10kV配電設備故障診斷及監測系統

國網山東省電力公司菏澤供電公司山東菏澤 朱露益

在實際操作中，10kV 的配電設備容易受到外部因素的影響，導致出現故障，并給電網的穩定運行帶來負面效果。為了確保配電網安全可靠地運行，必須采取合理措施進行檢修維護。利用智能電網的核心技術和設備，可顯著提升設備故障的診斷和監測效能。因此，應結合具體應用場景，構建完善的智能監控體系，加強對配電網運行狀態的實時監測。

1 故障診斷及監測系統概述

全方位分析10kV 配電設備運行狀態數據，故障診斷與監測系統可以很快地識別輸配電的具體情況，為確保10kV 配網能夠安全可靠地運行，我們需要準確地評估設備是否有漏電、短路或斷路等問題，并基于這些判斷對設備的穩定性和安全性作出準確的評價。

10kV 配電設備因外界環境因素的影響，容易出現老化或損壞，這會進一步導致設備無法正常工作，從而觸發區域輸配電系統的中斷。因此，想要提高配網安全水平，必須做好設備檢修工作。為確保電力供應的可靠性和安全性，必須及時獲取配電網絡的狀態信息，并對其進行定期檢修和維護。故障診斷與監測系統具備顯著的實用價值，其能為10kV 配電設備的日常管理工作提供有效的參考依據。通過建立相應的模型和算法實現對故障信息的分析處理功能，包括數據采集模塊，數據分析處理模塊，以及圖形顯示模塊[1]。

2 10kV 配電設備運行中常見故障類型及原因分析

2.1 一次設備故障

我國10kV 配電網絡節點多、管理設備廣、故障頻率高，給我國配電網絡的運行維護帶來了很大的困難。在這些電氣設備中，與一次電氣設備接觸最多，主要是用來傳導與轉換電能的設備有開關設備、變壓器、輸電線路、無功補償電容、電力電纜等。常見的設備故障類型包括短路、接地、絕緣、機械和發熱等，在眾多故障中，短路是最常見的一種。最容易出現問題的便是一次設備。導致設備故障的主要原因是地理環境和外部的自然環境因素（例如極端的惡劣天氣條件），但也可能是設備本身存在的缺陷導致的。

2.2 二次設備故障

二次設備的故障是配電自動化系統中的一個輔助電氣設備，其主要用于監測、控制和保護一次的運行，是由控制開關、電氣儀表、繼電器、自動化控制設備和控制電纜組合而成的。二次設備是指能夠完成電力輸送以及能量轉換工作，并將電能傳遞至電網其他環節的電力設備或線路[2]。

在此基礎上，還存在著部分由于管理不足、操作不當而導致的故障，而相關人員專業技術水平不足、工藝水準差、巡查防護不力、責任心不強等人為因素也是導致設備故障發生的部分原因，需要進一步關注并加以改進。

3 故障診斷及監測系統功能分析

3.1 系統架構

在進行10kV 配電設備的故障檢測時，必須依靠前端的數據收集和集中式的管理系統，以確保整個系統能夠高效且穩定地工作，并建立一個完整的故障診斷框架。

在該系統的操作中，前端數據采集工具采納了智能電網的自動化技術和前沿的智能數據收集方法，其可以實時捕捉配電設備的工作狀態，并通過通信工具向系統發送相關數據，從而產生完整且準確的運行監測數據，為接下來的故障檢測和管理任務奠定穩固的基石。另外，也可以為配網運行管理部門制訂專門的方案與對策，以此穩步提升配電網管理質量與供電的可靠性。可使用智能終端高效化分析并處理數據采集與歷史數據，其能更好地評估設備的風險隱患與安全問題[3]。

3.2 功能單元

該功能單元由數據采集單元和數據管理單元組成。通過對數據的收集與整理，能夠為用戶提供更加全面的信息服務，同時也提高了供電質量。全面化分析數據采集單元，以此探索10kV 配電設備在電流、電壓參數、振動狀態、溫度狀態以及損壞情況等方面的主要特征。

