10kV针式绝缘子雷击针孔接地故障定位方法及应用

10kV针式绝缘子雷击针孔接地故障定位方法及应用

杨,波

（云南电网有限责任公司昆明禄劝供电局，云南 昆明 651500）

摘要：本文在针对性的分析了10kV针式绝缘子雷击针孔接地故障的隐蔽性及现有多种接地故障定位方法弊端的基础上，设计了一种便携式接地故障巡测装置和方法。工程实践证明，该装置及方法通过中位法不断的缩小故障区段，无需操作断路器和隔离开关、无需解引流操作、无需登杆即可快速锁定故障绝缘子，杜绝了人海战术，极大的提高了故障绝缘子定位效率和精准度，缩短了故障停电时间，提高了供电可靠性。

关键词：针式绝缘子；雷击；针孔；故障定位

Ground fault location method and application of 10kV pin insulator lightning strike pinhole

YANG Bo

（Yunnan Power Gird Kunming Luquan Power Bureau， Kunming  651500，China）

Abstract： Based on the targeted analysis of the concealment of 10kV pin insulator lightning strike pinhole ground fault and the disadvantages of various existing ground fault location methods, a portable ground fault detection device and method are designed. Engineering practice proves that the device and method continuously reduce the fault section through the median method, without operating the circuit breaker and disconnector, without dedrainage operation, without the need to log on the pole can quickly lock the fault insulator, put an end to the tactics of the sea of people, greatly improve the location efficiency and accuracy of the fault insulator, shorten the fault power outage time, and improve the reliability of power supply.

Key Words：Pin insulator；Lightning Strike；Pinhole；Fault Location

0 引言

10kV绝缘子是中压配电系统中使用数量最多的设备，同时也是支撑中压配网绝缘的主要设备之一，其本身的绝缘损伤或者绝缘劣化会引起中压线路跳闸，极大的影响供电可靠性。据不完全统计，10kV绝缘子故障百分之九十五以上由雷击造成，而且基本上是感应雷造成，这在理论上是合理的。按照彼得逊法则，感应雷电波在中压线路传播过程中如果遇到绝缘子，则传播路径的波阻抗会发生变化，从而导致感应雷电波产生反射现象，入射雷电波和反射雷波在绝缘子处叠加，一次性造成绝缘子击穿或者多次雷击产生的绝缘损伤累积效应造成绝缘子击穿。击穿点多为针孔状放电通道，针孔状放电通道出现于绝缘子绑扎带与顶部凹槽结合位置，且此类故障属于高阻接地故障，潮湿状况下绝缘会大幅下降导致线路频繁跳闸，而在天气晴好干燥时，绝缘状态又有一定程度的恢复，故障部位隐蔽，现场查找困难极大[1-4]。

目前，行业内普遍采用无人机巡视、绝缘摇测配合登杆检查这两种手段进行故障绝缘子查找[5-8]。由于针孔状放电通道出现于绝缘子绑扎带和顶部凹槽结合位置，故障点会被绝缘子绑扎带遮挡，无人机巡视收效甚微。由于中压线路中断路器配置数量有限，绝缘摇测配合登杆检查的方法需要多次断开引流线、多次登杆，是一项大规模的、人员密集型作业。基于以上现状，需要一种无需大量登杆，又能快速精准锁定缺陷绝缘子的巡测装置或方法。

1 技术方案设计

1.1 技术方案框图

技术方案的原理框图如图1所示，由高压直流源、手持式检流器、手持式掌机三部分组成，高压直流源用来对被测中压线路施加直流高压，手持式检流器用来检测泄漏电流，手持式掌机用来查看泄漏电流的测试结果。

图 1技术方案原理框图

定位装置的现场使用示意图如图2所示，高压直流源、手持式检流器分别与待测中压线路进行电气连接，手持式掌机与手持式检流器保持无线连接。高压直流源位置保持不变，手持式掌机与手持式检流器按照“中位法”的检测要求不停的移动，但二者始终保持时空位置相同，通过手持式掌机观察手持式检流器检测到的泄漏电流大小来判断缺陷绝缘子的位置。

图 2定位装置现场使用示意图

1.2定位方法

定位技术电气原理如图3所示，当直流高压源向待测线路施加直流高压时，如果出现闭合回路，则会在闭合回路中产生直流泄漏电流。由于直流高压源的外壳接地，所以当待测线路存在缺陷绝缘子时（假设C相X位置绝缘子存在缺陷），将会在直流高压作用下产生对地泄漏电流，从而构成闭合回路，如图2箭头曲线所示回路。当手持式检流器与待测中压线路的连接位置在闭合回路中时，也就是手持式检流器在缺陷绝缘子X位置之前时，将会检测到泄漏电流，从而通过手持式掌机观测到；反之，当手持式检流器与待测中压线路的连接位置在闭合回路之外时，也就是手持式检流器在缺陷绝缘子X位置之后时，将不会检测到泄漏电流。

