架空型故障指示器在高速供電系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性

盧燁

（福建省高速公路集團(tuán)有限公司龍巖管理分公司，福建 龍巖 364000）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，10kV、35kV直配線(xiàn)路的負(fù)載日益增加，供電半徑也相應(yīng)擴(kuò)大，同時(shí)分支線(xiàn)路數(shù)量增多，使配網(wǎng)的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。由于給山區(qū)高速公路提供用電的10kV架空線(xiàn)路架設(shè)于人煙稀少的區(qū)域，線(xiàn)路跨度非常大，線(xiàn)路運(yùn)行所處環(huán)境的糟糕程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超乎想象，雷電、大風(fēng)、暴雨、泥石流等外力破壞造成的故障發(fā)生率較高。變電站10kV饋線(xiàn)側(cè)采用小電流接地系統(tǒng)，單相接地故障電流小，不易識(shí)別，特別是隨著增支擴(kuò)容，僅依靠零序電流整定值比較大小的方式判斷故障比較困難。架空線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)無(wú)法精準(zhǔn)定位，往往需要依靠人工巡線(xiàn)，通過(guò)逐段排查來(lái)縮小范圍，最終確定故障點(diǎn)所在位置。但是這個(gè)過(guò)程完全靠人力堆積，耗時(shí)耗力、效率極低。因此通過(guò)技術(shù)手段提升線(xiàn)路故障分析及故障點(diǎn)位診斷效率對(duì)保障穩(wěn)定用電具有重要意義。

1 架空線(xiàn)路常見(jiàn)故障分析

電力是高速公路收費(fèi)、監(jiān)控、通信系統(tǒng)不可缺少的能量，配電網(wǎng)絡(luò)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行歷來(lái)備受重視。但由于山區(qū)高速的特殊性，電力在使用過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)突發(fā)性故障。

1.1 單相接地故障

單相接地故障多發(fā)生在潮濕、多雨天氣，是由于樹(shù)障、配電線(xiàn)路上絕緣子單相擊穿、導(dǎo)線(xiàn)接頭處過(guò)負(fù)荷燒斷或氧化腐蝕脫落、單相斷線(xiàn)等諸多因素引起。

1.2 短路故障

由于山區(qū)高速的供電線(xiàn)路途經(jīng)山林的區(qū)域特別多，狂風(fēng)天氣時(shí)，緊鄰電桿的樹(shù)木被吹斷，倒壓在線(xiàn)路上導(dǎo)致短路；或者導(dǎo)線(xiàn)弧垂過(guò)大，遇大風(fēng)時(shí)擺動(dòng)，易造成短路；另外線(xiàn)路、設(shè)備運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，絕緣性能下降，也會(huì)造成該類(lèi)故障；還有穿梭林間的小動(dòng)物、鳥(niǎo)類(lèi)落到線(xiàn)路上、筑巢造成的相間短路，多發(fā)生在線(xiàn)路的T接桿、轉(zhuǎn)角桿、隔離開(kāi)關(guān)安裝處，因?yàn)檫@些部位聯(lián)絡(luò)線(xiàn)密集，相間距離雖然能滿(mǎn)足安全距離30cm的要求，但是安全距離余量不夠，鳥(niǎo)類(lèi)在下落或起飛時(shí)翅膀展開(kāi)，容易發(fā)生相間短路，聯(lián)絡(luò)線(xiàn)密集也是鳥(niǎo)類(lèi)筑巢的良好場(chǎng)所，筑巢的樹(shù)枝、鐵絲等也會(huì)引起相間短路。

1.3 斷路故障

超高車(chē)刮斷導(dǎo)線(xiàn)、樹(shù)木等異物砸斷導(dǎo)線(xiàn)等造成斷路；空曠地帶的絕緣線(xiàn)易被雷擊而造成斷線(xiàn)故障。從以往事故案例可以看出，斷線(xiàn)故障點(diǎn)大多發(fā)生在絕緣支持點(diǎn)500mm以?xún)?nèi)，或者在耐張和支出搭接處。

