基于线电压判据的配电网单相断线故障定位方法
2017第十二届中国电工装备创新与发展论坛
会议由中国电工技术学会主办，定于2017年8月19-21日在北京铁道大厦召开，本届大会主题为“电网技术创新与电能新业态”。浏览会议详情和在线报名参会请长按识别二维码。
国网福建南安市供电有限公司的研究人员王成楷、洪志章，在2017年第5期《电气技术》杂志上撰文指出，10kV配电网属中性点不接地或小电流接地系统，配电线路单相断线类型故障判别依据是常规做法通过监测线路相电压或相电流的变化情况作为依据，但实施较难较复杂，且判定结果受是否单相接地因素影响大。
采用测量线电压向量变化情况作为线路单相断线的判断依据的故障判断定位方法，不受单相接地因素影响。通过线电压测量装置测量线路所在位置三相线电压向量，比较其有效值大小，比较线电压最大相与其相邻相线电压之间相位夹角关系，可以有效识别测量点所处位置是否发生单相断线故障。
国内10kV配电网采用三相三线制，属中性点不接地或小电流接地系统。10kV配电线路故障类型中，线路断线占有一定比例[1]，其中，单相断线类型故障比例最高。随着经济的发展和城镇化水平提高，城市电网改造及农网升级改造中，为提高配电线路绝缘化水平，在配电网大量采用绝缘导线替代裸导线。绝缘导线虽然克服了传统裸导线的不足，但也带来了新的技术问题，即因雷击引起的绝缘导线集中烧蚀效应，导致绝缘导线断线问题日益增多[2]。
城市电网改造及农网升级改造中，为提高供电可靠性和配电网自动化水平，在大量在配电线路上安装隔离开关和柱上断路器，更多电气连接元件的引入，也增大了配电线路缺相供电运行的概率。上述的线路断线故障中，单相断线故障所占比例最高，而缺相供电（即非全相运行）从电工学角度来看，也可归并为三相三线制线路单相断线供电问题。
1 配电线路单相断线故障的传统判据
在目前供电企业中，并没有用于监测10kV配电线路的单相断线故障的专用仪表装置或系统，主要依靠电压或电流仪表所测量的有效值是否异常，以及人工线路巡视来发现和定位单相断线故障[3]。有关本类故障监测、定位方面的理论研究文献并不多，已有文献主要从相电压、电流幅值变化特征作为判断单相断线故障的依据[4-8]。
具体方法有：
（1）通过监测配电网杆上变压器低压侧三相电压数值变化情况,对配电网中的故障部分进行分析定位[4]。
（2）通过监测配电线路发生单相接地并断线时各相对地电压的变化规律，以相电压作为判据实现单相断线的定位[5]。
（3）通过测量正序电压的大小来识别和定位单相不接地断线故障[6]。
（4）通过A相、C相电流之间的幅值、相位差大小比较关系来判定故障[7]。
（5）通过配电网局部实测电压、潮流特性与对应典型区段的电压、潮流特性之间的匹配分析，确定断线故障及断线类型[8]。
（6）利用负序电流和故障相电压乘积的前向积分法实现故障选线[9]。
上述方法具有一定局限性，如：方法（1）通过监测配变低压侧三相电压数值的变化规律，受配变本身及负载的影响，干扰因素多，判断准确度不高；方法（2）（3）（6）需要采集相电压，但在配电线路导线中不存在中性线，实际环境下不容易实现相电压的直接测量，并且所测电压受线路是否发生单相接地因素的影响大；方法（4）（5）需要采集相电流，需要安装使用电流互感器设备，实施操作复杂，且在线路轻载或空载时无法正常识别断线故障。
10kV配电线路单相断线故障中，单相断线并且单相接地的故障几率较大。单相断线并接地的故障情况多样复杂，如：断点前端单端接地、断点后端单端接地、断点前后两端同时接地，金属性接地、非金属性接地等。
对于采用基于相电压或相电流特征作为的单相断线故障的判断依据的方法，其所测量的相电压、相电流数据受系统是否发生单相接地、线路对地电容大小、中性点接地方式等因素影响极大，判据稳定性较差。
根据电工学原理可知，10kV中性点不接地或小电流接地配电网系统，无论电网是否发生单相接地故障，其三相之间的线电压的有效值大小、相位差仍然基本保持不变。这对采用测量线电压向量变化情况作为线路单相断线的判断依据的故障判断定位方法十分有利。
基于上述原因，本文提出利用线电压向量特征识别单相断线故障的方法。
2 单相断线的线电压向量特征分析（略）
2.1 三相负载对称时单相断线的线电压变化分析
可以得出如下结论：
2.2 三相负载不对称时单相断线的线电压变化分析
1）电源电压波动、单相接地对线电压的影响
2）纯电阻负载时的各相线电压
3）两相负载阻抗值相等但阻抗角不相等时的线电压
4）两相负载阻抗值和阻抗角均不相等时的线电压
5）单相断线的线电压变化分析讨论
简化得出如下结论：
在10kV中性点不接地或小电流接地的配电线路的任意一处测量三相线电压，如果测量的三相线电压满足矢量和为0，三相线电压向量之中电压最大的一相电压向量旋转180°为基准，如果其它两相线电压向量与基准之间的夹角分别满足小于±30.5980°，则测量点的靠近电源侧线路发生单相断线，断线相为线电压最大相的超前相。
3 配电线路单相断线故障线电压向量仿真（略）
图4 仿真模型
4 结论
对于中性点不接地或经小电流接地的10kV配电线路，通过线电压测量装置测量线路所在位置三相线电压向量，比较其有效值大小，比较线电压最大相与其超前相、滞后相之间相位夹角关系，可以有效识别测量点所处位置是否发生单相断线故障，且不受线路是否同时发生单相接地因素影响。
将所述方法编程集成到安装于线路上的线电压向量采集智能仪表装置中，可使该仪表或装置具有线路单相断线故障的发现和定位功能。