10 kV配电线路单相故障分析与处理

牛庆达，王强，王文刚，齐仁磊

（国网山东省电力公司青岛供电公司，山东青岛266002）

10 kV配电线路单相故障分析与处理

牛庆达，王强，王文刚，齐仁磊

（国网山东省电力公司青岛供电公司，山东青岛266002）

10kV配电线路发生单相接地或单相断线都会造成母线电压不平衡，由于未专门设置零序保护，只能依靠调度员的判断去处理，若判断不准将造成不应有的损失。基于电路理论分析10 kV配电线路发生单相接地、单相断线后系统电气量的变化规律，从中找出两者区别，并针对调度运行工作提出相应的处理措施，对准确地判断和处理这两类故障具有指导意义。

配电线路；单相接地；单相断线

0 引言

电力系统中性点的运行方式主要有直接接地和不接地（包括经消弧线圈接地）两种［1］。10 kV配电系统位于电力系统末端，担负着为用户直接供电的重任，为提高供电可靠性常采用中性点不接地的运行方式。但在实际运行中，电网监控人员经常监视到10 kV母线电压不平衡现象。

10 kV配电线路分布面广、总长度长、运行环境复杂恶劣，单相接地和断线故障时有发生是造成10 kV母线电压不平衡的主要原因［2］，并导致母线侧PT（电压互感器）三角开口电压升高［3］，严重威胁供电的安全性和可靠性。当PT开口电压值达到电压继电器整定值（一般为20～30V），继电器动作，发出接地信号。由于10 kV线路未专门设置零序保护，在继电器发出接地报警信号后只能依靠调度值班员的判断来处理故障。若接地和断线分辨不清、判断不准，将会造成不应有的损失，甚至扩大事故影响范围。因此，正确区分10kV配电线路单相接地与单相断线有重要的现实意义。

摒弃复杂的对称分量法及复合序网，采用基本电路理论来分析10 kV配电线路发生单相接地、单相断线后系统电气量（电压、电流）的变化规律，从中找出两者的区别。

1 10kV配电线路单相接地时电气量分析

为简化分析，假设10 kV配网仅有一条出线，忽略线路压降及对地导纳支路的影响；电源为三相对称理想电压源，幅值U=E，星形接线，并装有带开口三角的PT用作绝缘监视，中性点N不接地；负荷侧为对称的三角形负载，阻抗大小为Z，未装设PT。

系统正常运行时各相对地电压相等，中性点电压UN为0，系统额定线电压为UL，假设A相发生金属性接地，等值电路如图1所示。

图1 配电线路单相接地时等值电路图

1.1 电压分析

10 kV配电线路A相金属性接地时［4］，故障点处三相电压相量如图2所示。

图2 配电线路单相接地时电压相量图

接地相A的相电压

中性点N的电压

非接地相B、C电压

PT三角开口电压

故10 kV配电线路发生单相金属性接地时，接地相的对地电压降到0；非接地相的对地压升高为线电压，PT三角开口电压U0达到电压继电器动作条件，发出接地信号。

1.2 电流分析

10 kV配电线路正常运行时，三相电压对称，对于三角形负载，线电流是相电流的倍，且相位落后30°。三相线电流为

A相接地后，系统三相电压仍然对称，10 kV配电线路三相线电流为

显然，系统接地前后因三相电压保持对称，所以三相电流值基本保持不变，不会影响对用户供电。

1.3 非金属性接地电气量分析

当线路经过高电阻或弧光接地时，中性点电位偏移，此时电压现象表现为一相降低，但不为0，另外两相升高，大于相电压但达不到线电压，PT三角开口电压大于整定值，继电器动作，发接地信号。

2 10kV配电线路单相断线时电气量分析

假设A相断线，系统三相不再平衡，中性点N电压发生偏移，等值电路图如图3所示。

图3 线路单相断线时等值电路图

2.1 电压分析

忽略线路对地电容时，PT激磁电感比线路对地电容的容抗大的多，此时可认为系统接地点N′落在线电压UBC的中点n上［5］，即n是电势为0的参考点。10 kV配电线路A相断线后故障点处三相电压相量如图4。由图3可知

