10 kV架空线路故障核查技术应用分析

陈余，董涛，赵海波，赵彪，张伟，杨建康，王科

（1.云南电网有限责任公司大理供电局，云南 大理 671000；2. 云南电网有限责任公司电力科学研究院，昆明 650217；3. 云南电网有限责任公司大理鹤庆供电局，云南 鹤庆 671500；4. 云南电网有限责任公司红河石屏供电局，云南 石屏 662200）

0 前言

某电力线路特点是：线路长、辐射广、分支多、以裸线为主[1-3]。云南树木生长茂盛、雷电频繁、局部大风、温差大，线路跨越海拔变化大，处高原山地、峡谷地形等复杂环境。另一方面，10 kV配网线路自动化程度低，故障指示器也没有大面积辐射安装，发生故障后还是需要人工全线查找，劳动强度繁重。

目前10 kV架空线路故障查找多数采用“二分法”，从变电站出线开关处逐级断开、分段试送，或利用绝缘摇表逐级测试结合人工登杆检查。主要存在以下缺点：分段试送较繁琐，分支越多越麻烦，不容易精确定位，且试送电风险较高；摇表容量有限，要将线路反复多次切割后逐段测试，且对高阻接地、内部接地故障和较长线路测试效果不佳，摇表的测试结果难以判断线路的状态。人工登杆检查耗时耗力，伴有潜在的高坠风险[4-6]。

1 故障查找和判定仪器功能

10 kV架空线路故障以相间短路出口开关跳闸启动，瞬时故障重合后恢复，永久故障重合后跳开或分段隔离，故障排查一般从相地绝缘入手[7]。

现从目前市面上纯架空线路故障查找和判定的主流仪器设备：故障查找仪、直流试送仪、故障查找仪与直流试送二合一仪器进行技术分析。

1.1 故障查找仪

1.1.1 技术原理

故障查找仪又称故障定位仪，其技术原理是线路发生接地故障，在停电不做安全接地工况下，高压信号源向故障线路注入一定功率的正弦波信号，该信号通过接地点流向大地，最终回到信号源接地处，即信号源、线路、接地点和大地之间形成回路，通过电流钳表在线路任意位置检测该信号的存在与否，判断故障点的方向与故障相别[8]。故障查找仪是由高压信号源（主机）、电流检测仪、电流检测器三部分组成。

1）高压信号源（主机）：在故障线路停电状态下，该装置向10 kV故障线路注入检测信号，用以检测接地故障。

2）电流检测仪：为手持可移动测量装置，检测异频电流信号用于定位单相接地点。

3）电流检测器：用于接收并显示信号采集器发送异频电流、负荷电流和钳表电压及本机电压等测量数据，确定故障点方向及位置。

图1 故障查找仪技术原理

1.1.2 技术分析

1）信号输出：由于高压直流信号、高压50 Hz工频信号会对电流采集信号有干扰，而高压高频信号会受线路分布电容的影响，导致功耗加大。高压低频信号会受电源变压器磁芯截面影响，导致装置重量增大。因此故障查找仪输出信号以高压异频（接近50 Hz）的正弦波电压信号为宜。

2）参数选择：查找故障都在户外，使用电池供电，便于携带和移动；输出电压尽量接近运行工况，采集判据的电流信号不能太弱，否则难以识别“软故障”，难以区分电容的“泄露”影响。据此故障查找仪的参数范围应为：功耗百瓦级，输出电压3～6 kV，信号频率非50 Hz，电流百mA级并尽可能大，电流采集精度mA级，内部阻抗百kΩ级以内[9]，电池供电能持续工作时间一天以上。

3）判据分析：对故障线路三相同时施加高压异频正弦波信号，判断注入点两侧A、B、C三相电流之和等于注入信号的电流值，通过横向比较，三相电流相差较小时可基本判断该方向无故障，若某一相与其余两相的电流值差异较大时则可判断为故障相，采用二分法逐步逼近故障点。

