配網故障快速定位的基本方法分析及故障指示器的應用

周經緯 鄧國明 陽細斌

（廣東電網有限責任公司陽江供電局，廣東 陽江529500）

0 引言

配網分布廣、結構復雜，在城區電網架空線路多與電纜線路混合分布。對于保護不完善的線路，一旦線路某區段發生接地故障，則需要通過多次開關的操作才能將故障隔離開。故障處理時間長，易造成較大面積的停電，故亟需進一步提高故障定位和處理水平。利用配網自動化系統，能實現故障的快速定位，幫助檢修人員快速找到故障點，對故障進行隔離和處理，這對加快恢復供電速度具有重要意義。

1 配網故障定位的基本方法

1.1 利用重合器和分段器

對于輻射型或開環運行的環網，其線路中間發生故障時，該線路的重合器檢測到短路電流并跳閘，經過整定延時時間后自動重合。如果故障為瞬時故障，則重合器重合成功，電網恢復正常。如果故障為永久性故障，則重合器重合失敗，再次跳閘并重合。經過設定的重合次數后，重合器閉鎖重合，線路失電。分段器對重合器的重合次數進行計數，當達到整定值后，分段器分閘，將故障隔離開。如果分段器計數未達到整定值而故障已被隔離，則經過延時后恢復到初始狀態，對下一次故障可重新計數。采用這種方法可以對故障進行定位和隔離，并且不需要運維人員操作。但是這種方法中，如果故障為永久性故障，重合器的多次重合將對電網造成較大沖擊；重合器拒動時也會造成事故范圍擴大。

1.2 利用FTU 和SCADA

FTU 具有遙信、遙測、遙控功能，它檢測到故障電流會通過SCADA 通信網絡將數據上傳，由主站通過運算對故障進行定位。對于輻射型或開環運行的環網，電源側最后一個通過短路電流的開關以及第一個通過短路電流的開關之間即為故障區段，可以通過檢測沿線開關通過的短路電流對故障點進行定位。對于環網，發生故障后，各電源點的電流都會流向故障點，而在故障區段其兩端的故障電流功率方向相反，通過判斷短路電流的功率方向即可定位出故障點。利用這種方法能夠一次性定位出故障區段，而不需要重合器進行重合。但是FTU 和SCADA 通信網絡成本較高，一般只對重點線路配置。

1.3 利用故障指示器

故障指示器安裝在配網線路上，具有電流電壓采集、故障檢測和判別、故障指示、信號輸出和自動復歸等功能，其結構如圖1所示。

圖1 故障指示器結構圖

故障指示器利用空間電場電位梯度采集線路電壓，利用電磁感應采集線路電流，通過電壓和電流的變化對故障進行分析，如果判斷為短路故障，則自動動作并做出指示，同時將故障信號利用通信系統發送給主站。如圖2中的線路，S為故障指示器安裝點，F為線路短路故障點，則從變壓器到故障點F之間將流過故障電流，沿途的故障指示器S1～S5都會檢測到短路電流，因此會發出指示信號。而S7、S8沒有流過短路電流，因此不會動作。這樣沿著配網線路，最后一個有指示的故障指示器和第一個沒有指示的故障指示器之間的區段即為故障區段。

圖2 故障指示器安裝示意圖

2 故障指示器在故障定位上的應用

2.1 故障指示器工作原理

過流型故障指示器在使用前會設置一個動作值，在運行過程中一旦檢測到線路流過的電流I大于動作值Id，同時其持續時間T 大于設定時間Td，則會判斷發生故障。Id在設置時需要大于線路正常運行時安裝點可能流過的最大負荷電流，小于該條線路末端故障時安裝點可能流過的最小短路電流。采用過流方案具有實現簡單的優點，但在系統運行方式變化時，線路故障時所需的動作值也會變化，而提前設置的Id是固定的，因此容易出現誤動或拒動的情況。

自適應型故障指示器檢測的是電流的變化量。由于線路在發生故障時，電流增加幅度較大，線路保護跳閘后電壓UC和電流IC會在瞬間變為0，因此自適應型故障指示器根據故障電流分量整定值Ib、故障切除可能所需最短時間T1、故障切除可能所需最長時間T2對故障進行判別，其判據如下：

ΔI＞Ib

T1≤ΔT≤T2

UC＝0

IC＝0

采用這種原理，故障指示器動作只與故障電流分量有關，對線路負荷電流的變化能夠自適應，電網運行方式變化后整定值不變，減少了故障指示器誤動或拒動的情況。

2.2 利用故障指示器檢測單相接地故障的方案

在變電站接地變壓器上安裝一臺動態阻性負載，如圖3所示。

圖3 動態阻性負載安裝圖

當線路發生單相接地故障時，中性點出現偏移電壓，當控制器檢測到該偏移電壓大于整定值并持續一定時間后，則將動態阻性負載延時短時投入，使得變電站到故障點之間產生一個特殊的信號電流。而該信號電流將流過故障相，只有故障線路上的故障指示器才能檢測到這個特殊信號電流，并自動指示和發送信號到主站，對故障點進行定位。

采用這種方案，能夠有效地對配網故障信息進行采集。在實施該方案的過程中，要選用符合規范要求的故障指示器，沿線安裝。配置通信終端和主站系統，故障指示器通過GPRS功能將信息發送給主站，經過解密認證后才能由主站系統進行處理。為故障指示器增加電流監測功能，使其同時具有故障指示和電流監測功能。

3 結語

本文首先對配網故障定位的基本方法進行了闡述。由于配網分布廣的特點，依靠在開關上安裝自動化裝置對故障進行定位將花費大量的資金，建設和運維成本高，而采用故障指示器對線路的故障點進行檢測和定位將有效降低成本。本文提出了一種特殊信號注入法，對于單相故障的定位具有較大優勢。隨著配網自動化的發展，故障定位的算法及故障特征的檢測技術會進一步得到改進，配網的運行也將更加安全、可靠。

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