一起10kV 配电网单相断线故障分析与处理

王天霁，钱程亮，陈维佳

（国网江苏省电力有限公司南京市江北新区供电分公司，江苏 南京 210000）

配电网是提高电力系统运行效率与保证供电质量的关键环节。近年来配电网单相断线故障呈现多发态势，断线故障相较常见短路故障而言，故障特征较为隐蔽，不易被自动化设备识别，查找难度较大。此外，配电网断线情况下可能激发断线谐振，不仅会导致电力设备损坏，还可能引发连锁故障。但在当前配电网故障处置流程中，对单相断线故障特征及危害缺乏了解，尚无流程化的故障初判、故障点排查处置策略。因此，本文分析一起较为复杂的10kV 配电网单相断线故障，分析故障产生原理，反思故障抢修过程中暴露的问题，总结单相断线故障应对策略及断线谐振识别、抑制方法，及后续运维提升措施，这对于提高运行维护水平、保障配电网安全可靠运行具有重要意义[1]。

1 故障简况

2023 年04 月04 日11 时57 分，35kV 张村变10kV母线电压不平衡。故障点为高北线#81 杆C 相铜铝线夹断裂。由于短信告知为单相接地故障，影响故障类型判断，导致查找故障时间极长，抢修过程中多次试送失败，影响用户用电感知。又由于混合线路结构特殊性，容性负载与感性负载大致相等，柱上开关合闸时进一步激发系统断线谐振，母线相电压升高至约2.5倍额定电压。

2 故障处理过程

2023 年4 月4 日11 时57 分，35kV 张村变Ⅰ段母线电压不平衡，同时10kV 高北线有用户反映失电。

12 时39 分，汇报调度拉开高北线P1701 开关后，母线电压正常，此时判断故障点位于高北线P1701后段。

13 时27 分，经运维人员查线，高北线全线未发现明显故障点。汇报调度拉开P1731 开关,合上P1701开关试送，此时线路后段有4.4kM 电缆线路。试送后母线电压异常，立即拉开P1701 开关，母线电压恢复。

14 时58 分，汇报调度拉开P1744 开关，合上P1731开关，合上P1701 开关再次试送，线路后段仍有电缆线路。试送后母线电压异常，立即拉开P1701 开关，母线电压恢复正常。此时判断故障点位于P1701 至P17 44 之间。

15 时36 分，汇报调度保持P1744 开关在分位，合上P1303 开关，此时P1744 开关后段无电缆线路，母线电压正常，高北线后段负荷由龙北线转供。

17 时36 分，P1701至P1744开关之间线路查无问题，汇报调度将高北线P1701 开关至P1744 开关之间所有负荷断开，合上P1701 开关，此时电缆线路全部隔离，试送空载线路成功，并开始逐个用户试送。

18 时00 分，汇报调度合上高北线#3 环网柜101 时，试送电缆线路，母线电压异常。立刻拉开高北线#3 环网柜101，电压恢复正常。

18 时08 分至18 时33 分，依次合上高发支#10 杆令克、P1730、J1713、J1729，试送单个变压器，送电正常。送电后，现场告变压器均缺一相电，故一组人员向线路前段查线。

18 时42 分，调度告母线电压异常，停止送电。

19 时09 分，现场查高北线#81 杆C 相铜铝线夹断裂，需停电处理。

19 时18 分，汇报调度后，现场拉开P1724 开关对高北线#81 杆进行处理。

20 时07 分，缺陷处理结束，汇报调度合上P1724，送电正常。

20 时42 分，汇报调度合上P1744 开关，拉开P1303开关，高北线恢复运方，供电正常。

3 故障分析

3.1 铜铝线夹断裂分析

单相断线故障原因为高北线#81 杆C 相铜铝线夹断裂。从设备本体看，断裂发生在铜铝过渡连接处，断口平整，并非在螺栓处或压接处断开，较大可能为产品质量问题。从设备运行环境看，该铜铝过渡线夹用于电缆线路与架空线路连接处，外部有绝缘护套包裹，因此可以排除运行中环境因素影响。

“最后一把？好，我也就仗义一回，我还用这五十万和你赌，值吧？唉呀，五十万赢一个借条，我怎么就这么仗义呢？”

根据DL/T 346-2010《设备线夹》规定，多种焊接方式均可应用于铜铝过渡线夹制作。其中，闪光焊及摩擦焊两种焊接方法生产的线夹称为对接型式线夹。此类线夹由于工艺原因在铜铝对接处存在焊缝，强度取决于焊接工艺，若焊接工艺较差，可能导致线夹断裂。而其他种类铜铝过渡线夹采用铜覆盖于铝的结构处理铜铝过渡部分，因此不会产生焊缝[2]。

结合现场故障点分析，该铜铝线夹有整齐断口。显然铜铝线夹断裂具体原因是该金具制作时未采用性能较好的爆炸焊等方式进行焊接，而用对接焊、摩擦焊或钎焊法，造成连接处导电性能不佳且结合强度不高，长时间运行后发生断裂，导致本次故障。

3.2 单相断线导致母线电压不平衡分析

故障发生时，由于发生单相断线故障，导致母线电压三相不平衡（UA=6.5kV,UB=4.6kV,UC=11kV）。故障特征表现为故障相C 相电压升高，正常相电压略微降低。现简要分析其电压不平衡原理。