2 架空線(xiàn)路故障處置方法

2.1 架空型故障指示器的應(yīng)用原理

由于故障指示裝置是直接安裝在高壓線(xiàn)路上的，具有線(xiàn)路負(fù)荷監(jiān)測(cè)、短路故障、接地故障指示功能，能幫助尋線(xiàn)人員快速查找到故障點(diǎn)，縮短停電時(shí)間，提高供電可靠性。當(dāng)故障指示器檢測(cè)到短路、或接地故障特征后，會(huì)立即觸發(fā)翻牌和閃光報(bào)警指示，將故障信息通過(guò)433MHz無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)郊芸胀ㄐ沤K端。架空通信終端是一種用于配電網(wǎng)絡(luò)故障探測(cè)與定位系統(tǒng)（FLS）的通訊轉(zhuǎn)發(fā)器，其主要作用是從架空型故障指示器發(fā)出的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)中，解調(diào)、解碼和再解碼，利用Gprs/GSM短消息（gsm）或無(wú)線(xiàn)級(jí)聯(lián)（gsm）或無(wú)線(xiàn)級(jí)聯(lián)（gsm）向智能配電網(wǎng)的中心站發(fā)送信息。架空子站采用的Gprs/GSM方式，充分利用現(xiàn)有的移動(dòng)通訊技術(shù)，具有投資成本低和可靠性高的優(yōu)勢(shì)，能夠長(zhǎng)距離傳輸。在沒(méi)有g(shù)prs/gsm通訊模式的區(qū)域，架空通信終端通過(guò)無(wú)線(xiàn)級(jí)別的組網(wǎng)方式向配網(wǎng)中心傳輸信息，但為了達(dá)到組網(wǎng)的目的，必須設(shè)置大量空子站，投資高昂，只適用于山區(qū)。為滿(mǎn)足架空通信終端的工作電源需求，通常要遵循如下原則：在有電力供應(yīng)條件的區(qū)域，架空基站優(yōu)先選用“pt+”備用電源；在不使用pt電力的區(qū)域，可通過(guò)減少架空子站的電力來(lái)實(shí)現(xiàn)“太陽(yáng)能+備用電源”。

2.2 架空型故障指示器的故障判斷說(shuō)明

線(xiàn)纜系統(tǒng)故障指示裝置主要用于小電流接地系統(tǒng)或低電阻接地系統(tǒng)的故障診斷。

(1)將短路故障指示器用于有線(xiàn)系統(tǒng)。在相線(xiàn)上，一般都安裝有一種短路故障指示裝置，用以監(jiān)測(cè)線(xiàn)路間的短路和負(fù)荷，同時(shí)監(jiān)測(cè)線(xiàn)路的溫度。該系統(tǒng)采用短距離光纖與通信終端通信，實(shí)現(xiàn)了主、次設(shè)備的完全隔離。

(2)將接地故障指示器用于電纜系統(tǒng)。三相電纜一般都配有一個(gè)接地故障指示器，用以監(jiān)測(cè)電纜的接地情況。由于我國(guó)配電網(wǎng)的中性點(diǎn)集無(wú)功（非接地或諧振接地）和低電阻接地，因此，為了滿(mǎn)足不同的接地要求，必須能適應(yīng)以上兩種不同的接地方式。

2.2.1 故障診斷啟動(dòng)條件

短路故障發(fā)生后，如果電流在3s內(nèi)恢復(fù)正常，則為瞬時(shí)故障，瞬時(shí)故障復(fù)歸時(shí)間一般為12h；如果電流未在3s內(nèi)恢復(fù)正常，則為永久故障，永久故障復(fù)歸方式一般為上電復(fù)歸；發(fā)生單相接地故障時(shí)，都會(huì)在故障發(fā)生瞬時(shí)產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)時(shí)間在5ms～20ms的暫態(tài)過(guò)程，期間故障相電流會(huì)產(chǎn)生幅值較大的高頻暫態(tài)信號(hào),同時(shí)故障相電壓降低。

