配網工程中線路故障定位與診斷技術應用研究

鄂爾多斯市碳中和研究應用有限公司 張云鶴 內蒙古電力（集團）有限責任公司鄂爾多斯供電分公司 萬浩浩

隨著電力系統的不斷發展和配電網絡的規模擴大，線路故障定位與診斷技術在配網工程中變得日益重要。線路故障不僅會導致電力設備損壞和停電，還可能對用戶造成安全隱患和經濟損失。因此，如何快速、準確地定位和診斷線路故障成為電力行業面臨的重要挑戰[1]。

1 線路故障對配網工程的影響和挑戰

線路故障是指在配電網絡中，由于各種原因導致電力線路發生短路、斷線、接觸不良等問題。這些故障會給配網工程帶來一定的影響和挑戰。

第一，線路故障會給供電可靠性帶來影響。供電可靠性是配網工程的核心目標之一，而線路故障會導致部分或全部用戶停電，嚴重影響用戶的用電需求。尤其是對于重要用戶，如醫院、工廠等，一旦發生線路故障可能會造成嚴重的經濟損失和人身安全風險。第二，線路故障給配網工程的維修和恢復工作帶來了較大的挑戰。由于配電線路常常鋪設在建筑物或地下管道中，維修人員需要面臨復雜的環境和作業條件。同時，線路故障往往發生在高壓環境中，存在一定的安全風險。第三，當線路故障發生時，需要定位故障點并及時修復，這對維修人員的技術水平和應急處理能力提出了較高的要求。第四，線路故障也對配網工程的設備和材料造成了不可忽視的損害。電力線路故障可能導致絕緣子、導線等重要設備損壞，需要及時更換和修復。第五，由于線路故障可能帶來瞬態過電壓和電流，還會影響到電力變壓器、開關設備等其他配網設備，進一步增加了維修和替換的成本和困難。

面對線路故障給配網工程帶來的影響和挑戰，需要采取一系列措施應對。第一，加強對配網線路的定期檢修和維護，減少故障發生的可能性。第二，提高配網維修人員的技術水平和應急處理能力，確保能夠快速定位故障點并進行有效修復。第三，增加備用設備和材料的儲備，以便及時替換損壞的設備。第四，加強對配網工程的監控和管理，及時發現故障并進行預警和處理[2]。

2 線路故障定位技術

2.1 傳統方法

傳統的線路故障定位方法主要包括單點檢測法和區間測量法。

單點檢測法是一種簡單直接的線路故障定位方法。通過在電力線路上設置多個探測點，并利用電阻進行故障點的檢測和定位，如圖1所示。當線路出現故障時，通過測量不同探測點處的電阻值變化來確定故障發生的位置。然而，這種方法需要人工操作，且存在定位誤差較大的問題。另外，在某些情況下，故障點的電阻變化可能非常微弱，很難通過單點檢測法準確定位。

圖1 線路故障定位圖

區間測量法相對于單點檢測法較為精確。是利用傳感器在線路上進行連續的電壓和電流測量，并通過比較故障前后的測量數據來確定故障點的位置。區間測量法具有實時性強、準確度高的特點，可以有效地縮小定位范圍。然而，該方法也存在一定的局限性，例如，對支路故障和隱性故障的定位效果較差。

2.2 高級方法

高級故障定位方法是指通過引入新的技術手段和算法來提高線路故障定位的準確性和可靠性。其中，常見的高級方法是基于物理場的故障定位技術。這種技術利用線路上產生的電磁場或電力頻譜特性來定位故障點。例如，可以通過監測電流波形和電壓波形的變化來判斷線路上是否存在短路或過載現象，并進而確定故障位置，如圖2所示。另一個高級方法是利用智能監測裝置進行線路故障定位。智能監測裝置如故障指示器、故障錄波器等可以實時監測電網的狀態和信號，當線路發生故障時，這些設備會發出警報并記錄詳細信息，幫助工程人員快速定位故障點。

圖2 電流波形與變化

此外，隨著電力自動化技術的不斷發展，還出現了基于遠程監控和遙測的故障定位方法。該方法通過監測配電網絡的各個節點的數據，并利用遠程通信技術傳輸和處理這些數據，實現對線路故障的快速定位。該方法中，智能變電站、智能終端等設備起到了關鍵作用[3]。

3 線路故障診斷技術

3.1 傳統方法

配網工程是指電力供應系統中的用戶側電力配電網絡，隨著城市化進程的加快和電力需求的增長，配網工程的建設和維護變得尤為重要。然而，在配網工程中經常會出現線路故障，這不僅影響了電力供應的連續性，還會導致電力損失和安全隱患。在傳統的配網工程線路故障診斷中，常使用以下幾種方法。

