10kV配電線路故障定位系統的分析與應用

摘 要:隨著電網安全運行的要求逐漸增高，衡量電網運行的最重要核心指標是供電的可靠性。我國城鄉配網大都是采用單輻射樹狀方式，尤其是郊區架空線路主要以10kV饋電線路為主，由于線路供電半徑較長、分支線路多，線路走廊條件差，在惡劣天氣時接地和短路故障時有發生，嚴重影響了電網供電的安全和可靠性。因此，本文主要就10kV配電線路故障定位系統的原理進行了分析，并對線路故障定位實際應用做了闡述。

關鍵詞:10kV配電網線路故障定位系統

中圖分類號:TM7文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(a)-0136-02

1 引言

近年來，我國城鄉的配電網絡主要以lOkV配電網絡為主，其他發達地區配電線路采用“手拉手”的供電方式，但目前絕大部分配電網絡還是采取單輻射樹狀方式供電，供電可靠性比較差。由于城鄉的配電網絡負責供電的區域廣、地形復雜、負荷分散，造成10kV線路錯綜復雜，供電半徑過長，線路分支較多，每條饋線上裝設負荷開關，將饋線分成不同的供電區段，造成運行方式復雜。由于采用單電源供電，當復雜的配電網絡某一處發生故障，將造成變電站饋線保護動作，開關跳閘，中斷供電。供電部門在收到線路故障的停電信息之后，需要盡快查找故障地點，消除故障，恢復送電。

目前，查找故障點的方法均采用人工巡視方法，依靠操作人員沿線路巡視查找故障點，當故障發生在莊稼生長期、大風、雷雨、大雪等惡劣的天氣或者線路處于林區、山溝、河流等地形復雜地區以及故障發生在夜間的時候，將給巡視人員查找故障造成巨大的困難，往往查找到故障點要花費很長的時間，而故障卻很容易處理。這種查找故障的方法不但消耗了大量的人力、物力，更會造成線路停電時間過長，給用戶帶來一定的損失。為了向用戶提供連續可靠的電能，故障點的及時發現和快速消除故障、盡快恢復供電就顯得非常重要。

2 配電線路故障定位系統

10kV配電網中性點不接地，屬于小電流接地系統。配電網在實際運行過程中，通常會發生接地和相間短路故障，一般接地故障的發生較多，尤其是在雷雨、大風等惡劣自然天氣情況下，發生單相接地故障的幾率比較頻繁。雖然單相接地后，故障相對地電壓降低，非故障相電壓升高電壓依然對稱，不影響用戶供電，但是，單相接地長時間運行會嚴重影響變電設備和配電網安全經濟運行。因此，發生單相接地后也需要將線路停電，查找故障，特別是在選線的時候，會造成無故障線路的停電，造成供電可靠性的降低。

當配電網發生短路或者接地故障時，電網中存在大量的故障信息，可以利用一些量化的信息對故障點進行定位，同時，將故障或可疑線路與無故障發生的線路分開，保證其他線路的供電。通常的方法是逐步減少連接在故障或者可疑發生故障線路上正常運行設備的數量。本文介紹一種基于計算機和通訊技術實現的配電線路故障定位系統的原理及其在10kV電網中的應用。

本系統主要由故障指示器、信息處理單元(IPU)、數據處理及轉發系統(CM200)和用戶監控信息系統組成，如圖1所示。

2.1 系統結構功能介紹

(1)故障指示器

故障指示器安裝在架空線、電纜等線路或開關柜的母排上。主要由故障電流檢測電路、就地指示部分、數字編碼及無線調制發射單元組成。在線路發生短路故障時，故障分支上的指示器在故障后將被觸發，同時將其數字編碼信號通過發射單元，以無線電波的方式發射給發IPU。

如圖2所示:故障指示原理示意圖所示，當線路在5、8之間發生故障時，第1、2、4、5檢測點將產生故障信息，其他監測點則沒有故障信息，因此，可以非常迅速的定位故障區段。(如圖2）

(2)信息處理單元(IPU)