2.2.2 故障動(dòng)作條件

圖1 瞬時(shí)故障時(shí)序圖

圖2 永久短路時(shí)序圖

發(fā)生故障時(shí)，故障線(xiàn)路前2個(gè)周波零序電流由線(xiàn)路流向母線(xiàn)，與健全線(xiàn)路方向相反，2個(gè)周波后零序電流方向取決于補(bǔ)償方式；架空線(xiàn)路故障綜合裝置采集單元可以采集到故障相高頻暫態(tài)電流信號(hào)，配合故障相電場(chǎng)突變信號(hào)可就地判別故障；匯集單元同時(shí)與配電自動(dòng)化主站建立通信，將監(jiān)測(cè)的負(fù)荷信息和故障檢測(cè)數(shù)據(jù)傳至配電自動(dòng)化主站。

2.2.3 故障定位判定

在變電站出線(xiàn)、分支點(diǎn)、末端，以及配電線(xiàn)路各個(gè)合適節(jié)點(diǎn)處，安裝一套故障指示器。

根據(jù)故障指示器翻牌閃燈，以及故障信號(hào)遠(yuǎn)傳功能，系統(tǒng)采集信息綜合處理判斷，可快速定位到故障位置。發(fā)生故障的區(qū)間在最后一個(gè)觸發(fā)的故障指示器和第一個(gè)未被觸發(fā)的故障指示器之間。

3 架空型故障指示器的應(yīng)用效果分析

3.1 架空型故障指示器應(yīng)用前后的對(duì)比分析

假設(shè)一條長(zhǎng)15km的架空線(xiàn)路出現(xiàn)短路，按照傳統(tǒng)辦法，檢修班組先分兩組人員，A組工作人員前往故障線(xiàn)路供電末端的配電房外，將終端桿刀閘分開(kāi)；B組工作人員在對(duì)應(yīng)供電線(xiàn)路的變電站的1#桿處等候，接到A組人員電話(huà)通知確認(rèn)終端桿已分閘后，利用絕緣電阻測(cè)試儀，逐相搖測(cè)整條線(xiàn)路的絕緣電阻，確定故障相線(xiàn)；然后B組人員前往線(xiàn)路中間段，對(duì)故障相線(xiàn)重復(fù)絕緣測(cè)量工作，慢慢將故障范圍縮小，順著電纜一路追蹤，直到故障點(diǎn)的位置，由于架空線(xiàn)路架設(shè)于人煙稀少的區(qū)域，穿山越嶺，巡檢班組利用巡邏車(chē)到達(dá)線(xiàn)桿所在的山林，徒步抵達(dá)對(duì)應(yīng)電桿位置作業(yè)；運(yùn)氣好時(shí)也要測(cè)量3處～4處才能明確故障點(diǎn)位，期間需花費(fèi)10多個(gè)小時(shí)，這不僅耗費(fèi)大量的人力物力，還會(huì)影響整個(gè)供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，且長(zhǎng)時(shí)間的市電中斷對(duì)于柴油發(fā)電機(jī)、UPS這類(lèi)后備供電設(shè)備也是不小的考驗(yàn)。

當(dāng)10kV高壓線(xiàn)路中安裝了架空型故障指示燈后，就等于將整條線(xiàn)路網(wǎng)格化，每一塊區(qū)域上都有一個(gè)指示燈，線(xiàn)路出現(xiàn)異常的時(shí)候，檢修班組首先要做的就是沿線(xiàn)尋找報(bào)警指示，然后檢查對(duì)應(yīng)區(qū)域，相比傳統(tǒng)的檢查流程，可節(jié)約30%的時(shí)間，提高了檢查效率，確保故障得到及時(shí)處理，快速恢復(fù)電路的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.2 架空型故障指示器的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

