配网同母多馈同跳故障多维度研究
2014-10-10白文慧
摘要：配电网作为电力网的末端，直接与用户相连，据统计，电力系统中80%以上的故障来自于配电网，而且多回线路同时跳闸影响范围广，对用户用电体验也有很大影响，这其中同母线馈线同时故障发生占有相当的比例。文章从馈线历史故障情况、运行状态以及预防性试验等多维度分析研究此类故障的共同点，得出相应的配网运维策略。
关键词：同母线馈线；消弧线圈；过电压；绝缘；配电网
中图分类号：TM755 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）30-0018-02
近年来，中国南方电网发生了多起同一变电站多条10kV馈线连续跳闸或电缆沟着火事件。据统计，同母多馈同跳故障点多为电缆附件等电缆线路绝缘薄弱处，同母多馈同跳故障对电缆线路的可靠运行有较大影响。自2011年1月1日至2012年12月31日，深圳电网共发生131起同一10kV母线出线相继故障跳闸事件，其中，相应母线经消弧系统接地108起，占82.44%，数量相对较大；经小电阻接地23起，占17.56%。深圳电网经消弧系统接地变电站仅79座，占38.7%，数量相对较小；经小电阻接地变电站130座，占61.2%。由此可见，此类问题在经消弧系统接地系统中表现更为明显。
1 同母线馈线同时故障影响因素分析
随着系统的发展、电压等级的升高以及线路的增长，单相接地故障电流也随之增大，以致许多弧光接地故障电弧不能自动熄灭。当接地故障电流又不至于达到形成稳定电弧的程度，就可能出现电弧时燃时灭的不稳定状态。这种间歇性电弧现象引起了电力网运行状态的瞬息改变。因为接地时健全相电压突然升高，而电弧熄灭时电压又会降低，在两个健全相电缆的对地电容和线路电感之间存在充放电过程，即在电容上的电场能量重新分配的过程中会出现电磁能量的振荡，从而在健全相以及故障相中产生遍及全系统的、严重的暂态过电压，即弧光接地过电压。当发生间歇性弧光接地时，由于不稳定的间歇性电弧多次不断的熄灭和重燃，在故障相和健全相的电感电容回路上会引起高频振荡过电压，实测表明健全相的过电压幅值最高可达3.5pu，通常在3pu以下。根据多次同母线故障案例调研和分析结果可知，同母多馈线相继跳闸事故主要由以下两方面原因造成：一是系统过电压长时间存在；二是由于配电设备和线路处于“亚健康”状态，自身存在绝缘薄弱点。
1.1 长时间过电压
通常情况下，系统发生单相接地故障时，健全相电压上升为线电压。但是，在无功补偿装置的作用下，健全相电压将进一步升高，甚至有可能达到2倍以上的相电压水平。另外，系统在事故过程中出现的接地均属于间歇性接地。因此，完全有可能导致间歇性弧光过电压，从而在接地信号出现和消失时分别在健全相和故障相引起更严重的过电压情况，其中健全相过电压可高达3倍左右，而故障相过电压也可达2倍左右。在故障线路切除的暂态过程中，由于电磁能量的振荡，会引起暂态过电压，最大过电压水平可达到2倍以上。因此，在线路相继发生故障、切除的过程中，会反复对非故障线路造成短时冲击。上述过电压情况的出现对系统绝缘造成了严重的冲击，是造成绝缘击穿，继而导致相继故障的主要原因。
1.2 配电设备和线路存在绝缘薄弱点
目前，行业规定对电缆的耐受工频过电压能力要求是承受22kV试验电压，即2.7倍的过电压冲击15min。因此，对于完好电缆线路来说，完全能够承受事故中出现的过电压冲击。但是，对于旧损线路或存在绝缘薄弱点的线路来说，在事故过电压的冲击下，可能造成绝缘击穿，从而导致单相接地故障发展为相间故障。
2 同母线馈线同时故障多维度分析
2.1 影响维度分析
根据以上对同母线馈线同时故障影响因素的分析，可以得出对深圳电网母线馈线同跳故障风险的影响维度，主要包括配电线路故障历史情况和配电线路设备健康状态。配电线路故障历史情况反映线路过去承受过电压冲击情况，配电线路健康状态体现配电线路是否存在薄弱点。
配电线路故障历史情况部分包括同母线故障次数、同母线跳闸故障中馈线跳闸次数、馈线跳闸总次数、单馈线多次跳闸情况等维度。
