配電線路故障自動定位系統

文/李萌華，國網河南省電力公司漯河供電公司

1 前言

由于線路的相間短路故障,同時出現過電流,一般可通過檢測線路電流突變量判斷出故障發生。但是,單相接地故障由于故障電流微弱,電弧不穩定,使得定位其故障點成為難題,且單相接地故障是發生幾率最高的故障類型,所以單相接地故障點的準確、快速定位對于提高供電可靠性至關重要。對于故障點的檢測,給出了利用故障指示器檢測相間短路故障的故障啟動條件,介紹了根據故障電流幅值大于正常情況電流幅值的現象,實現電纜線路故障定位的故障指示器。

本文通過檢測過流現象判斷線路是否出現相間故障,通過在中性點投入中電阻的方法,實現單相接地故障的檢測。利用戶外線路上懸掛的故障指示器檢測相間短路故障及單相接地故障信息,故障指示器信息通過通用分組無線業務(GPRS)無線通信網絡將故障信息送至監控中心故障定位服務器,實現線路故障的快速自動定位。

2 系統結構

基于故障指示器的配電線路故障自動定位系統的結構如圖1所示。

測單元可以由單個故障指示器節點組成，也可以由幾個故障指示器節點共同組成。故障指示器掛裝于線路上，可在系統不停電的情況下直接利用操作桿進行裝卸。一般安裝在以下地點：在變電站出口處，用于判斷故障是在站內還是站外；在分支

入口處，用于判斷故障是在主干線上還是在分支線上；在電纜與架空線連接處，用于判斷故障是在電纜段還是在架空上；在平原或空曠地帶，減輕尋線人員的工作壓力。

檢測單元正常情況下處于休眠狀態，當線路狀態發生變化時，通過故障檢測電路檢測到上電、斷電、短路和接地信息時觸發電路將單片機喚醒，單片機被喚醒后采集狀態數據信息進行處理，將信息以數據包的形式安全準確的發送出去。每組檢測單元配有一臺信號傳輸終端。信號傳輸終端主要由單片機系統、GSM模塊，無線射頻通信模塊和太陽能供電裝置構成，其作用是接收檢測終端發送過來的信號，并通過中國移動GSM將信息發送到監控中心。信號傳輸終端為全金屬外殼噴塑處理，安裝在距離檢測單元100m內的桿塔上，直接利用抱箍固定，要求與高壓導線距離3m之外，以便有效地隔離線路磁場的影響。

中央信息處理機由本文自主開發，作為通信傳輸設備，其功能之一是負責接收信號傳輸終端發射的數據信息，并將信息通過串口發到計算機上；二是將后臺算機系統需要發送的事故內容短信通過移動通信網絡發送到設定的手機上，便于線路運行人員及時發現線路故障情況。其通信傳輸系統是依靠移動手機卡，利用無線數據傳輸方式，實現信息的及時傳輸。

監控中心由計算機和本文自主開發的專用監控軟件組成。軟件由故障短信息采集、數據運算分析處理和配電線路狀態顯示及報警三部分組成。短信收發裝置的GSM模塊接收故障信息并通過串口將數據傳送到計算機上，計算機將接收到的數據進行分析處理后，在運行界面上顯示故障線路名稱、具體桿位、報警時間等信息，并在線路拓撲圖上閃爍提示報警，同時用短信通知值班人員。系統支持分布式數據庫，可查尋歷史記錄，具有生成報表、打印等功能。

3 系統工作原理

首先,對各個檢測節點統一編碼其地址信息,各

檢測節點上報的故障信息包含其地址編碼信息。圖2中,當線路F點發生故障時,故障點F上游的各檢測節點檢測到故障信息,而F下游和其他分支線路的檢測節點均檢測不到故障信息。故障自動定位系統服務器根據獲取的各檢測節點的報警信息通過矩陣算法就可確定出故障發生在節點3和節點4之間,從而定位出故障所在區段。

圖二 系統工作原理圖

4 故障檢測原理

本系統采用短路和接地二合一故障指示器，在線路上電、停電、接地、短路時可以將信息上報。

4.1 短路故障檢測原理。短路故障檢測原理是利用線路出現故障時電流正突變及線路停電來檢測故障。根據短路時的特征，通過電磁感應方法測量線路中的電流突變及持續時間判斷故障。

短路故障的檢測采用突變電流作為判據，可以大大減少誤動作的可能性，不會因為線路的繼電保護整定值改動或者用電負荷增加而導致檢測單元不適用原有線路的問題。

4.2 接地故障檢測原理。目前接地故障的檢測原理基本還是沿用小電流接地系統單相接地選線的原理，主要的檢測方法有首半波法、5次諧波法、電流突變法和零序電流法。本系統接地檢測主要是采用首半波原理，其直接的判據是對地電容電流變化、電壓降低和線路不停電。該方法對接地瞬間的電容電流首半波采樣，當電容電流突變且大于一定數值，并且與接地瞬間的電壓首半波同相，同時導線對地電壓降低時，判斷線路發生接地。

5 故障自動定位方法

對輻射狀網、樹狀網和兩端供電設計單端供電運行的開式網絡，只需根據饋線是否通過故障電流判斷故障位置，即故障位置應當在從電源沿潮流方向最后一個經歷了故障電流的故障指示器和某個未經歷故障電流的故障指示器之間。因此，故障定位時，首先找到發生報警的所有線路的干線，從干線開始分析，若該干線上不存在報警的支線，則直接分析該干線；否則必須分析干線與支線的報警數據的關系，最后根據分析結果報警。

5.1 放射式線路故障定位

5.2 拉手式線路故障定位

5.3 多電源故障定位

6 結語

本文所設計的系統實際運行的結果表明：利用簡單、成本低廉的通信手段將故障指示器所采集到的故障信息上傳，配合所開發的故障自動定位系統軟件，能夠對故障區段進行迅速定位和顯示，可縮短人員查找和處理故障的時間，節省人力、物力，提高工效和電網運行穩定性。與傳統的配網自動化相比，系統有較好的性價比，適合在農村電網推廣使用。