配电网作为电能配送的关键环节,直接决定供电可靠性。随着电网规模的扩大,架空绝缘线和电缆线的应用比例逐渐提高,断线故障发生率大大增加;雪天冰冻、雷击等自然灾害会增大室外线路的机械应力、破坏线路绝缘层,进一步增大断线故障概率。
断线故障易造成电网源侧和荷侧的电压、电流严重不对称、电机缺相运行,长期带故障运行会对电气设备造成极大损害,严重情况下还会威胁人身安全]。断线故障可分为断线不接地和断线接地复合故障,复合故障均有断线不接地过程,因此,研究配电网断线不接地故障具有重要意义。
近年来,许多学者从动态接地高阻、相位差、零序电流和行波等角度对配电网单相接地故障进行了研究,分析方法和结果已非常成熟。
常见的断线故障分析主要是基于各种电气量,如利用断线故障断口前后的相电压和线电压特征进行故障识别,基于正序电压差进行断线接地复合故障定位,对断线故障中性点偏移电压、相电压等故障特征进行分析,对断线零序电压幅值和相位的变化规律进行研究。但是,上述关于断线故障的研究仅针对一种中性点接地方式或一个测量点的电气特征进行分析,缺乏对不同接地方式、不同测量点序电压的系统性分析。
国网湖南省电力有限公司株洲供电分公司等单位的陈成功、陈宇隆等研究者,基于断口边界条件和故障等效电路,建立中性点经小电阻接地、不接地和经消弧线圈接地3种方式下的断线不接地故障复合序网模型,推导故障状态下10kV母线、10kV故障线路末端和断口后380V侧多测量点序电压的解析表达式,研究母线零序电压与断口后线路对地电容的关系,解析母线负序电压与系统阻抗和断口后负载阻抗比的相关性。利用Matlab进行仿真,仿真结果与理论分析具有良好的一致性。
他们分析发现:1)10 kV母线正序电压幅值略小于电源电压,且不受断线位置、系统中性点接线方式的影响;2)10 kV母线零序电压幅值与断口后容抗正相关,且受系统中性点接线方式影响,等同情况下零序电压幅值和变化幅度最大的是谐振接地系统,不接地系统次之,小电阻接地系统最小;3)10 kV母线负序电压幅值与系统阻抗和负载阻抗的比值近似成正比例关系,略小于系统电压的一半,但随着阻抗比的增大,二者关系逐渐偏离正比例变化;4)10 kV故障线路末端正、负序电压幅值相等且约为电源电压的一半,相位相反,此关系不受配电网中性点接地方式和断线位置的影响;5)380 V侧序电压在Dy11联结方式下正、负序电压幅值相等,正序电压相位超前负序240°。
本成果可为配电网断线故障诊断提供理论依据,但对有源配电网断线故障和断线接地复合故障有待进一步研究。
本工作成果发表在2025年第12期《电气技术》,论文标题为“配电网单相断线不接地故障序电压分析”,本课题得到湖南省自然科学基金项目、株洲电力勘测设计科研有限责任公司创新项目的支持。