同母线故障次数：每次同母线馈线同跳故障时，母线会承受几分钟甚至几十分钟的过电压，对非接地故障相线路造成严重的冲击。历史同母线故障次数越多，对该母线馈线绝缘造成的冲击影响越大。
同母线跳闸故障中馈线跳闸次数：馈线因过流保护动作后，大部分馈线将投重合闸，由于电磁能量的振荡冲击，会引起暂态过电压，对非故障线路造成冲击。
馈线跳闸总次数：馈线跳闸时有过电压发生，对该母线段馈线绝缘造成冲击。
单馈线多次跳闸情况：单馈线多次跳闸情况体现出该馈线的绝缘较薄弱，跳闸风险高，容易导致母线过电压。
配电线路健康状态部分包括线路属性、高负荷馈线条数、母线投运年限（年）、存在于高风险电缆沟的馈线条数、电缆接头个数等维度。
线路属性：电缆线路在发生单相间歇性接地故障时易发生弧光过电压，导致同母线跳闸故障。
高负荷馈线条数：馈线负荷高，故障电流大，导致弧光接地故障电弧不易自动熄灭。
存在于高风险电缆沟的馈线条数：高风险电缆沟内电缆绝缘水平相对较低。
电缆接头个数：电缆接头因施工质量等原因，是电缆线路的绝缘薄弱点，在同母线跳闸设备故障中占比例较高。
2.2 深圳电网同母线馈线同时故障多维度分析
根据2013年1月1日至2014年5月深圳电网10kV线路跳闸情况统计，从以上维度对深圳局26个消弧线圈接地系统变电站10kV馈线以母线为单位进行同母线故障风险分析。分析结果表明同母线故障高风险母线段7个，中风险母线段24个，低风险母线段51个。
3 配网运维策略建议
（1）配网调度考虑在高风险母线馈线故障时优先选切高风险馈线。
（2）加强对同母线故障高、中风险母线段馈线运维，结合电缆振荡波试验和环网柜局放测试的年计划，对同母线故障高、中风险母线段馈线电缆和环网柜重点优先试验。
参考文献
[1] 蒙岩.系统电压异常的表现形式分析与判断处理[J].中国科技信息，2006，（5）.
[2] 唐大勘，惠民.10kV系统单相接地故障分析[J].电气时代，2011，（6）.
作者简介：白文慧（1986-），男，山西阳泉人，深圳供电局有限公司助理工程师，研究方向：配电运行。
摘要：配电网作为电力网的末端，直接与用户相连，据统计，电力系统中80%以上的故障来自于配电网，而且多回线路同时跳闸影响范围广，对用户用电体验也有很大影响，这其中同母线馈线同时故障发生占有相当的比例。文章从馈线历史故障情况、运行状态以及预防性试验等多维度分析研究此类故障的共同点，得出相应的配网运维策略。
关键词：同母线馈线；消弧线圈；过电压；绝缘；配电网
中图分类号：TM755 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）30-0018-02
近年来，中国南方电网发生了多起同一变电站多条10kV馈线连续跳闸或电缆沟着火事件。据统计，同母多馈同跳故障点多为电缆附件等电缆线路绝缘薄弱处，同母多馈同跳故障对电缆线路的可靠运行有较大影响。自2011年1月1日至2012年12月31日，深圳电网共发生131起同一10kV母线出线相继故障跳闸事件，其中，相应母线经消弧系统接地108起，占82.44%，数量相对较大；经小电阻接地23起，占17.56%。深圳电网经消弧系统接地变电站仅79座，占38.7%，数量相对较小；经小电阻接地变电站130座，占61.2%。由此可见，此类问题在经消弧系统接地系统中表现更为明显。
1 同母线馈线同时故障影响因素分析
随着系统的发展、电压等级的升高以及线路的增长，单相接地故障电流也随之增大，以致许多弧光接地故障电弧不能自动熄灭。当接地故障电流又不至于达到形成稳定电弧的程度，就可能出现电弧时燃时灭的不稳定状态。这种间歇性电弧现象引起了电力网运行状态的瞬息改变。因为接地时健全相电压突然升高，而电弧熄灭时电压又会降低，在两个健全相电缆的对地电容和线路电感之间存在充放电过程，即在电容上的电场能量重新分配的过程中会出现电磁能量的振荡，从而在健全相以及故障相中产生遍及全系统的、严重的暂态过电压，即弧光接地过电压。当发生间歇性弧光接地时，由于不稳定的间歇性电弧多次不断的熄灭和重燃，在故障相和健全相的电感电容回路上会引起高频振荡过电压，实测表明健全相的过电压幅值最高可达3.5pu，通常在3pu以下。根据多次同母线故障案例调研和分析结果可知，同母多馈线相继跳闸事故主要由以下两方面原因造成：一是系统过电压长时间存在；二是由于配电设备和线路处于“亚健康”状态，自身存在绝缘薄弱点。