為了可以高效采集現場10kV 配電設備的運行數據，筆者運用FTU 作為前端采集系統，并安裝探傷裝置、紅外檢測與振動檢測。通過與上位機通訊以及與下位機軟件通信等方式，使得整個系統具有良好的擴展性。目前，10kV 智能網的主要發展方向是通過與柱上開關聯合，實現將智能電網控制要求下的故障設備進行及時隔離，以此逐步提升設備的運行管理水平，進而保障可以更加全面化地進行電力數據采集。

4 10kV 配電設備故障改進方法

4.1 全面提升10kV 配電線路的防雷水平

第一，需要全方位地增強10kV 配電線路絕緣子的耐雷能力，主要目標是提升針式絕緣子的耐雷性，可選擇質量上乘、能源消耗較低且技術領先的針式絕緣子。第二，在設計中考慮采用懸掛絕緣導線或架設架空地線等措施降低桿塔接地電阻和對地電容電流，同時應注意防止雷擊跳閘事故發生。由于懸式絕緣子具有較高的耐雷性，因此可以被視為一個正常的選擇，有助于降低10kV 配電線路的建設和運營成本。第三，線路過電壓保護器限流元件通過連接金具固定在瓷橫擔上，引流環套在橫擔上，與導線直接形成間隙，其結構如圖1所示。雷擊時，引流環與架空線路間的空氣間隙被擊穿，此時過電壓保護器殘壓被限制在一定范圍，避免絕緣子閃絡。 第四，應當安裝具有合適間隔距離的避雷器，并增強對其的保護措施。第五，需要根據不同負荷電流情況選擇合適容量的避雷器[4]。在變壓器的高壓側和低壓側都安裝對應電壓級別的避雷器，有助于增強10kV 配電線路的雷電防護能力，并降低由雷擊引發的故障風險。

圖1 線路過電壓保護器結構圖

4.2 加強人為監督管理力度

增強對10kV 配電線路的人為監控和管理是主要的策略。在對配電線路實施監督時，要注意做好巡視檢查和檢修工作。為確保10kV 的配電線路能夠穩定和安全地運行，需要安排專人進行定期巡查和檢查。發現問題時應該立即予以解決。發現異物，應該經迅速地進行排查和處理；處理和預防鳥害的故障都相對具有挑戰性，通常是在檢測到鳥害的情況下進行驅逐；雷擊事故發生時，要做好防范措施。在設備損壞或發生故障的情況下，需要派遣專業的技術團隊進行詳細的排查和修復工作，以免給當地的10kV配電線路帶來不良影響；對于運行維護人員來說，要做好日常巡視工作，及時發現并消除故障隱患。

4.3 要合理搭配檢修方式

在10kV 配電設備的大修過程中，技術檢測方法需要持續地更新。通過對現有檢修管理模式進行優化調整，實現“狀態修”管理理念是當前電力企業發展的重要趨勢。例如，對原有的維修方式進行重組。將變電一次系統與配網管理系統相結合，實現遠程實時監測。一方面，該系統融合了信息傳輸和數據監控的先進技術，可以確保變電站內的二次設備運行數據能被有效地收集和分析。另一方面，為了降低停電可能導致的負面影響，需要確保變電站的二次設備維護在盡可能短的時間里得以完成。

4.4 加強變電保護動作

10kV 配電設備由于設置保護不合理還會導致變電開關跳閘。可通過加裝開關來保護變電工作時間以達到防止或提高變電開關跳閘。

4.5 對絕緣子的檢查與更新

瓷器或絕緣子問題都可能引起短路，需采取正確處理措施。一是更換有問題或放電嚴重絕緣子時如出現問題，應由安裝人員拆除更新。二是設備需經常大修保養，防止故障發生，降低因故障造成的損失。此外新建立的線路應強化絕緣子的應用。

