电缆线路可分为单环网、双环网、多电源环网、双射式、对射式和闭环型，一般采用开环工作方式；图2所示的开关站接线模式，适用于负载密集地区的电力供应。

图1接线方式

图2开关站接线方式

2.配电网相间故障定位方法

通常情况下，可以将配电网相间短路故障划分为区域内相间短路故障和区域间相间短路接地故障。区域内故障指相间短路发生在同一点；区域间故障是指两相接地不在同一点，一般是由于某一区域内的单相接地故障电流过大或长时间存在，导致非故障相的对地电压升高，绝缘薄弱点被击穿，发展成另一区域的另一相接地，与原故障相短路。

区域内相间短路故障的定位方法有：

方法一：在开环运行的线路中，当某一区域的某一端点显示有短路电流，而其他端点无此信息，表明该区域发生了相间短路故障；当其他端点也有一条或多条短路信息时，则表明故障位置不在该区域。

方法二：在闭环运行的线路中，当某一区域的端点显示有短路电流，且所有故障功率指引方向均为区域内部，表明该区域发生了相间短路故障；如果一条或多条短路端点信息显示它的故障功率指引方向为区域外部，则表明故障不在这一区域[1]。

对于区域间相间短路故障的定位则应分别分析短路接地的每个相别,再根据以上两种方法进行相应的判断。

3.多重区域相间故障的定位

3.1多重区域相间短路故障的定位

多个区域中存在连接关系的线路，有两个区域同时发生相间短路故障，则无法准确定位相间短路故障点，反之，多个区域中存在连接关系的线路，在单一区域内发生相间短路故障则可以准确定位。

3.2多重区域相间短路接地故障的定位

如果多个区域出现了不同的接地故障，且出现接地故障的区域存在连接关系，则无法准确地判断接地故障的具体位置。只要准确定位各个相位的接地位置，且区域间没有连接关系，就可以区分出各个区域的接地故障。

3.3故障容错分析

在收集到的故障信息准确、全面的前提下，能够准确地定位故障点，但由于配电线路主要分布在户外，相应的配电设备和地区之间的通讯网络对故障信息的上报，可能存在漏报、误报等问题。所以，要正确地定位短路故障，必须根据上述的定位技术，建立相应的容错机制。

3.4包含分布式电源的故障定位

基于故障电流的特点，上述3.1和3.2两种常用的故障定位方法同样适用于带有分布式电源的配电网中。当配电网自动化设备不具备方向性元件时，可以通过重合闸，结合分布式电源脱网的相关特征进行故障定位，其具体实现步骤如下：调整重合闸的延迟时间，一般为2.5～3.5秒；短路保护装置在发生短路故障时驱动断路器跳闸；2s后该段线路上的分布式电源将逐渐与主网脱离；断路器跳闸后经延迟时间重合，若为瞬时性故障，则在重合时恢复全线路的供电；若为永久性故障，则在重合时再次发生跳闸。配电系统会依据所获得的信息判断故障是否由分布式电源引起的，然后结合采集的电流信息，利用相应的定位方法确定故障点的位置。

3.5主站的相间短路故障定位流程

在发生相间短路故障后，配电自动化主站从自动化终端接收信息，是否存在分布式电源、线路容量大小、故障电流信息、开关状态（合闸或分闸）信息以及变电站开关状态、保护动作信息、重合闸或备自投动作信息等。主站根据上述信息及线路运行状态启动保护策略，线路上从变电站出口到故障点的所有配电自动化终端均采集到故障信息，而故障点后的配电自动化终端未采集到故障信息，则配电自动化主站结合网络拓扑判断出故障区间，并遥控开关操作，实现故障的隔离。

4.恢复供电的策略

4.1即时恢复供电

即时供电恢复是指根据发生故障时的非故障区域电流负荷，结合电网的剩余负荷分布，合理地制定非故障区域的供电恢复策略。在故障区检修时，供电恢复区域的负荷会发生变化，甚至造成超载。因此，即时恢复供电策略在采用后并不能保证效果。

4.2短时恢复供电

短时电力恢复是指在电力系统故障修复过程中，预测非故障区域电流负荷的变化，恢复非故障区域供电。主要有以下两种恢复方案：（1）合理预测短期负载，寻找符合电网负荷极限的策略，但此方案算法复杂，运算量大。(2)根据历史统计数据，预测线路检修期间出现最大负载的时段，以此制定短时供电恢复策略，对非多重故障可利用启发式算法进行相应的计算。

4.3最小甩负荷恢复供电

在紧急状态下实现以甩负荷最小为目标的供电恢复策略，能恢复尽可能大范围和关键用户的供电。

4.4模式化恢复供电

大量研究与实践表明，设置备用线路、多分段等多种模式化的线路连接方式可以有效利用备用容量，用于故障发生时的应急储备，有助于进一步提高对配电设备的使用效率。

4.5区域间两相短路接地供电恢复

区域间两相短路接地故障点处于存在连接关系的两个不同区域，对于老旧线路，存在设备老旧、线路绝缘层老化问题，应首先对发生接地故障的两个区域进行有效地隔离，然后再恢复非故障区域的电力供应；对于新建线路，尚具有良好的绝缘性能，可以仅将其中一个接地故障区域单独隔离，然后再对非故障区域进行供电恢复[2]。

4.6供电恢复策略的综合应用

在配电网发生失压、相间短路、断路器跳闸等情况下，配电自动化终端将故障信息发送给配电自动化主站，主站进行定位、分析，最终确定供电恢复方案[3]，下面是对处理流程的简单介绍：

(1)识别出故障的区域，当故障发生于电源线路时，进行（2）步；反之，判断为母线电压下降，则进行第（6）步。

(2)根据零序电压判定故障是否为两相短路接地故障，是则采取相应的供电恢复策略；反之则进行第（3）步。

(3)根据所判断的故障位置确定其是否处于模式化的接线网络中，是则进行对应的供电恢复策略；反之则进行第（4）步。

(4)决定是否能够计算出可行、有效的短时供电恢复策略，并在故障检修期间避免超载；相反则进行第（5）步。

(5)确定能否制定出有效的即时供电恢复策略，若实施过程中出现过载现象则进行第（6）步进行甩负荷，或直接进行第（6）步。

(6)进行甩负荷，尽量使电力恢复到最大。

结束语：10kV配电网的相间短路是最常见的故障之一。在配电线路出现故障时，要正确定位故障，判断故障类型，迅速隔离故障和制定非故障区域供电恢复策略，并在恢复非故障区域供电时避免线路的过载运行，以提高供电可靠性，降低供电公司和用户因停电带来的经济损失。研究人员还应不断提升自身技术水平，提高对故障定位和供电恢复技术的综合应用能力。

参考文献：

[1]黄晶晶.10kV配电网运行中的常见故障与解决措施[J].农村电工,2022,30(08):39-40.

[2]姜超骏.10kV配电网相间短路故障定位措施[J].电工技术,2020(21):78-79.

[3]刘振,周耀东,朱蕖芳,周野,潘春玲.浅析10kV配电网常见故障及防范措施[J].中国管理信息化,2021,21(24):103-104.