信息處理單元(IPU)一般安裝在線路分支點處，它能接收兩個分支共6個故障探頭的編碼信息。IPU對接收到的無線信息先進行解調解碼，再與IPU的地址組合，形成一個包含綜合地址碼，經過一個與地址碼相對應的時間延時后，通過編碼電路，送給無線調制及發射單元，以無線電波方式發射出去。IPU的所有元件安裝在一個可戶外運行的鐵箱中，內部還包括一個免維護的鉛酸蓄電池。箱體外部安裝一個太陽能電池板，用以給蓄電池充電，并在白天作為工作電源。在夜晚或陰雨天氣時，由蓄電池供電。蓄電池在充足電后的情況下，可以維持子站連續10天工作，不需補充能量。每一個發射子站均可以通過撥碼開關設定其地址號。

(3)數據處理及轉發系統(CM200)

數據處理及轉發系統(CM200)的功能是將IPU送來的無線信息接收后進行解調、解碼，并顯示。數據處理及轉發系統(CM200)需架設高架天線，以保證有效地接收數據，解碼后的數據送用戶監控信息系統做進一步處理。

(4)用戶監控信息系統

用戶監控信息系統實現故障的指示與定位功能，并與GIS系統結合在一起，形成一個獨立的軟件子系統。該子系統可包括兩部分:配電網圖形編輯系統、故障檢測與定位系統。配電網圖形編輯系統用來創建和修改配電網絡圖;故障檢測與定位系統是一個集GIS(地理信息系統)和MIS(管理信息系統)于一體的系統，它既可用來實時監測配電網絡狀態和故障、實時定位故障點、便于電力線路的維護和事故搶修，又可用來對配電網設施進行管理，便于設施信息的錄入、查詢和統計。

2.2 系統工作原理

配電線路故障定位系統主要用于相間或單相接地短路故障點的檢測，故障指示器啟動，給出紅色顯示，同時發出一無線調制編碼信息，IPU接收到線路上指示器發來的信息后，先解調、解碼，再將IPU的地址碼信息及指示器的編碼信息綜合后，最后經過編碼調制后發射出去。安裝在監控中心的數據處理及轉發系統(CM200)，接收到IPU發來的信息后進行解調，解調后的信息送通訊主站進行解碼處理，然后通過104規約接口，將信號傳送給監控中心的計算機，線路故障計算機信息系統將收到的所有含有地址碼信息的數據進行綜合處理，包括糾錯校正和邏輯判斷運算，對故障通路定位、并在電子地圖中標識出來，據此維修人員可以直接到故障點排除故障。

3 10kV配電線路故障定位系統的應用

3.1 系統在應用上有一些特點

(1)線路信號檢測不受勵磁涌流、高次諧波、電流波動，尤其是電纜分布旁路的影響。

(2)系統設置了短信平臺，系統自動將告警信息發送到預先設定的相關人員的手機上。

(3)采用數字編碼，一種狀態對應一組編碼，傳輸可靠，干擾很小，發射時間0.5s左右，發射功率2W。

(4)線路故障指示器用環氧樹脂澆注密封，受外界條件影響小，使用壽命長。

(5)故障指示器在線路安裝的地點越多，故障定位區域就越小，查找到故障點所用的時間就越短。

3.2 應用效果

目前“配電線路故障定位系統”已在10kV配網中安裝投入運行，并在實際運行中取得了良好的效果:有效減輕了配網線路巡線人員的勞動強度，縮短了查找故障的時間，提高了供電可靠性。實踐表明該控制系統設計先進合理，運行穩定可靠，產生的經濟效益和社會效益十分可觀。

以某10kV線為例，由于該線路在雷雨季節經常發生跳閘，由于途經山區，地形復雜，而且線路較長，給巡線人員帶來很大的困難;據統計，在安裝了配電線路故障定位系統以后，發生跳閘時故障點查找時間平均縮短了約60分鐘，有效加快了事故的處理速度。減輕了配網線路巡線人員的勞動強度，縮短了查找故障的時間。同時減少了供電量的損失，提高了供電可靠性增加了經濟效益。

4 結語

使用配電線路故障定位系統，當配網線路發生故障時，能夠迅速判斷故障區域，盡快恢復無故障線路供電，減少停電面積，減輕了巡線人員的勞動強度，加快了事故的處理，有利于盡快恢復供電，提高供電可靠性。

參考文獻

[1]唐群綱，配網故障定位和重構的啟發式及遺傳算法，重慶大學碩士學位論文，2007.

[2]衛志農，何樺，鄭玉平.配電網故障區間定位的高級遺傳算法.中國電機工程學報，2002.