4.6 安裝優化避雷設備

當對10kV 的配電設備進行大規模維修時，必須嚴格按照相關的技術標準來操作，并特別關注配電設備兩側的開關位置。在進行檢修時，要對電力設備本身進行仔細檢查，同時還要確保其符合相應的安全要求和質量條件。在進行電力操作時，必須高度重視隔離開關的側面部分。為了保證供電安全和可靠性，需要加強對電力設備的維護力度。在進行防御設備的安裝時，必須嚴格按照既定的規范和標準來操作，并在此基礎上對電力設施進行全面檢查。就檢修工作而言，必須注意避免發生雷擊事故。未達到標準的避雷設備應當迅速進行完善或者升級改造。就配電線路和高壓配電裝置而言，都需要做好防雷擊措施。在進行防雷電阻的測試時，還需要根據相關的檢測準則，確保其數值不超過10Ω。當線路遭受雷擊時，會導致局部停電甚至是斷路的情況出現，從而給人們生活帶來不便[5]。

4.7 建議應用5G 檢修機器人進行配電檢修

配備了機械臂膀的5G 檢修機器人，在配電室DTU 柜門打開后，綠色的“掃描儀”能夠迅速地檢測和識別柜內裝置面板燈的當前狀態,并進行準確的分析。隨后，機器人會伸出儀器臂，準確按下設備面板上的按鈕，進行告警記錄查詢，從而實現設備的重新啟動或光纖的通斷測量。該巡檢系統可在無人值守情況下實現故障檢測與維修功能，具有智能化程度高、運行安全可靠等特點。這項實用新技術描述了一個5G 型的智能圖像檢測和自動維修機器人。其解決了目前電力系統巡檢存在的效率低下以及不能實時掌握系統運行狀況等問題，具有高效可靠、智能化程度高和操作方便靈活等特點。

5G 型智能檢修機器人已經擁有了超過十種的操作功能，包括對設備進行定點巡查、操作設備面板、替換出現故障的附件、重新啟動設備，以及對開關進行分合閘操作等。本裝置采用紅外遙控技術，利用單片機對開關柜中各種電氣設備及相關部件信息進行實時監測，并根據檢測到的數據通過繼電器實現自動化控制。這項實用新技術成功克服了配電室低壓側開關不能進行遠程操控和自動化設備無人維修的難題。

5 10kV 配電設備故障診斷及監測系統應用

5.1 快速隔離處理

根據10kV 配電設備的故障診斷系統所提供的各類數據，可以迅速確定故障位置，并利用GIS、GPRS 等先進技術對故障區域進行精確定位，進行后續的故障處理和維護工作。本文通過建立數據庫來管理和存儲相關的數據資料，一旦獲取到所需數據，即可直接在接口上調用這些數據，或者直接觀察和展示10kV 配電設備的當前狀態。這樣可以及時地了解設備運行情況及相關參數變化情況。

5.2 配合維修作業

對于10kV 配電設備的故障診斷系統，筆者在巡查過程中特別關注了容易出現故障的部分和設備。如果設備經常出現故障，建議每天檢查一次，以確認設備線路是否存在二次故障的風險；如果發現問題則要立即停機并及時更換新部件，否則應采取必要措施防止事故擴大和蔓延。對于那些不常出現故障的區域，可以定期進行大規模的檢查。例如，在年終和月末的維修工作中，可以將這些區域納入巡檢范圍，并每年或每月進行一次全面檢查，同時及時排除任何安全隱患。

6 結語

當前，依賴自動化設備的智能配電網絡已嶄露頭角，成為輸配電領域的一種創新架構。該體系以分布式監控系統為基礎，實現了對配電網絡各環節的實時數據采集與分析處理，并在此基礎上完成配電網運行管理、故障預警及輔助決策功能。該系統具備在線監測、遠程調整以及自我保護模塊和設備等多種手段，能夠對系統運行狀況進行快速而準確的監控，并據此進行科學而高效的輸配電調度，進而從根本上提升電網運行的安全性和可靠性。隨著電力市場改革的不斷深入，智能配電網建設已成為電力行業發展中一項重要課題。