1.1 长时间过电压
通常情况下，系统发生单相接地故障时，健全相电压上升为线电压。但是，在无功补偿装置的作用下，健全相电压将进一步升高，甚至有可能达到2倍以上的相电压水平。另外，系统在事故过程中出现的接地均属于间歇性接地。因此，完全有可能导致间歇性弧光过电压，从而在接地信号出现和消失时分别在健全相和故障相引起更严重的过电压情况，其中健全相过电压可高达3倍左右，而故障相过电压也可达2倍左右。在故障线路切除的暂态过程中，由于电磁能量的振荡，会引起暂态过电压，最大过电压水平可达到2倍以上。因此，在线路相继发生故障、切除的过程中，会反复对非故障线路造成短时冲击。上述过电压情况的出现对系统绝缘造成了严重的冲击，是造成绝缘击穿，继而导致相继故障的主要原因。
1.2 配电设备和线路存在绝缘薄弱点
目前，行业规定对电缆的耐受工频过电压能力要求是承受22kV试验电压，即2.7倍的过电压冲击15min。因此，对于完好电缆线路来说，完全能够承受事故中出现的过电压冲击。但是，对于旧损线路或存在绝缘薄弱点的线路来说，在事故过电压的冲击下，可能造成绝缘击穿，从而导致单相接地故障发展为相间故障。
2 同母线馈线同时故障多维度分析
2.1 影响维度分析
根据以上对同母线馈线同时故障影响因素的分析，可以得出对深圳电网母线馈线同跳故障风险的影响维度，主要包括配电线路故障历史情况和配电线路设备健康状态。配电线路故障历史情况反映线路过去承受过电压冲击情况，配电线路健康状态体现配电线路是否存在薄弱点。
配电线路故障历史情况部分包括同母线故障次数、同母线跳闸故障中馈线跳闸次数、馈线跳闸总次数、单馈线多次跳闸情况等维度。
同母线故障次数：每次同母线馈线同跳故障时，母线会承受几分钟甚至几十分钟的过电压，对非接地故障相线路造成严重的冲击。历史同母线故障次数越多，对该母线馈线绝缘造成的冲击影响越大。
同母线跳闸故障中馈线跳闸次数：馈线因过流保护动作后，大部分馈线将投重合闸，由于电磁能量的振荡冲击，会引起暂态过电压，对非故障线路造成冲击。
馈线跳闸总次数：馈线跳闸时有过电压发生，对该母线段馈线绝缘造成冲击。
单馈线多次跳闸情况：单馈线多次跳闸情况体现出该馈线的绝缘较薄弱，跳闸风险高，容易导致母线过电压。
配电线路健康状态部分包括线路属性、高负荷馈线条数、母线投运年限（年）、存在于高风险电缆沟的馈线条数、电缆接头个数等维度。
线路属性：电缆线路在发生单相间歇性接地故障时易发生弧光过电压，导致同母线跳闸故障。
高负荷馈线条数：馈线负荷高，故障电流大，导致弧光接地故障电弧不易自动熄灭。
存在于高风险电缆沟的馈线条数：高风险电缆沟内电缆绝缘水平相对较低。
电缆接头个数：电缆接头因施工质量等原因，是电缆线路的绝缘薄弱点，在同母线跳闸设备故障中占比例较高。
2.2 深圳电网同母线馈线同时故障多维度分析
根据2013年1月1日至2014年5月深圳电网10kV线路跳闸情况统计，从以上维度对深圳局26个消弧线圈接地系统变电站10kV馈线以母线为单位进行同母线故障风险分析。分析结果表明同母线故障高风险母线段7个，中风险母线段24个，低风险母线段51个。
3 配网运维策略建议
（1）配网调度考虑在高风险母线馈线故障时优先选切高风险馈线。
（2）加强对同母线故障高、中风险母线段馈线运维，结合电缆振荡波试验和环网柜局放测试的年计划，对同母线故障高、中风险母线段馈线电缆和环网柜重点优先试验。
参考文献
[1] 蒙岩.系统电压异常的表现形式分析与判断处理[J].中国科技信息，2006，（5）.