首先，從上述結(jié)果可以看出，架空式故障指示裝置可精確地判斷出故障區(qū)域，為維護(hù)人員提供更為精確的信息，從而使電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定得到極大改善。在高速電力供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)里面安裝了故障指示儀，可將一條輸電線(xiàn)路分成等量的小區(qū)間，不僅可提高故障診斷精確度，還可減少檢修工作的難度。當(dāng)線(xiàn)路上的故障指示燈出現(xiàn)時(shí)，工作人員只要按照提示就能迅速到達(dá)對(duì)應(yīng)位置，不需巡查整條線(xiàn)路。其次，架空故障指示器不但能在線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)發(fā)揮功能，在日常運(yùn)行中24h不間斷地對(duì)線(xiàn)路檢測(cè)、記錄，為線(xiàn)路運(yùn)行、監(jiān)測(cè)提供大量可靠、高效的數(shù)據(jù)，在線(xiàn)路維護(hù)、電網(wǎng)調(diào)度、電網(wǎng)建設(shè)、電網(wǎng)運(yùn)行等方面發(fā)揮著重要作用。最后，架空式故障指示儀主要是利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通訊技術(shù)監(jiān)測(cè)線(xiàn)路，相比于人工巡視更具科學(xué)性，避免減少線(xiàn)路故障不被發(fā)現(xiàn)，保證線(xiàn)路的安全和穩(wěn)定。

4 應(yīng)用預(yù)期效果

首先，架空式故障指示儀可以24h連續(xù)監(jiān)測(cè)線(xiàn)路的工作狀態(tài)，既能確保線(xiàn)路安全，又能在人員松懈的情況下及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，降低故障嚴(yán)重性，減少故障對(duì)線(xiàn)路的損壞，從而減少故障的發(fā)生。智能故障指示裝置的存在，減少了維修費(fèi)用和經(jīng)費(fèi)的投入，架空式故障指示器利用電腦、通訊技術(shù)對(duì)線(xiàn)路實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，減少了工作人員的工作量，節(jié)省了大量人力資源，減少了相應(yīng)費(fèi)用，對(duì)提高輸電線(xiàn)路的經(jīng)濟(jì)效益具有十分重要的意義。架空式故障指示系統(tǒng)，顯著地提高了供電線(xiàn)路的運(yùn)行效率，減少線(xiàn)路故障的發(fā)生，將市電中斷時(shí)間由十幾個(gè)小時(shí)縮短至幾個(gè)小時(shí)，對(duì)此受到停電影響的收費(fèi)站點(diǎn)配電房?jī)?nèi)的柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)間也大大減少，除了延長(zhǎng)后備用電設(shè)備使用壽命以外，也極大的降低停電期間的柴油消耗，達(dá)到節(jié)能效果。此外，高效的線(xiàn)路修復(fù)也能加快隧道用電的恢復(fù)，降低隧道因停電給高速行駛的過(guò)往車(chē)輛造成事故風(fēng)險(xiǎn)。綜上可以看出，故障指示器在實(shí)際應(yīng)用中具有巨大的隱性經(jīng)濟(jì)價(jià)值，對(duì)于提高電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性、達(dá)到效益最大化具有不可替代的優(yōu)越性。

5 結(jié)論

智能電網(wǎng)是經(jīng)濟(jì)、技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物，隨著電力、通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，針對(duì)我國(guó)配電網(wǎng)的特點(diǎn)和技術(shù)水平，研制的故障指示儀的技術(shù)含量和使用范圍也將不斷提高和擴(kuò)大。在配電網(wǎng)中，架空式故障指示器的應(yīng)用具有非常重要的意義，其主要的作用是判斷故障類(lèi)型、確定故障部位、提供參考資料、輔助電網(wǎng)調(diào)度等，同時(shí)還具有縮短檢修周期、提高工作效率、提高經(jīng)濟(jì)效益、保障配電網(wǎng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)等功能。另外，在配電網(wǎng)中加裝架空型故障指示儀，能實(shí)時(shí)記錄配網(wǎng)數(shù)據(jù)，為高速電網(wǎng)調(diào)度計(jì)劃的制定和運(yùn)行提供依據(jù)，為高速收費(fèi)運(yùn)營(yíng)的健康、穩(wěn)定工作提供保障。