故障查找仪的优势在于：对于单相接地中的软故障有效；无需解开引流线；无需断开分支线开关或拉开台区中配变的高压熔断器；通过绝缘杆操作，无需登杆；利用大容量电池电源，整体装置便携，易于户外持久使用；装置还可利用一组或多组信号采集接收器，可进一步提高查找速度。

1.2 直流试送仪

1.2.1 技术原理

应用直流试送的方法，对配电线路施加一个与运行电压等效的对线路无破坏的电压，得出一个定性结果，判断线路是否满足送电条件[10]。

图2 直流试送仪技术原理

1.2.2 技术分析

1）信号输出：装置输出为高压直流信号。

2）参数选择：10 kV线路的相电压的有效值5.77 kV，最大值约为8.13 kV。而根据现场实际测试经验，配电线路无论长短和天气情况，泄漏电流从未超过100 mA[11]。因此装置的参数范围应为：功耗不超过kW，输出电压8 kV，输出电流0-100 mA为宜；应使用大容量电池供电，便于配网线路户外试送工作。

3）判据分析：通过直流发生器能输入8 kV直流电压，判定此段线路正常；直流输入过程中，保护动作，判定此段线路有故障。

直流试送仪判别方法简单直观，但是只能定性判断线路有无接地故障，不能实现故障定位，若要判断线路的接地故障相位，还需要断开变压器；且装置功耗较大，需要外接电源。

1.3 直流试送与故障查找二合一仪器

兼具直流高压输出与异频正弦波输出特点，其电流采集装置具备交直流信号采集功能，在故障判断时，可依据直流、交流两种工况进行综合判断，准确率较高。

可利用直流试送功能对线路进行定性测试，判断是否存在永久性故障；对存在永久性故障的线路采用故障查找功能进行故障定位，对特殊故障情况可采用直流故障定位辅助判断；对故障隔离、处理后再用直流试送功能判断是否具备送电条件，综合使用提升配网线路故障查找及恢复的效率。

1.4 仪器对比分析

三种故障查找仪器的技术对比见表1，通过对比可以看出二合一仪器兼具故障查找仪和直流试送仪的功能，且重量只比直流试送仪重2 kg，具有较强的技术优势。

表1 三种故障查找仪器技术对比

2 二合一仪器测试应用

某局10 kV线路故障跳闸，采用直流试送功能对线路进行判断故障，仅能升压至800 V，说明线路故障未消除。

图3 某局10 kV线路故障查找图

采用故障查找功能，在线路中段①点处注入交流高压异频信号，负荷侧三相电流远大于电源侧三相电流，说明故障在负荷侧，疑为三相短路接地故障或线路整体绝缘偏低，继续往负荷侧查找故障。

在②点处注入交流高压异频信号，负荷侧三相电流仍远大于电源侧三相电流，说明故障仍在负荷侧，继续往负荷侧查找故障。

在③点处注入交流高压异频信号，此处有2个分支，在主线上注入电流，分支1电流三相均为3 mA；分支2电流三相均为6 mA。主线电源侧电流三相均为25 mA；主线负荷侧电流三相均为45 mA。两个分支的电流较小，主线负荷侧电流较大，说明分支1和分支2无故障，继续往负荷侧查找故障。

在④点出测量交流高压异频信号，此处有1个分支，分支电流三相均为40 mA；主线负荷侧电流为A：10 mA、B：8 mA、C：9 mA，分支电源远大于主线电流，说明故障就在此处的分支上。

继续测量④处分支线的电流值，沿线巡视发现在该分支#4杆和#5杆之间有树枝搭在线路上，造成三相接地故障。排除故障后，采用直流试送功能对线路直流试送，电压加到8 kV无异常，说明故障已消除，具备送电条件。申请对线路送电，送电成功。

该线路总长约80 km，带配电变压器负荷约50台，此次故障查找用时4小时。

3 结束语

故障查找仪能对线路金属接地、高阻接地快速查找定位，缩小故障查找区域；直流试送仪使用简单方便，直观的反映线路故障情况；二合一仪器兼具两种方法的优点，两种功能互为补充，综合使用可提升故障查找效率、减轻抢修人员的工作强度。