[2] 唐大勘，惠民.10kV系统单相接地故障分析[J].电气时代，2011，（6）.
作者简介：白文慧（1986-），男，山西阳泉人，深圳供电局有限公司助理工程师，研究方向：配电运行。
摘要：配电网作为电力网的末端，直接与用户相连，据统计，电力系统中80%以上的故障来自于配电网，而且多回线路同时跳闸影响范围广，对用户用电体验也有很大影响，这其中同母线馈线同时故障发生占有相当的比例。文章从馈线历史故障情况、运行状态以及预防性试验等多维度分析研究此类故障的共同点，得出相应的配网运维策略。
关键词：同母线馈线；消弧线圈；过电压；绝缘；配电网
中图分类号：TM755 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）30-0018-02
近年来，中国南方电网发生了多起同一变电站多条10kV馈线连续跳闸或电缆沟着火事件。据统计，同母多馈同跳故障点多为电缆附件等电缆线路绝缘薄弱处，同母多馈同跳故障对电缆线路的可靠运行有较大影响。自2011年1月1日至2012年12月31日，深圳电网共发生131起同一10kV母线出线相继故障跳闸事件，其中，相应母线经消弧系统接地108起，占82.44%，数量相对较大；经小电阻接地23起，占17.56%。深圳电网经消弧系统接地变电站仅79座，占38.7%，数量相对较小；经小电阻接地变电站130座，占61.2%。由此可见，此类问题在经消弧系统接地系统中表现更为明显。
1 同母线馈线同时故障影响因素分析
随着系统的发展、电压等级的升高以及线路的增长，单相接地故障电流也随之增大，以致许多弧光接地故障电弧不能自动熄灭。当接地故障电流又不至于达到形成稳定电弧的程度，就可能出现电弧时燃时灭的不稳定状态。这种间歇性电弧现象引起了电力网运行状态的瞬息改变。因为接地时健全相电压突然升高，而电弧熄灭时电压又会降低，在两个健全相电缆的对地电容和线路电感之间存在充放电过程，即在电容上的电场能量重新分配的过程中会出现电磁能量的振荡，从而在健全相以及故障相中产生遍及全系统的、严重的暂态过电压，即弧光接地过电压。当发生间歇性弧光接地时，由于不稳定的间歇性电弧多次不断的熄灭和重燃，在故障相和健全相的电感电容回路上会引起高频振荡过电压，实测表明健全相的过电压幅值最高可达3.5pu，通常在3pu以下。根据多次同母线故障案例调研和分析结果可知，同母多馈线相继跳闸事故主要由以下两方面原因造成：一是系统过电压长时间存在；二是由于配电设备和线路处于“亚健康”状态，自身存在绝缘薄弱点。
1.1 长时间过电压
通常情况下，系统发生单相接地故障时，健全相电压上升为线电压。但是，在无功补偿装置的作用下，健全相电压将进一步升高，甚至有可能达到2倍以上的相电压水平。另外，系统在事故过程中出现的接地均属于间歇性接地。因此，完全有可能导致间歇性弧光过电压，从而在接地信号出现和消失时分别在健全相和故障相引起更严重的过电压情况，其中健全相过电压可高达3倍左右，而故障相过电压也可达2倍左右。在故障线路切除的暂态过程中，由于电磁能量的振荡，会引起暂态过电压，最大过电压水平可达到2倍以上。因此，在线路相继发生故障、切除的过程中，会反复对非故障线路造成短时冲击。上述过电压情况的出现对系统绝缘造成了严重的冲击，是造成绝缘击穿，继而导致相继故障的主要原因。