图 3定位技术电气原理图

根据上述定位的技术原理采用“中位法”可以快速锁定缺陷绝缘子所在的电杆，所谓“中位法”就是当用高压直流源向待测中压线路施加直流高压后，采用手持式检流器先在待测中压线路的物理中间位置（根据现场实际条件选择近似位置即可）进行检测，若在手持式掌机观测到泄漏电流（一般大于10mA），则缺陷绝缘子位于中压线路后半段，反之则位于前半段，这样就缩小了存在缺陷绝缘子的电杆所处的区段，称之为故障区段。在故障区段内继续采用上述方法，不断的缩小故障区段，直至锁定缺陷绝缘子所在的电杆为止。仍以C相为例，“中位法”示意图如图4所示，假设#n电杆上绝缘子存在缺陷，那么不断采用“中位法”，最终在#n-1电杆可检测到泄漏电流，说明故障绝缘在#n-1电杆后段，在#n+1电杆却检测不到泄漏电流，说明故障绝缘在#n+1电杆前段，这时就锁定缺陷绝缘子在#n电杆。

图 4“中位法”示意图

2 模块化设计

2.1高压直流源

高压直流源由电源模块、步进调压模块、整流模块、遥控模块四部分构成，如图5所示。可产生80kV的直流高压，通过遥控模块可以远程开展步进调压，步长有2kV、5kV、10kV三个档位可以选择，在遥控模块的液晶屏幕上可以读取当前电压值，在遇到突发情况时，可以通过遥控模块的“一键断电”按钮切断电源。遥控模块原理图如图6所示。

图 5高压直流源原理框图

遥控模块由电池单元、中央处理器单元、液晶显示单元、按键阵列四部分构成，原理图如图6所示。

图 6遥控模块原理框图

2.2手持式检流器

手持式检流器采用开口式霍尔传感元件，包括电池单元、中央处理单元、检流单元和无线传输单元，原理框图如图7所示。将磁芯做成张合结构，在磁芯开口处放置霍尔器件，外观如图7所示，当张合结构磁芯上倒三角开口接触到被测中压线路并向上用力时，弹簧支撑发生压缩，完成安装，手持式检流器在导线周围形成闭合回路，测量完毕后向下用力，弹簧压缩，完成拆卸。螺纹接口用于连接绝缘伸缩杆，便于在地面将手持式检流器举向线路。检流单元将检测到的数据送给中央处理单元，经过处理后经过无线传输单元送给手持式掌机。

图 7手持式检流器原理框图

2.3  手持式掌机

手持式掌机由电池单元、中央处理单元、液晶显示单元、语音播报单元、无线传输单元四部分构成，原理框图如图8所示。中央处理单元通过无线传输单元接受手持式检流器检测到的数据，经过处理后送给液晶显示单元进行数据显示，并通过语音播报单元进行数据播报。

图 8手持式掌机原理框图

3．典型案例

2021年10月28日19时55分，昆明禄劝供电局35kV富老井变电站10kV石拖线#113.21号杆A01断路器跳闸， 10kV石拖线运行方式为#001塔G01断路器后段线路由10kV中屏集镇线转供。运行专责快速调阅10kV石拖线保护定值图，并开展SOE报文分析，迅速锁定故障区段在#51号杆至#101号杆之间，并确定故障性质为接地故障。隔离故障、恢复非故障区段的供电后，使用所提出的方法对故障区段分段开展检测，锁定故障区段为#52号杆分支，并恢复其余杆段的供电；接着通过对#52号杆B01断路器后段开展检测，精准锁定故障点为#052.B17.1号杆引流线A相针式绝缘子；最后登杆检查验证了判断的准确性。故障绝缘子实物图如下图9所示。

图 9故障绝缘子实物图

4．结论

本文所设计的便携式巡测装置和方法，通过直流高压源在雷击跳闸停电的中压线路上施加直流高压电压施加点无要求，可根据线路状况和地理条件任选，采用手持式检流器配合手持式掌机，通过中位法不断的缩小故障区段，无需操作断路器和隔离开关、无需解引流操作、无需登杆即可快速锁定故障绝缘子，杜绝了人海战术，极大的提高了故障绝缘子定位效率和精准度，缩短了故障停电时间，提高了供电可靠性，对于山区架空线路的故障查找具有极强的参考意义和借鉴价值。

参考文献：

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[2]尤向阳, 葛笑寒, 吴萍. 基于零序电流波形相似度的接地故障定位方法[J]. 电力系统保护与控制, 2019, 47(14): 124-130.

[3]李卫国, 许文文, 乔振宇, 等. 基于暂态零序电流凹凸特征的配电网故障区段定位方法[J]. 电力系统保护与控制, 2020, 48(10): 164-173.

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