多分支高压电缆线路故障定位技术研究

陈斯华

摘 要：如今，电网范围的扩大，多分支高压电缆线路的推广与应用，使得电缆网结构复杂，高压电缆线路存在多分支问题。加之，使用年限的增加与外界环境影响，绝缘受潮、过热、过电压等问题逐渐暴露出来进而导致大面积停电，影响企业经济效益的提升。而怎样对多分支高压电缆线路进行故障定位，也成为企业重要研究课题，关乎着供电稳定性与经济效益的高低。

关键词：多分支高压电缆线路；故障定位技术；研究分析

现阶段，应用多分支高压电缆线路定位困难，影响范围较大。结合具体多分支高压电缆线路数值，构建仿真计算模型，模拟电缆各分支故障状态得出电流变化状态，结合分支电流波形、幅值、相位等状态，分析线路故障区间，帮助更快确定故障位置。经过建立仿真模型得出：故障位置地线三相电流高、故障范围连接的接地线电流也随之增减，非故障相接地线电流降低。并且故障相电流参数等同于非故障相电流总和。故障点前的干路，接地线电流较高。不过，三相接地线电流与相位相等。

一、仿真模型的构建

因为现阶段电缆金属保护层环流是电缆稳定运行的重要组成部分，发挥着决定性作用。所以，通常在电缆金属护层接地线中安装检验护层电流。接下来，笔者基于这一理论条件下，对电缆护层的接地线搜集电流信息并结合电流波状态，分析电缆的故障区间。

第一，仿真系统。笔者选择EMTP程序展开仿真，EMTP也是现阶段应用较多的数字仿真与电气人员研究、模仿计算电力系统的电磁暂态程序之一。第二，金属故障段模拟。因为研究目标为电缆主绝缘击穿金属性故障。所以，建模过程中需要考量电缆排列与交叉互联形式，通过时控开关模拟主绝缘与电缆聚乙烯护层的击穿，击穿后连接小电阻接地。第三，电源模型。因为考量目标的电缆，所以线路之前部分选择发电机模型等效。电感与电阻选择常规模型参数。第四，变压器与负载模型。因为研究目标为分支电缆，变压器、负载部分可以结合变压器容量设定。第五，电缆模型。单芯电缆模型数值，单芯电缆选择64/110kV YJSV型。

因为110kV线路在电缆主绝缘击穿后出现单相接地故障。在故障出现后继电保护设备自动跳闸，1110kV与220kV线路从故障出现至继电保护时间距离在120ms-150ms。所以，仿真输出结果设定在100ms之中，该阶段时间中研究线路故障区间段。

二、双T线路仿真

110kV高压电缆的分支“T”接属于一种创新，目前没有成熟的运行经验。基于总体思路、设计、项目落实与投入运行后评价，在一些一线、二线城市電网改造过程中，通过原有裕度较高的主干线为改造的变电站提供电源。这样一来，能够有效节省经济投入、如期交工。

城市110kV电缆T接分支线，与结线上和以往架空送电线中T接直线相近。不过，因为走进城区后110kV电缆线路受到影响，进行T接线具有一定难度，在其技术上也不够成熟，经济投入较高。某供电站选择GIS母线室作为110kV电缆分支箱的研发并非流程性的组合装配方式，而是把连接为T接线路的各电缆厂与各单位的高压终端配件进行研发与工艺技术分析，制定个安装流程让导体连接、绝缘、密封结构处理等分支箱的技术问题得到处理。基于系统运行调度功能上分析，该种接线形式存在诸多不足，也就是局部停电影响较大。出现故障也会受到制约。

线路有效运行下，各段的线芯电流与护层电流如表1。

在线路正常运行状态下，护层感应电流相位、大小相等，与线芯电流有着直接联系，电缆分布状态、交叉连接形式、相交叉互连段长度的相近度、接地电阻、土壤电阻率有着直接联系。其作用为：电缆线芯下流，交叉互连形式的准确性，交叉互连段长度相近、节点电阻大小。所以，图一仅是对图一线路的接地电流，同时为一般无故障线路金属护层电流作考量。

三、带故障线路的仿真

双T线路分为5段，仿真状态下把主绝缘击穿故障设置为T1段、T2段、T3段、T4段。观察各状态下的T阶护层接地电流差别。

第一，当故障位置在T1段状态下，设定故障点在T1-L1段A相，运行仿真流程。立足于T1段开始阶段接地线得出：在出现问题后，电流有持续1ms的暂态过程。随后，缓慢稳定并和故障相连的金属护层电流较大，最高幅值达到5000A。同时，非故障相幅值最大幅值也达到1000A。该阶段与正常接地线检测的电流波无较大差别。当经过高频降低后，接地电流参数较小，幅值通常处于100A内。所以，可以结合故障后接地的电流，确定T1段故障。

当故障位置设定在T1-L2的A相、T1-L3的A相与故障点在B相、C相，检测结果如表2。

当故障点在T1-L2段、T1-L3段A相状态，T2、T3、T4段接地线检测电流波形与T1段，非故障交叉互连段接地线测得电流相近。因此，结合接地电流可以顺利找到T1段故障。

第二，当故障点在T2段时，T2段第一阶段接地线的位置检测电流信号。相对于T1段故障时，由T1段接地线检测的电流信号不算相位与幅值大小不同，其他属性相近。T2段故障为重，T3、T4接地线检测电流和T1段，非故障交叉互连段接地线测得电流相近。T1段接地线检测电流和其他状态有着较大差别。因为故障电流要流回电源端，生成闭合的回路。因此，T2段故障电流由T2段初始段接地线流出后因为地质电阻率较高。因此，故障电流将T1段的金属护层为回路。由于三相接地电阻相等，因此，接地电流幅值、相位相等。

第三，T3段、T4段故障状态下，故障位置在该阶段的接地线电流幅值、相位有一定不同。故障段前的之路与故障段后的全部线路，经过观察接地线的电流可以找出定位故障段。

四、结语

在电流出现主绝缘击穿故障，经过检验不同阶段的接地线电流，可以分析故障范围。其根据为：故障段接地线检测的护层三相电流较高，同时与故障相接的接地线电流较高，非故障相接地线电流较低。同时，故障相电流参数相近于非故障相电流总和，检测电流参数在千安级。故障点前的干路，护层电流较高。不过，三相护层电流相等、相位相等。故障段前的之路和故障端后的每个交叉互连段，故障后0.5ms中出现高频的衰减振荡。通过短时间的振荡后，电流参数恢复呈现正常感应电流，参数较低，等于故障段接地电流的1%。

参考文献：

[1]赫英慧.浅谈城市高压电力线路故障的施工防范要点[J].黑龙江科学，2017（02）.

[2]曹鲜.高压电缆中间头故障原因分析与处理[J].中国石油和化工，2016（05）.