负荷侧a相的电势恰好和Un相等，故负荷侧a相电压Ua=0。

图4 线路单相断线时电压相量图

由图4中可知配电线路各相电压为

显然，非断线相B、C的电压幅值降为相电压的0.866倍，断线相A的电压幅值升为相电压的1.5倍。PT三角开口U0电压值同样达到继电器动作条件，继电器发出接地信号。

由于10 kV配网不止一条出线，线路对地电容的容抗一般不为0，接地点N′会在N与n之间漂移。配电线路单相断线时，断线相相电压会有所升高，最大升高为相电压的1.5倍，非断线相的相电压会有所降低，最低下降为相电压的0.866倍。

特别指出当断线位置在PT安装位置之前，则电网遥测数据中断线相的相电压数值为负荷侧的电压值Ua，由图4中相量图知其范围为相电压的0～0.5倍。对于一般架空线路而言，对地电容很小，断线相电压值接近于0，这种断线故障最易被误认为是单相接地。

2.2 电流分析

设IN为断线前线电流，由图3计算可求出断线相的线电流IA=0，非断线相的线电流

电流降为故障前的0.866倍。对出线多、电缆线路长的变电站，当架空线路断线对10 kV母线电压影响不大时，电流值的变化可以作为辅助手段用于判断系统是否发生单相断线。

3 单相接地与单相断线的区别及处理方案

10 kV配电线路单相接地与单相断线最主要的区别在于相电压的变化。单相接地时系统相电压一相降低，两相升高，但三相线电压仍然保持对称，对用户供电基本没有影响，一般情况下可继续运行1～2 h；单相断线时系统相电压一相升高，两相降低，破坏了系统的对称性，缺相运行极易烧毁电动机、降低电能质量及供电可靠性，直接影响对用户的供电，继续维持线路运行己没有意义，需立即拉路。故当监控系统发出接地信号时，调度员首先要根据系统相电压的变化判断系统是发生单相接地还是单相断线故障，然后再按相应对策处理。

3.1 单相接地处理方案

造成配电线路单相接地原因大致有［6］：配电变压器台上的熔断器绝缘击穿；导线断线落地或搭在横担上；导线在绝缘子中绑扎或固定不牢，脱落到横担或地上；因风力过大，导线与树木刮擦；配电变压器高压引下线断线搭落在横担上；配电变压器高压绕组单相绝缘击穿或接地；绝缘子、避雷器等绝缘击穿；同杆架设导线上层横担的拉线一端脱落，搭在下排导线上；鸟害；飘浮物（如锡箔纸、铁丝等）及其它偶然或不明原因。

当10 kV配电线路发生单相接地时，监控人员应及时汇报调度员并做好记录。调度员一般可以通过逐条试拉找出接地线路。试拉时要遵循以下原则：先拉架空线路后拉电缆线路；先拉分支多线路后拉分支少线路；先拉较长线路后拉较短线路；先拉负荷轻的线路后拉负荷重的线路。当拉开某条线路时，系统接地信号消失，则该线路就是发生单相接地的线路。找出接地线路后调度员应立即通知变电站运行人员去站内检查设备、通知配电线路运行维护人员巡线、通知高压检查员检查用户设备。在系统未发生谐振前，接地线路一般仍可以继续保持运行1～2 h。

虽然10 kV配电线路单相接地时允许继续向用户供电，但这时非故障相电压会升高，很可能击穿绝缘薄弱点，从而引起两相接地短路故障，对电网设备造成损坏。因此需要在较短的时间内消除接地故障。对于较长线路，为了能及时隔离故障点，可以采取分段试拉判断法［7］将后段线路分段开关断开，如果得知接地故障消除就可以断定接地点在线路后段，缩小巡视范围。

