配網(wǎng)線路運行故障監(jiān)測定位系統(tǒng)分析

張懷密　胡政　李音潔　冉軍

【摘 要】配電網(wǎng)絡(luò)因為分支線多而復(fù)雜，在發(fā)生短路故障時一般僅出口斷路器跳閘，而小電流接地系統(tǒng)故障查找更是困難，人工查找故障需耗費大量精力，因此能否對配電網(wǎng)線路進(jìn)行精準(zhǔn)故障定位，成為需要解決的問題。故障監(jiān)測定位技術(shù)不僅可提高供電可靠性，減少故障巡線時間，同時可極大地提高配電網(wǎng)運行穩(wěn)定性及運行效率。

【關(guān)鍵詞】配電；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；故障定位

0.引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，城市建設(shè)及企業(yè)現(xiàn)代化程度不斷提高，用電量日趨加大。為適應(yīng)城市電網(wǎng)的建設(shè)和現(xiàn)代化企業(yè)的發(fā)展，保證供電系統(tǒng)的安全可靠，同時為了美化環(huán)境，節(jié)約線路走廊用地，城市中原本縱橫交錯的架空輸電網(wǎng)絡(luò)正逐漸被電纜供電系統(tǒng)所取代。為了盡可能減少電纜線路由于故障引發(fā)停電的次數(shù)和時間，對電纜線路維護(hù)的要求已從最早的事故后維修、預(yù)防性維修發(fā)展到預(yù)測維修和故障定位。這就要求能夠在線監(jiān)測電力電纜線路的運行狀態(tài)，以便做出設(shè)備是否需要維修的結(jié)論，同時在發(fā)生故障后，能夠快速定位故障區(qū)段。

電力線路運行故障監(jiān)測定位技術(shù)可運用在6～35kV電纜線路的環(huán)網(wǎng)柜、分支箱、箱變、開閉所等電氣設(shè)備中，用于在線監(jiān)測電力線路負(fù)荷運行及故障情況，具有遠(yuǎn)程傳輸能力的分布監(jiān)控、集中管理、即時通知型的智能化故障管理系統(tǒng)。他是基于數(shù)字故障指示器技術(shù)、GPRS通訊技術(shù)和GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)為一體的一套自動高效的故障點檢查及定位系統(tǒng)。主要用于監(jiān)測線路上的短路、接地、過負(fù)荷、斷線、停電等故障情況，幫助運行人員迅速查找故障點，監(jiān)測線路負(fù)荷電流和短路動作電流，保存歷史數(shù)據(jù)并繪制曲線，用于事故分析和消隱。

本文介紹了一套系統(tǒng)故障監(jiān)測定位系統(tǒng)，由主站軟件、短信貓、 數(shù)字故障指示器（檢測終端）和通訊主機等幾部分組成。

1.系統(tǒng)工作原理

1.1系統(tǒng)工作原理

數(shù)字故障指示器指示器主要安裝環(huán)網(wǎng)柜電纜進(jìn)出線上，以實現(xiàn)這些線路的在線監(jiān)測（遙測）、故障檢測與定位（遙信），同時在附近安裝1臺或2臺通訊主機（采集器）。指示器和通訊主機（采集器）都帶有四字節(jié)全球唯一通信地址，用于通訊主機（采集器）對指示器的識別；通訊主機（采集器）還帶有一字節(jié)101協(xié)議通信地址，用于通訊主機（采集器）與主站之間的地址識別。通訊主機（采集器）U與指示器采用短距離無線調(diào)頻組網(wǎng)通信，與主站之間采用GPRS公網(wǎng)通信，可選靜態(tài)IP、動態(tài)域名和APN專線，推薦使用APN通道，確保數(shù)據(jù)和控制安全。

當(dāng)線路正常運行時，通訊主機（采集器）定期輪詢每只指示器或由指示器主動上報，指示器按預(yù)設(shè)的通訊策略進(jìn)行應(yīng)答或上報，將實時數(shù)據(jù)發(fā)送到通訊主機（采集器）。通訊策略的含義是：指示器采用極低功耗設(shè)計，設(shè)計壽命為8年以上，但無線通訊能量較大，不能完全依靠內(nèi)部鋰電池供電，大部分能量要從高壓導(dǎo)線感應(yīng)取電。當(dāng)負(fù)荷電流大于20A時可以完全取到通訊能量，在通訊時可以做到“有問必答”或者定時主動發(fā)送；當(dāng)負(fù)荷電流小于20A時，只能取到有限的電能，在通訊時會出現(xiàn)“兩問一答”或者定時主動發(fā)送的情況，其它時間指示器內(nèi)部無線通訊模塊都在休眠以減少電池?fù)p耗。值得一提的是，由于無線通訊劃分為64個獨立信道，無需對多只指示器進(jìn)行編碼和延時錯開時間發(fā)送，對于多只指示器同時發(fā)送時也不會存在互相干擾而導(dǎo)致通訊不上的情況。

當(dāng)線路出現(xiàn)短路故障時，指示器可以檢測到短路故障電流，如果符合特定的短路故障判據(jù)，則本地翻牌顯示，并按照預(yù)設(shè)的時間參數(shù)自動復(fù)歸，也可以通過主站遙控復(fù)歸。同時，在通訊主機（采集器）輪詢到自己時將“及時應(yīng)答”或者立即主動發(fā)送動作信息，將動作信號、短路故障電流等數(shù)據(jù)發(fā)送到通訊主機（采集器），通訊主機（采集器）再通過GPRS方式將故障動作信息和故障數(shù)據(jù)打包發(fā)到用戶手機或主站系統(tǒng)。