在通常情况下，Yψ（ψ=A,B,C）中的电容电纳远大于泄漏电导，因此计算时可忽略处理。式（3）可进一步简化为：

系统正常运行时，网架三相参数对称。发生断线故障后，系统C 相对地电容减小，以极端情况为例，假设系统仅一条出线，该线路出口处C 相断线后CC=0，则此时，10kV 中性点不接地（经消弧线圈接地）系统，Eψ=5.8kV,一 相 断 线 时极 限 值 为=2.9kV。设C相断线，则（UA=5kV,UB=5kV,UC=8.7kV），与实际情况电压较为接近。

根据上述原理判断，11时57分（UA=6.5kV,UB=4.6kV,UC=11kV），18时42分（UA=5.3kV,UB=5.8kV,UC=11kV），均为断线导致母线电压不平衡。

3.3 断线故障引发铁磁谐振

两次试送P1701开关时均出现两相过电压（UA=7kV,UB=14kV,UC=15kV），结合电压特征及故障实际情况，判断此时为断线谐振。

电力系统在正常运行条件下，电感、电容串联回路中感抗大于容抗，由于出现某种因素电感两端电压有所升高，使铁芯饱和，感抗减小，当感抗变得小于容抗的时候，电路相位从感性变为容性，形成相位翻转。这时回路中的电流忽然升高，电容、电感上的压降也突然升高，形成过电压。

在中低压配电网中，采取中性点不接地（经消弧线圈接地）方式，若发生断线故障，将组成复杂多样的非线性串联谐振回路，导致出现谐振过电压。此次故障中，10kV 高北线为混合线路，合断路器试送时，储能元件之间参数发生匹配，引起谐振现象，产生谐振过电压。

4 暴露的问题及提升措施

4.1 铜铝过渡线夹

铜铝过渡线夹方面暴露的问题：一是铜铝线夹断裂发生在铜铝过渡连接处，断口平整，并非在螺栓处或压接处断开，较大可能为产品质量存在问题，具体表现为产品在工厂设计选型、制造阶段工艺较为粗糙，未能达到运行要求。二是故障线夹只印有型号，无厂家标示，无法追究厂家责任，反映出运维人员在设备投运前验收阶段存在疏忽。三是根据运维台账显示，近一个月时间内，运维人员未对该处铜铝线夹进行红外测温及局放检测，导致发展为单相断线故障[3]。

根据以上问题，相应的提升措施：一是在设计选型阶段应选用钎焊工艺制作的铜铝过渡线夹。若选用其他种类焊接工艺制作的线夹，应有型式试验合格证明。二是在施工及交接试验阶段，为预防开孔影响线夹强度，在对线夹开孔作业时，厂家应给出指导意见并确保作业后设备线夹无开口性缺陷。三是在日常运行阶段，应由运维人员定期进行红外测温及局部放电检测，对检测结果异常的设备应及时记录，并择机更换。各单位采购的新设备线夹，验收时若发现不合格线夹应及时退换，从根本上避免由于质量不佳造成的线夹断裂事故。

4.2 单相断线故障研判及处置流程

故障抢修过程反映出配电运维人员对单相断线故障的故障特征、故障排查方式、重点均较为陌生，故障处置流程中对单相断线情况准备不足。现有设备对单相断线故障无研判和排查功能。具体表现：一是故障发生时故障告知短信根据母线电压不平衡，判断故障为单相接地，并发送短信告知配电运维人员。研判与实际情况不符，影响运维人员判断。二是故障查找过程中，未意识到单相断线故障可带电运行的特点。因此故障查找过程中，主要排查P1701 后段线路，而故障点实际位于P1701 柱开前段，始终带电运行。

相应优化措施：一是优化故障初步研判流程，对于电压不平衡情况，根据三相电压特征、中心点接地方式，分类为单相断线、单相金属性短路与单相高阻接地故障。二是加强理论知识学习，认识到单相断线故障可带电运行。若断线点位于线路末端，对电压无显著影响。因此不能仅排查失电部分线路，应全线排查，并综合利用用采系统信息，排查故障范围。

4.3 断线谐振识别及抑制措施

断线谐振故障研判中暴露出三点问题：一是当电压升高造成合闸电流声较大时，结合母线电压过高，运维人员未能判断出线路谐振，反而误判故障点位于柱开后。二是对混合线路中电缆线路处理没有相应的方法，故障试送流程混乱。三是多次试送，造成母线电压升高，极易引发次生故障[4]。

对于以上问题，提升措施：一是从理论角度加强断线谐振原理学习。二是针对断线谐振编写事故预案，预先确立试送流程，避免多次试送。三是后续研发基于DSP 的断线谐振识别及抑制装置，辅助运维人员判断故障类型[5]。

5 结语

配网单相断线故障原因多样，故障特征隐蔽，故障查找较为困难。因此，处理此类故障需要配电运维人员加强电力系统理论知识学习，完善故障查找及处置流程，从人员行为、自动化设备辅助功能、一次设备验收等多个方面提升日常运维及故障应对水平，在减少断线故障发生概率的同时，提高故障处理的效率，最大化缩短停电时长。