3.2 单相断线处理方案

配电线路发生断线的原因主要有：雷击、恶劣天气导致断线，导线着雷后，往往会从绝缘子处与横担部位闪烁放电，形成电弧烧伤导线；施工质量不过关、导线磨损、运行管理过程中的隐患和缺陷导致断线；机械外力导致断线，例如树枝压断导线、施工挖断导线、车辆穿梭刮断导线、金具和导线盗窃以及温度较低时的导线荷载力会导致线路断线；线路陈旧、瓷横担断裂导致断线；电气作用导致断线，如各种短路故障烧断导线，绝缘导线由于电场不均匀会导致断线［8］。

在线路发生断线故障后，改变了系统网络结构，故障位置负荷侧的电压质量将会受到明显影响，配电网出现大量负序电流，电压将会出现严重不平衡现象，系统的三相对称性遭到破坏，致使三相电路不再平衡，此时维持线路继续运行的状态己经没有意义。同时电动机会因缺相运行而烧毁，降低设备使用寿命，电能质量变坏，供电可靠性降低，影响对用户的直接供电。

当10 kV配电线路发生单相断线时，同样可以逐条试拉找出断线线路。一旦拉开某条线路，系统电压恢复正常时，即可确定此线路为断线线路并应立即拉路［9］。很多时候，对出线多、电缆线路长的变电站，架空线路断线对10 kV母线电压影响不大，电网要带故障运行很长一段时间，此时要结合用户反映情况去判断是否有断线故障。

4 结语

10 kV配电线路发生单相接地与单相断线后系统电气量的变化既有相似点也有不同处，调度员只有熟练掌握两者的区别后才能在系统发出接地信号时做出准确判断并及时排除故障，保证电网安全、稳定、经济运行。

［1］李光琦.电力系统暂态分析［M］.北京：中国电力出版社，2007.

［2］王新建，孙德强.对10 kV母线系统电压不平衡状态的分析［J］.山东电力技术，1998（1）：75-77.

［3］熊信银，朱永利.发电厂电气部分（第三版）［M］.北京：中国电力出版社，2004.

［4］李建刚.10 kV配电线路单相接地故障浅析［J］.科技资讯，2007（8）：18-19.

［5］王庆华.配电线路断线故障的分析［J］.广西水利水电，2011（6）：57-60.

［6］朱亮.10 kV配电网小电阻接地系统单相短路故障及其保护研究［D］.长沙：湖南大学，2011.

［7］周封，王亚丹.10 kV配电线路单相接地故障分析与故障查找［J］.科技信息，2010（6）：89-90.

［8］马腾.10 kV配电线路断线故障检测与定位研究［D］.济南：山东大学，2013.

［9］徐洪喜，封波.一起10 kV线路单相断线故障分析［J］.江苏电机工程，2012，31（6）：15-18.

Analysis and Treatment of Single-phase Fault on 10 kV Distribution Lines

NIU Qingda，WANG Qiang，WANG Wengang，QI Renlei
（State Grid Qingdao Power Supply Company，Qingdao 266002，China）

Either single-phase grounding fault or single-phase disconnection fault on 10 kV lines can cause 10kV bus voltage imbalance.Without zero sequence protection，failure handling depends solely on the judgment of dispatchers，hence wrong judgment would cause more losses.Using basic circuits and the change law of electric power system disturbance，discussed the difference when single-phase grounding fault occurs or single phase disconnection fault for 10 kV lines happens.Corresponding countermeasures are put forth.It has some guiding significance for dispatchers to make accurate judgment.

distribution lines；single-phase grounding fault；single phase disconnection fault

TM726

B

1007－9904（2015）03－0049－04

2014-09-01

牛庆达（1987），男，工程师，从事电力系统运行与控制工作；

王强（1981），男，工程师，从事电力系统运行与控制工作；

王文刚（1973），男，工程师，从事电力系统运行与控制工作；

齐仁磊（1988），男，工程师，从事电气工程相关工作。