由于指示器的本地?zé)o線和通訊主機（采集器）的GPRS網(wǎng)絡(luò)“一直在線”，并具有雙向、隨機發(fā)起主動通訊的能力，所以主站在召喚通訊主機（采集器）的數(shù)據(jù)的同時，還可以對通訊主機（采集器）和指示器下發(fā)參數(shù)和遙控命令，例如在線修改通訊主機（采集器）和指示器的參數(shù)，遙控DCU連接的開關(guān)合閘、分閘，遙控通訊主機（采集器）管轄的指示器閃燈、復(fù)歸等。

1.2系統(tǒng)主要功能

1.2.1主動告警功能

可以主動上報線路的告警信息和指示器電池故障、信號傳輸終端、電池故障、設(shè)備失效等設(shè)備故障信息，系統(tǒng)可以主動實時將告警信息上報到監(jiān)控調(diào)度中心。告警信息被實時記錄到數(shù)據(jù)庫中，可根據(jù)需要長期保存；可以提供聲光告警。

1.2.2靈活傳輸功能

通信方式可選，通信方式的選擇與系統(tǒng)工作無關(guān)。目前采用GPRS方式上傳告警故障信息和下發(fā)查詢指令。

1.2.3數(shù)據(jù)管理功能

系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)、告警信息等全部存儲在數(shù)據(jù)庫中，便于統(tǒng)計分析，可以按照用戶要求生成各種統(tǒng)計報表、圖表。根據(jù)告警的不同拓?fù)湮恢煤透婢愋?，提供?shù)據(jù)分析功能，確定故障原因和故障位置。

1.2.4系統(tǒng)管理功能

可以對主控單元、采集設(shè)備、監(jiān)控點以及操作人員、系統(tǒng)功能等進(jìn)行配置；系統(tǒng)日志對系統(tǒng)狀態(tài)和人員操作做詳實記錄。

1.2.5電池電壓管理功能

對電池供電電壓進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)供電不足時上報告警。

1.2.6設(shè)備狀態(tài)定時上報

采用節(jié)拍方式，定時上報設(shè)備狀態(tài)，如果通信失敗則視為設(shè)備故障。

1.3技術(shù)特點

（1）突破模擬普通指示器的技術(shù)和FTU的標(biāo)準(zhǔn)。無需PT和CT，無需開關(guān)或開關(guān)改造，適用范圍廣，投入產(chǎn)出比高，運行可靠。

（2）設(shè)備運行功耗極低，使用壽命長。指示器從導(dǎo)線自取電，并后備長壽命鋰電池，永久免維護(hù)；數(shù)據(jù)采集 器從220V電源或者開口CT（電纜）取電，可選大容量鉛酸蓄電池或聚合物鋰電池， 5年維護(hù)一次。

（3）采用量化的短路故障檢測方法。監(jiān)測線路個點的負(fù)荷電流、短路故障電流并實時上報主站系統(tǒng)，并可在線調(diào)整短路故障檢測參數(shù)，大大提高短路故障檢測的準(zhǔn)確性。

（4）采用量化的接地故障檢測方法。對于小電流接地系統(tǒng)，監(jiān)測線路個點接地故障穩(wěn)態(tài)零序電流、暫態(tài)零序電流并實時上報主站系統(tǒng)，并可在線調(diào)整接地故障檢測參數(shù)，大大提高接地故障檢測的準(zhǔn)確性。

（5）本地采用無線調(diào)頻組網(wǎng)（64信道自動跳頻），遠(yuǎn)程采用GPRS網(wǎng)絡(luò)通訊，調(diào)試方便，免維護(hù)或少維護(hù)。

（6）指示器和數(shù)據(jù)采集器安裝簡單。安裝、拆卸簡單，本地或遠(yuǎn)程無線調(diào)試。

（7）經(jīng)濟(jì)實用的主站“四遙”功能。主站軟件可以實時對現(xiàn)場的故障指示器和兩路電動開關(guān)進(jìn)行“四遙”即遙控、遙信、遙測、遙調(diào)操作?？蓪崟r監(jiān)測負(fù)荷電流和短路動作電流、首半波尖峰電流和接地動作電流、穩(wěn)態(tài)零序電流和暫態(tài)零序尖峰電流（電纜）、線路或電纜頭對地電壓、導(dǎo)線或電纜頭溫度，并與GIS系統(tǒng)無縫接口。

2.現(xiàn)場應(yīng)用效果

這套電力線路運行監(jiān)測系統(tǒng)的實施可縮小故障停電范圍、停電時間，改善用戶用電的環(huán)境和條件，滿足生產(chǎn)和生活的需求，提高配網(wǎng)供電能力，增加系統(tǒng)的可靠性，縮短人員查找和處理故障的時間，節(jié)省人力、物力，提高工效和電網(wǎng)運行穩(wěn)定性。有效地降低損耗，提高電能質(zhì)量，在用戶不變的情況下最大限度地提高了售電量，增加經(jīng)濟(jì)效益。

3.結(jié)語

該項新技術(shù)實施后，對運行中配電線路的故障點及絕緣情況以及安全可靠性能進(jìn)行有效地檢測，不需人工查線，能對輸配電線路故障點進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。減少以往要求的停電檢測、傳統(tǒng)方法帶來的繁瑣操作及老的工作程序帶來的不安全因素，同時又具有維護(hù)費用低、節(jié)能、節(jié)資等顯著的經(jīng)濟(jì)性；達(dá)到增產(chǎn)、增效、安全的效益。另外，在提高能源可供條件，降低社會能耗指標(biāo)，保障社會安定等方面，具有巨大的社會效益。所以，在條件成熟的縣市級輸配電網(wǎng)中積極采用、推廣這套線路運行在線監(jiān)測系統(tǒng)具有非常重要的現(xiàn)實意義。 [科]