配電網故障自動定位系統的應用研究

林育錦

（廣東電網汕頭潮陽供電局，廣東 汕頭515100）

配電系統位于電力系統電能輸送的末端，直接承擔為用戶的供電，因此，其對居民供電質量有較大影響。近兩年來，我國電力公司在不斷發展的過程中，逐漸進入到了買方市場，電力用戶對供電的可靠性以及電能質量也有了非常高的要求。國家電力公司為了提高公司運行的規范性，充分展現“人民電業為人民”的最高宗旨，針對供電可靠性方面做出了相應的規定［1］。而傳統的配電網運行及管理方式中出現故障后的定位技術無法適應當前電力企業發展以及市場的需要，因此，要實現相關規定的目標，迫切需要新的故障自動定位系統來改善這一現狀，使其能夠非常迅速的查找到故障點，避免由于故障導致用戶供電質量下降。

1 配電網故障自動定位系統構成

1．1 帶通信功能的故障指引器（FI）

當線路出現故障時，故障分支上的故障指示器能夠迅速被觸發，并通過發光以及紅色翻牌的方式來進行指引，發光指引往往是以1．3 s的頻率不停閃爍，再經由光纖通信單元等來將所獲得的數字信號進行編碼，通過無線電波等方式及時傳送出去。安裝故障指示器時，通常可將其安裝到架空絕緣線、架空裸線以及電纜線路等，主要用于對單相接地故障以及短路故障的檢測。根據電網的實際情況可以選取不同型號的指示器。

1．2 通信終端（子站ST）

本次研究中所提到的通信終端，均屬于低功耗設計，它在不同的系統中也有一定的差異，其中架空系統主要由太陽能實現供電，而在電纜系統中則運用CT進行供電，但無需再運用PT，較好地解決了電源問題。通信終端往往是安裝在線路分支點處，它能夠較好地接受各個支路所裝置的故障指示器的編碼信息，與故障指示器形成了一對多的模式，并且在接收動作信息經過處理后，通過時序控制和地址編碼，再經由GPRS或者GSM通信裝置即可將相關信息傳送到中心站。對于架空線路，通信終端的設計同樣能夠在全戶外進行運行，考慮到電源系統獲得電源的方法更加便捷，直接將太陽能轉化為電能，來對通信終端所涉及的電容以及電池進行充電，有效保證設備正常運轉，也可將其稱之為架空型通信終端［2］。

1．3 中心站（CS）

中心站同樣經由GPRS或者GSM通信裝置來實現對通信終端傳輸信號的接收，或者對相關信息進行解碼，并對獲得的數據給予相應的處理。與此同時，它還可對協議進行轉換，再將所能夠獲得的信息直接傳送到主站中，以此來實現主站設備以及站端設備的有效通信。中心站在進行通信時，則主要依靠GPRS或者GSM，只需要通過插入相應的SIM卡，即可充分運用移動網絡來進行及時連接，這就能夠實現對通信終端所發出的信息或者數據等進行及時接收，還可將故障定位信息傳送至主站。

1．4 基于GIS平臺的故障定位系統軟件

故障定位系統的軟件主要用于對中心站所轉發的各項故障信息進行收集，并及時對錯誤進行校正和糾錯，再經由計算和拓撲分析對故障通路和故障位置進行查找，最后將查找結果顯示在GIS的地理背景上。監控主站往往是由一臺服務器或者計算機組成，而在實際應用中，我們可結合系統容量或者環境對其進行選擇。將專業故障定位系統軟件安裝其中，即可對中心站的轉發信息進行接收，并在較短時間內，對故障信息進行匯總，同時對運行線路圖進行拓撲，進而實現故障自動定位。

1．5 通訊系統

通訊系統在故障定位系統中至關重要，它將各個設備連接起來，使通信終端與指示器的連接可結合場合選擇不同的光信號及無線信號來實現。而中心站與通信終端之間則可借助較為成熟的中國移動網絡來完成GPRS或者GSM的傳輸。而主站與中心站之間則主要以RS232串口信號來進行相互傳輸。