第一，巡檢法。通過對配電線路進行巡檢，觀察線路周圍的環境，尋找異常跡象，如路面上的明顯坑洞或表面損壞。這種方法雖然簡單直觀，但是很難準確定位故障點，尤其是在長距離和地下線路中。第二，隔離法。將整個配電網絡分成不同的線路段，逐一進行隔離，并測試每個線路段的狀況，以便找到故障點。這種方法需要逐一測試每個線路段，耗費時間和人力資源，且破壞性較大。第三，試探法。使用試探器等設備對線路進行試探，通過觀察電流、電壓等參數的變化來判斷是否存在故障。這種方法雖然精確度較高，但需要專業人員操作，并且設備成本較高。

3.2 智能化方法

智能化方法在配網工程線路故障診斷中的應用主要體現在四個方面：數據采集、特征提取、故障診斷和智能決策。第一，通過對電網的數據進行采集及實時監測，可以獲取大量的電流、電壓、功率等信息。這些數據被傳輸至智能化設備中，為后續的故障診斷提供了充足的依據。第二，通過特征提取技術，可以從大量的數據中篩選出與故障相關的關鍵特征。例如，利用傅立葉變換等數學方法，可以從電源質量和電力諧波等多個方面提取有關故障的特征。這些特征不僅能夠幫助判斷電網的運行狀態，還能夠輔助故障目標的定位。故障診斷是整個智能化方法中的核心環節，其需要利用專業的算法和模型對采集到的數據進行分析和處理。目前，常用的智能故障診斷方法包括人工智能（AI）、模糊理論、遺傳算法等。這些方法能夠根據已有的電網故障數據庫，對實時線路故障進行快速準確地診斷。第三，基于智能決策技術，可以根據故障診斷的結果，制定出最優化的維修方案。智能決策技術能夠根據不同的情況，評估故障造成的影響、計算修復成本，并給出維修方案的優先級，同時還能做出修復后的評估和預測[4]。

4 線路故障定位與診斷系統

4.1 系統架構和組成模塊

配網安全檢測系統（Distribution Network Security Detection System）是用于確保配電網絡的安全運行的一種重要技術手段。通過對配電設備和網絡進行實時監測和檢測，及時發現并響應潛在的安全威脅，保障用戶用電安全和供電系統的穩定運行。配網安全監測系統的具體架構如圖3所示。以下分析了架構中幾個關鍵組件。

圖3 配網安全監測系統架構

第一，數據采集模塊。該模塊負責實時采集電力線路傳輸的數據，并將其轉化為可處理的數字信號。通常情況下，數據采集模塊會包括各種傳感器和檢測設備，如電壓、電流傳感器等。其能夠獲取線路上的電氣參數信息，并將其傳輸給后續的處理模塊。第二，數據處理模塊。在該模塊中，采集到的數據會被送入算法進行處理。這些算法可以是基于數學模型，也可以是基于統計學理論的方法。算法的目的是根據實時采集到的數據，通過分析和計算得出故障的類型、位置和可能原因。為了確保系統的準確性和實時性，數據處理模塊通常會使用高性能的處理器和存儲設備。第三，用戶界面模塊。該模塊對外提供友好的人機交互界面，使維護人員能夠直觀地查看故障定位和診斷結果。用戶界面通常會配備各種可視化工具，如圖表、圖像和地圖等，以更直觀地展示電力線路的狀況和故障位置。同時，用戶界面也會提供各種操作和控制功能，方便維護人員進行故障修復和系統設置。第四，通信模塊。該模塊負責系統內部各個模塊之間的數據傳輸和通信。一個好的線路故障定位與診斷系統應該具備強大的通信能力，包括支持多種通信方式和協議，能夠實現遠程監控和遠程操作等功能。

4.2 數據采集與處理

數據采集是指通過各種傳感器、監測裝置等設備，對配電網中的各種參數進行實時監測和采集。常見的數據采集內容包括電流、電壓、溫度、濕度等。這些數據可以傳輸到監控中心，供后續的故障診斷和定位使用。數據采集的過程需要保證數據的準確性和穩定性。因此，在系統設計中需要考慮如何選擇合適的傳感器，并確保傳感器的安裝位置和方式正確無誤。另外，數據傳輸的穩定性也非常重要，可以采用有線或無線的方式進行傳輸，但無論采用哪種方式，都需要保證數據傳輸的穩定和可靠。采集到的數據需要經過一系列的處理，才能得到有用的信息。數據處理的過程包括數據清洗、數據過濾、數據校正等環節。其中，數據清洗是將采集到的原始數據進行去噪、降噪等操作，以便得到更準確的數據。數據過濾是對采集到的數據進行篩選，去除無效或異常數據，保留有用的數據。數據校正則是將采集到的數據與已知標準進行對比和調節，以確保數據的準確性[5]。

5 結語

總之，在配網工程中，線路故障的定位與診斷是一項至關重要的任務。通過不斷引入先進的技術和算法，配網工程中的線路故障定位與診斷技術將獲得更大的提升。這將有效地減少故障排查時間，提高維護效率，確保供電系統的穩定性和可靠性。因此，要意識到技術發展的同時，培養相關人員的專業知識和技能同樣重要，只有技術與人才相結合才能推動行業的發展。