基于母线异常电压的线路单相断线故障判别

刘同同，綦鲁波

(国网山东省电力公司青岛供电公司，山东 青岛 266001)

基于母线异常电压的线路单相断线故障判别

刘同同，綦鲁波

(国网山东省电力公司青岛供电公司，山东 青岛 266001)

110 kV或35 kV线路单相断线会引起10 kV母线电压偏移，造成缺相和低电压运行故障。针对配电网广泛使用的Yd11接线组别变压器，推导了高压侧线路单相断线后10 kV母线的异常电压特征，提出了基于变电站母线异常电压的高压侧线路单相断线判据，并使用MATLAB软件进行了仿真验证。结合某地区发生的一起35 kV线路单相断线故障，验证了该判据的正确性和实用性。

线路断线；低电压；缺相运行；断线判据；MATLAB仿真

0 引言

电力系统非全相运行是一种不被允许的不对称运行方式，配电网非全相运行会直接导致客户三相电压的严重偏移，造成缺相和低电压事件，从而引起电器大量烧毁和大面积停电事故，影响供电的可靠性和质量。

110 kV/10 kV和35 kV/10 kV是配电网2种主流的电压变换形式，110 kV和35 kV线路常会受到雷击、风摆、落物、车辆刮蹭等外力破坏及弓子线接头发热、盐碱腐蚀等恶劣运行环境影响，导致出现单相断线故障，继而引发供电区域电压缺相、低电压等电能质量恶化事件。

1 Yd11接线主变高压线路单相断线异常电压

图1 某35 kV/10 kV变电站主接线

图2 1号主变及高压侧线路三相等值电路

求出高压侧A相各序分量：

由于低压侧为Yd11接线，电压对称分量经变压器后要发生相位移动，设n为变压器变比，则：

低压侧各相电压为：

由式(3)可知，主变高压侧线路B相断线，低压侧C相电压幅值不变，A，B 2相电压幅值降为相电压的一半且与C相相位相反。

同理可推导主变高压侧线路C相断线或A相断线时，低压侧滞后相的电压幅值不变，另外2相电压幅值降为相电压一半且与滞后相电压相位相反，如表1所示。

表1 Yd11主变高压线路单相断线母线标出值

由表1可知，Yd11接线主变高压侧线路某相断线的电压特征：低压母线滞后相的相电压幅值不变，另外2相电压幅值降为相电压的一半且与滞后相电压相位相反。高压侧断线相的相电流降为0，可作为单相断线的辅助判据。

2 仿真分析

在MATLAB软件中搭建模型进行仿真验证，仿真参数如表2所示。

表2 仿真参数

0.1 s时35 kV线路发生A相断线故障，断线后，电流降为0，主变10 kV侧B相电压幅值不变，A，C 2相电压幅值降为相电压的一半且与B相电压相位相反。仿真结果与理论推导一致。

3 实例验证

2015-01-27，某地区发生一起区域性的客户停电和低电压事件，供电系统如图3所示。220 kV水清沟站35 kV水方甲线配出35 kV海泊河站和35 kV抚顺路站。35 kV海泊河站水方甲线为35 kV丙母线进线电源，供3号主变、10 kV丙母线和5条10 kV出线；35 kV抚顺路站水方甲线为35 kV甲母线进线电源，供1号主变及10 kV甲母线和4条10 kV出线。故障前35 kV水方甲线负荷为20 MW。

当日18：22，35 kV抚顺路站发“35 kV甲母PT绝缘监察报警”“35 kV甲母PT交直流断线”“低频低压减载PT断线”“备自投PT断线或失压”“1号主变测控高压后备装置告警动作”信号；35 kV海泊河站发“3号主变保护装置异常报警”“3号主变10 kV侧交直流断线”信号。同时，配网调控抢修指挥中心汇报收到抚顺路和海泊河区域大量客户电压异常、低电压和停电工单。

调度员快速响应，检查35 kV抚顺路站和海泊河站35 kV和10 kV母线电压、水方甲线电流，其数据如表3所示。

图3 35 kV水方甲线联络结构示意

表3 变电站异常电压和线路电流数据

从表3可见，35 kV抚顺路站和海泊河站10 kV母线电压B相幅值不变，A，C 2相电压幅值降为一半，满足主变高压侧线路A相断线异常电压判据；此外220 kV水清沟站35 kV水方甲线A相电流由313 A跌落至2.90 A，进一步说明35 kV水方甲线发生A相断线故障且断线位置在主线上。调度员立即通知现场人员对水方甲线巡线，重点巡视21—44号杆架空线路区段，同时迅速转移35 kV抚顺路站和海泊河站10 kV母线负荷，恢复受影响客户的正常供电。

18：55，线路巡视人员汇报35 kV水方甲线42号杆中相(A相)弓子线烧断。验证了调度员对故障类型的分析判断，证明了基于异常电压的线路单相断线判据的正确性。

4 结束语

通过对Yd11主变高压侧线路单相断线后母线异常电压的理论推导和仿真计算，总结了单相断线的判据。故障处置案例验证了该判据的正确性和实用性，具体结论为：

(1) 对配网中广泛使用的Yd11接线变压器，当其高压侧线路某相断线后，10 kV母线滞后相的相电压幅值不变，另外两相电压幅值降为相电压的一半且与滞后相电压相位相反；

(2) 主变高压侧断线相的电流降为0，可作为单相断线的辅助判据；

(3) 根据单相断线的异常电压判据能够精准判别故障类型及选相，提高了故障处置效率。

1 杨洪波，任小炯.变压器断线对用电设备的影响[J].电力学报，2001，16(4)：301-303.

2 何金良，傅芳伟，陈水明，等.10 kV绝缘导线配电线路断线机理分析[J].电力建设，2001，22(7)：6-9.

3 王茂成，吕永丽，邹洪英，等.10 kV绝缘导线雷击断线机理分析和防治措施[J].高电压技术，2007，33(1)：102-105.

2016-12-29；

2017-03-01。

刘同同(1985—)，男，高级工程师，主要从事地区电网调度运行及电力系统安全运行与灾害防治工作，email：anlic66@163.com。

綦鲁波(1979—)，男，高级工程师，主要从事地区电网调度运行工作。