2 配電網故障自動定位系統關鍵技術

2．1 故障指示器

通過故障指示器可有效掌握接地故障信息以及短路故障信息，尤其是針對接地故障能夠較為準確的進行檢測，故障指示器檢測判據如下：

2．1．1 短路故障檢測判據

以上三個條件同時滿足時，即判定為短路故障。電纜線路的短路故障判據也同上。

雙電源線路：對于線路中環網運行或者雙端供電的系統，除了上述三個判據，還加入了功率方向判據。

2．1．2 接地故障檢測判據

架空線路：接地相電壓降低3 kV以上，零序電流突變為10 A以上；分機通過無線射頻與主機進行數據通信，零序電流通過三相電流比較計算后得出。

電纜線路：檢測零序電流大于一定數值，即三相不平衡電流20 A以上。電纜由于電感、電容的作用，本身零序電流較大，且是個相對穩態值。

接地分析：采用電壓跌落和零序電流的兩個判據檢測接地，提高了故障判斷的準確性，減少了故障的誤報率。

2．1．3 過流或負荷電流越限報警

過流：線路瞬時過流跳閘，但又正常供電；沒有造成永久短路。

電流越限報警：負荷電流超過設定值時，系統報警，線路超負荷運行，應及時控制調整。

2．1．4 停電

檢測原理：（1）監測點電壓跌落為0；（2）監測點電流為0；以上2個條件同時發生，可檢測出停電故障。

2．2 通信系統

故障指示器檢測到故障之后，需要將所捕獲的故障信息經由通信系統傳輸到通信終端。系統主要運用射頻技術通信，通信終端隨時能夠對故障指示器的無線信號進行接收。這就將配網與通信終端一次系統全部隔離開來，不會因系統是否帶電而受到影響，故維護和安裝的便捷性也更高。

2．3 通信終端

通信終端在接收到故障指示器發出的故障信息后，會及時將相關情況傳遞到中心站。因通信終端與故障指示器大多安裝得較為分散，加之其數量較大，既要實現系統的升級和正常運轉，還要達到縮減投入成本的作用，那么通信終端利用移動網絡即可實現快速且準確的信息傳遞。

2．4 通信終端的電源系統

通信終端處于不間斷的運行之中，需要采用較為可靠的電源系統來進行支持。由于故障指示器往往與通信終端配套使用，需要較大的電源，但PT電源卻無法大規模使用。而故障指示器卻能夠由電流來獲得電源，另通信終端也是一種微功耗設計，但因無法直接使用移動網絡，故在進行登錄時會出現大功耗現象。將太陽能電池與后備電源運用到架空線路通信之后，有效解決了供電問題，加之電纜線路通信終端運用CT超級后備電容供電技術以及CT取電技術，它能夠有效確保通信終端始終處于運轉的狀態，不至于出現供電短缺的情況。

2．5 網絡拓撲技術

應用基于地理信息系統GIS的網絡拓撲技術，首先在控制中心安裝相應的軟件系統，該系統應當結合GIS技術。通過對該系統的安裝，能夠有效實現對各項信息的匯總處理，再經由糾錯與校正，其能夠結合所掌握的地理信息系統GIS信息對出現故障的位置進行準確及時的定位。

3 配電網故障自動定位系統的應用

3．1 某架空線路故障定位系統的應用實例

某變電站出線通常為農村架空線路，這種線路極易出現接地故障，并且在出現故障之后，故障點往往都位于田地中，給故障查找造成極大的影響。將故障自動定位系統應用其中，可根據當地線路實施要求以及運行環境，明確架空線路故障。同時，將通信終端安裝在桿塔上，運用架空線路故障指示器無線傳輸來實現各種數據的上傳和故障的定位。首先運用故障指示器將故障信息傳輸到通信終端，再經由GPRS或者GSM網絡將信息傳輸到中心站，主站根據軟件的分析對故障點做出判斷，再將相關情況通過主站界面顯示出來，再通過短信的方式將信息傳遞到巡線人員中。通過故障定位系統的運用，使得該地區的配電網水平得到了顯著提升，并最大程度縮減了故障巡線人員的巡線時間，使得工作效率也明顯提高。

3．2 某市電纜線路故障定位系統的應用實例

某市城區配電網線路經過網架優化改造后，已經了具備了一定的規模，大多數的線路都已經實現了電纜落地，這使得三電源或者雙電源的系統已經基本形成，從某種程度上來說供電可靠性得到提升。但由于電纜供電系統非常龐大，會經常出現各種設備故障現象，這就需要提高線路的自動化水平，使其更加滿足供電可靠性要求。

該市通過對國內外優秀經驗進行總結，發現大部分的線路規劃考慮更多的是項目以及系統的功能，這使得實用性以及可靠性被忽略。鑒于此，該市最后決定采用電纜線路故障自動定位系統，并將其作為提升自動化水平的重要方法。為了實現故障自動定位，需要將電纜故障指示器裝到配電站、分支箱以及環網柜等設備上，同時安裝相應的電纜通信終端，其能夠根據GPRS或者GSM通信通道來實現通信，并將故障信號及時傳輸到后臺主站中，以此來實現故障自動定位系統的有效運用。故障自動定位系統的應用使得城區電纜系統的故障查找水平得到了很大程度的改善。

［1］ 許 嫻．智能電網故障定位及在線監測技術在10 kV城市配電網的應用探討［J］．廣東科技，2014，22（3）：57－58．

［2］ 唐金銳，尹項根，張 哲，等．配電網故障自動定位技術研究綜述［J］．電力自動化設備，2013，40（5）：7－13．

［3］ 任成立．故障自動定位系統在農村配電網管理中的應用［J］．農村電工，2012，20（10）：21．