1.2 配电设备和线路存在绝缘薄弱点
目前，行业规定对电缆的耐受工频过电压能力要求是承受22kV试验电压，即2.7倍的过电压冲击15min。因此，对于完好电缆线路来说，完全能够承受事故中出现的过电压冲击。但是，对于旧损线路或存在绝缘薄弱点的线路来说，在事故过电压的冲击下，可能造成绝缘击穿，从而导致单相接地故障发展为相间故障。
2 同母线馈线同时故障多维度分析
2.1 影响维度分析
根据以上对同母线馈线同时故障影响因素的分析，可以得出对深圳电网母线馈线同跳故障风险的影响维度，主要包括配电线路故障历史情况和配电线路设备健康状态。配电线路故障历史情况反映线路过去承受过电压冲击情况，配电线路健康状态体现配电线路是否存在薄弱点。
配电线路故障历史情况部分包括同母线故障次数、同母线跳闸故障中馈线跳闸次数、馈线跳闸总次数、单馈线多次跳闸情况等维度。
同母线故障次数：每次同母线馈线同跳故障时，母线会承受几分钟甚至几十分钟的过电压，对非接地故障相线路造成严重的冲击。历史同母线故障次数越多，对该母线馈线绝缘造成的冲击影响越大。
同母线跳闸故障中馈线跳闸次数：馈线因过流保护动作后，大部分馈线将投重合闸，由于电磁能量的振荡冲击，会引起暂态过电压，对非故障线路造成冲击。
馈线跳闸总次数：馈线跳闸时有过电压发生，对该母线段馈线绝缘造成冲击。
单馈线多次跳闸情况：单馈线多次跳闸情况体现出该馈线的绝缘较薄弱，跳闸风险高，容易导致母线过电压。
配电线路健康状态部分包括线路属性、高负荷馈线条数、母线投运年限（年）、存在于高风险电缆沟的馈线条数、电缆接头个数等维度。
线路属性：电缆线路在发生单相间歇性接地故障时易发生弧光过电压，导致同母线跳闸故障。
高负荷馈线条数：馈线负荷高，故障电流大，导致弧光接地故障电弧不易自动熄灭。
存在于高风险电缆沟的馈线条数：高风险电缆沟内电缆绝缘水平相对较低。
电缆接头个数：电缆接头因施工质量等原因，是电缆线路的绝缘薄弱点，在同母线跳闸设备故障中占比例较高。
2.2 深圳电网同母线馈线同时故障多维度分析
根据2013年1月1日至2014年5月深圳电网10kV线路跳闸情况统计，从以上维度对深圳局26个消弧线圈接地系统变电站10kV馈线以母线为单位进行同母线故障风险分析。分析结果表明同母线故障高风险母线段7个，中风险母线段24个，低风险母线段51个。
3 配网运维策略建议
（1）配网调度考虑在高风险母线馈线故障时优先选切高风险馈线。
（2）加强对同母线故障高、中风险母线段馈线运维，结合电缆振荡波试验和环网柜局放测试的年计划，对同母线故障高、中风险母线段馈线电缆和环网柜重点优先试验。
参考文献
[1] 蒙岩.系统电压异常的表现形式分析与判断处理[J].中国科技信息，2006，（5）.
[2] 唐大勘，惠民.10kV系统单相接地故障分析[J].电气时代，2011，（6）.
作者简介：白文慧（1986-），男，山西阳泉人，深圳供电局有限公司助理工程师，研究方向：配电运行。
