(山西京玉发电有限责任公司山西朔州037200)
摘要：配电线路位于电力系统的末端，担负着为用户供电的重要责任。近年来，由于气象灾害、导线过载和外力破坏等原因，断线故障呈多发态势。断线故障会导致负荷侧三相电压、电流不再对称，出现的负序、零序分量会对各类负荷特别是旋转设备造成严重损害。此外断线故障常伴随接地故障形成复杂故障，易导致火灾和人畜触电危害，甚至发展为相间短路故障，扩大停电范围。
关键词：配电线路；单相断线；故障保护；方法
1导言
配电线路断线故障的频发已经逐渐引起了人们的重视。对于配电线路断线故障导致的电气量变化、尤其是各序分量的变化特征进行了分析，但没有涉及断线故障判定方法；基于负序分量进行断线故障选线和定位，但负序分量在配电网中的获取具有较大局限性；基于小波变换的断线故障选线和定位方法，对数据采样和计算处理有较高要求；梯形模糊数估计配变负荷变化，通过计算节点电流进行断线故障定位，对负荷功率有一定要求。现有断线故障判断方法在电气量的获取及处理方面存在较多限制，同时对不同运行情况的考虑不足。断线故障类型较多，两相以上的断线故障均会造成线路三相电流缺失，对系统对称性影响较小，故障特征较明显。本文重点研究单相断线故障，包括单相断线简单故障和伴随接地的复杂故障，对线路两端的相电压和流经线路的相电流变化规律进行分析，提出了基于相电气量的单相断线故障保护方法，并利用PSCAD/EMTDC软件仿真验证理论分析的正确性及保护判据的可靠性。
2配电线路单相断线故障电气量分析
由于中性点接地方式不同，配电线路发生断线故障后的电气量特征与输电线路相比会有所不同。图1为配电网络简化结构图，AC为系统电源，T为变压器，L1为故障馈线，L2为其他非故障线路的等效线路，A为断路器，B、C、D为分段开关，1~8为分支开关。断线故障分析的等效电路如图2所示。
图1配电网络简化结构图
图2故障线路的等效电路
电流变化特征分析以A相断线为例，理想情况下其各相电流及各序电流为
理想情况下故障相电流变为0，两非故障相电流大小相等，方向相反，无零序电流。如果考虑故障点和测量点之间存在负荷分支，则故障相的电流降低但不会降至0，两非故障相电流大小相等，相位差小于180º但大于120º，越靠近故障点，故障电流特征越明显。当系统的分布电容较大，发生A相断线同时一点接地的复杂故障时，接地侧的A相电流为系统非故障相电容电流之和，但此电流一般不大于20A，且表现为无功电流，与负荷电流有较大差别。对于正常相，电容电流对相电流相位的影响是一致的，而分布电容电流远小于负荷电流，可以认为相电流变化规律基本不受接地的影响。
3电压变化特征分析
对于三相对称非空载线路单相断线故障后电压的变化特征进行了分析，本文对一般系统发生单相断线故障后各相电压特性进行分析。中性点不接地系统中没有固定的零电位参考点，本文从中性点偏移电压入手来分析线路两端各相电压的变化。M侧中性点偏移电压UOM为
式中，YA、YB、YC为M侧三相戴维南等效导纳。N侧中性点电压为
不伴随接地故障时，实际的地电位总是偏向于对地导纳小的一相，考虑负荷阻抗后，随着故障位置由电源侧出口处向线路末端移动，实际地电位沿虚线由上而下移动，电压相量图如图3、图4所示。
图3M侧电压相量图
图4N侧电压相量图
单相断线简单故障各相电压变化规律为：电源侧故障相电压升高，其相位略有偏移，非故障相中至少有一相电压降低，两非故障相电压的相位差增大，但不超过180º，出现零序电压；负荷侧故障相电压降低，最小降至0，相位偏移大于90º，两非故障相电压同电源侧，出现零序电压；线路两端各相电压幅值与故障位置有关。限于篇幅，下文仅以ZfB＜ZfC为例进行分析。
伴随电源侧单相接地后电压变化特征为：电源侧各相电压变化规律同单相接地故障；负荷侧故障相电压幅值升高，一般大于N1.5U，非故障相电压同电源侧，出现零序电压；由于接地点的存在，故障位置不再影响电压的幅值。单相断线且电源侧经过渡电阻接地时，电源侧故障特征同单相经过渡电阻接地故障，过渡电阻对三相电压的影响同线路对地电容大小有关，只有过渡电阻大到一定水平，才会造成三相电压不满足上述特征，但负荷侧电压依然会有较明显的变化，特别是故障相电压的相位变化超过90º。
4结语
配电线路发生单相断线故障后，负荷侧线电压不再对称，会出现负序和零序分量，影响负荷的正常工作，需要尽快隔离故障。断线故障发生后电源侧线电压仍然对称，不影响同一母线上其他非故障线路的正常供电，但会出现零序电压，对系统绝缘有不利影响。
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