配電線路故障自動定位系統的應用與技術分析

鄭芳

摘要：隨著電力系統不斷發展，人們對供電的可靠性和供電質量要求越來越高。故障定位技術能準確定位故障點，省去查找故障所耗費的大量物力、人力和時間，得到了廣大電力工作者的研究和探索。本文結合自身的一些實際工作經驗，對10KV配電網中的實際應用及提高配電網供電可靠性進行分析，并做出了綜合性的總結，希望能為電力工作者提供參考和借鑒。

關鍵詞：安全;故障定位;研究探索

隨著電力系統不斷發展，人們對供電的可靠性和供電質量要求越來越高。目前，由于我國城鄉的配電網大都是采用單輻射樹狀方式，尤其是城市郊區10kV 饋電線路更是以架空線路為主，在惡劣的天氣時有發生接地和短路故障，這對電網的安全可靠供電造成了嚴重的影響。為減少線路故障后的尋查工作量，縮短故障修復時間，節約大量的人力物力，提高供電可靠性，減少停電損失，加強并提高系統運行管理水平，迫切需要在系統發生故障后能迅速準確地查找到故障點，線路故障點的準確定位顯得越來越重要。

1、配電線路故障在線定位技術原理

配電網在實際運行中，一般發生接地故障比相間短路故障多，運行統計數據表明接地故障約占總故障的 90%，特別是在雷雨、大風等惡劣自然天氣的時候，單相接地故障發生的幾率比較頻繁。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。在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。通常的做法是逐步減少連接在故障或者可疑發生故障線路上的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新型配電線路故障在線定位系統 MODS（Malfunction Online DetectSystem，MODS）的原理及其在 10kV 配電線路故障檢測中的應用。MODS主要組成部分：故障檢測裝置（含無線傳輸模塊）、故障指示器、工業控制計算機、系統應用軟件、接收發射交換機等組成。

2、線路故障檢測裝置故障檢測裝置

2.1故障指示器

工作原理：電流通過導體時磁場觸發指示器，當電流超過指示器的額定值時，將產生一個信號，白天線路故障時翻牌，晚上故障時發光。在實際的運用中，由于故障檢測器價格比較貴，故障指示器價格比較便宜，通常是將故障檢測器和故障指示器混合使用，一般將故障檢測器安裝在分支、線路負荷開關處，故障指示器安裝在設備引落線和同一供電區段的分支線路、耐張桿塔處。

2.2無線傳輸模塊

當線路發生異常變化（短路、接地、斷線）時，線路故障檢測器能夠及時響應故障信號，將變化的信號以編碼的方式采用無線裝置發射到工作站接收機;同時，故障指示器也立即對故障信號作出反映、翻牌或者發光。

2.3監控中心（工作站）

監控中心包括：工業控制計算機、系統應用軟件、接收發射裝置、打印機等。監控中心的人機界面是直觀的配電網絡接線圖。當監控中心通過接收發射裝置接收到線路故障檢測器發送的信息，經過應用程序的處理，在人機界面的接線圖上將對應的故障檢測器變色，顯示故障信息。同時驅動報警系統發出聲光報警信號，移動工作站將故障信息發送到運行人員的手機。

3、幾種配電線路接地故障定位技術分析

3.1消弧線圈接地系統的相關單相接地故障定位分析

電力系統的故障定位通常依靠對故障引發的電流以及方向的檢測，實現對故障點的判斷。對于中性點接地的系統，由于接地故障的產生會導致相應相中較大電流的出現，故此種場合的故障定位較易實現。然而，對于中性點未有效接地的系統，經過相應的消弧線圈及電阻的裝設，當出現單相接地故障后，對應的故障電流數值相對較小，從而不利于故障的定位。以消弧線圈接地系統的單相接地故障定位過程為例，其一般涉及故障指示器、通訊等方面的技術。

1）故障指示器的對比

當前實際應用中涉及的配網線路故障指示器基本包括機械式以及電子式兩種。前者利用電子感應的基本原理實現，后者則通過相應的電流互感器，完成故障電流的采集，經過對電流數值的對比來實現，同時具有通訊和顯示的功能。相對于電子式指示器，機械式設備具有結構相對簡單、適應性好、便于維護等優勢，然而，也存在對小電流故障的判斷效果較差、不能對電網的運行進行動態監測、集成度差等不足;而電子式設備不僅能夠完成復雜的運算和功能，還能夠對配網線路的負荷進行檢測，同時也存在結構相對復雜等不足。

2）相關的通訊技術分析

對于使用電子式故障指示器的定位系統，把故障相關數據可靠、快速的進行傳輸具有重要的現實意義。鑒于無線通訊技術具有受地理條件約束較小、安裝及使用相對簡便等優勢，在配網故障指示器的通訊中具有很大的應用前景。

考慮到電力系統故障指示器復雜的周邊環境，以及較遠的安裝距離等因素，在現有的無線通訊技術方案中，應當優先考慮基于FSK以及ASK的技術，憑借其較好的抗干擾能力和較遠的傳輸距離，較為適宜在電力系統現場通信領域進行應用。同時，鑒于GPRS網絡通信技術的日趨成熟和廣闊的覆蓋面積，其比較適宜用在系統的遠程信息交互領域。

3.2行波故障定位及相關分析

1）行波故障定位方法簡述

現有的配網行波故障定位方法包括兩種，一種通過配網故障引發的行波完成，分為單端以及雙端定位法，一種通過向配網故障線路人為的注入一定的行波，根據其反射現象完成。通過行波進行故障定位，具有速度相對較快、準確性好的特點。以C型行波法為例，在實際的故障定位過程中，可以從以下方面進行操作：1）高壓脈沖信號的發射。通過向配網中的電力線路發射一定的脈沖信號，并對其發射信號進行采集和相應的噪聲處理操作，將其中的主要能量所處頻率進行科學的分析處理，對系統故障點的特征發射波的相應時刻進行確定，之后，按照C型行波定位的相關理論，求解出故障的距離;2）考慮到當配網線路中產生故障后，位于故障點下游的節點的能量將會發生衰減，利用神經網絡的模式識別功能，對相關的節點特征波進行分析，能夠對故障的所在區段進行判別，進而綜合的對故障位置進行鎖定。

2）相關的故障定位設備以及信號的采集分析

當使用C型波的方法完成故障定位時，往往應該向配網有關線路中發射一定的電壓信號，并對注入的信號和發射的行波信號進行接收，故相關的信號源以及數據采集設備的質量至關重要。對此，可以從以下方面進行考慮：1）關于信號源。當采用C型波進行故障定位時，一般對使用的信號源的上升沿的要求較高，其電壓由峰值的10%至90%的時間宜小于幾個微妙。同時，出于方便觀察的考慮，相應的故障行波波形的幅值應當較大。綜合以上原因，實際中，通常選用高壓脈沖類信號充當激勵源;2）關于數據采集設備。考慮到待測的故障行波的傳輸速度極快，因此，應當根據實際的應用需求，積極的選用高精度、高速的采集設備。

4、總結

當前的電力系統配網故障定位技術日趨成熟，但實際應用中的可靠以及靈敏性等仍有待改善，針對系統故障特征較為明顯的應用場合的定位算法的研究相對較多，但相關算法的容錯以及適用性的研究仍需深入。

參考文獻

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[3]徐俊.消弧線圈接地系統單相接地故障定位研究.上海交通大學.2011（9）

（作者單位：河北省秦皇島市秦熱發電有限責任公司）