10kV配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)的研究

李國才

(石林供電有限公司,云南石林 652200)

10kV配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)的研究

李國才

(石林供電有限公司,云南石林 652200)

現(xiàn)如今,隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展,對配電網(wǎng)供電可靠性要求逐漸提高,要求能夠根據(jù)配電網(wǎng)傳送的實施信息,定位配電網(wǎng)故障點,本文以10kV配電網(wǎng)為例,對配電網(wǎng)的故障定位系統(tǒng)進行研究,分析故障檢測方法達到及時消除故障的目的。

10kV配電網(wǎng) 故障檢測 定位

隨著當今經(jīng)濟社會的全面發(fā)展，對整個電力系統(tǒng)的供電可靠性提出了更高的要求，由于配電網(wǎng)直接接觸最終用電客戶，服務對象從居民到工業(yè)、商業(yè)等廣大用戶，覆蓋面很廣，除了給人們供應基本的生活用電，還為中小企業(yè)提供電能供應，幾乎所有的用電客戶都是由中低壓配電網(wǎng)接入，占每年售電量的四分之三還多。然而配電網(wǎng)的重要性在電網(wǎng)發(fā)展的過程中前期并沒有引起足夠的重視，隨著電力設備多樣化的出現(xiàn)，電能供應的可靠性、和電能質(zhì)量逐漸引起人們重視。伴隨著這樣的現(xiàn)象，配電網(wǎng)自動化開始得到快速發(fā)展。配電網(wǎng)自動化利用電子技術、計算機技術、材料學、通信技術對配電網(wǎng)的運行進行監(jiān)控，其中的故障定位系統(tǒng)能夠檢測故障發(fā)生的范圍，在故障發(fā)生時，檢測故障點，隔離故障區(qū)，減小停電范圍，使電網(wǎng)能夠安全可靠、經(jīng)濟有效的運行，為廣大用戶提供穩(wěn)定、可靠的電能。

1 10kV配電網(wǎng)線路特征

本文著重對10kV配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)進行研究，10kV配電網(wǎng)特點具體如下。

(1)線路分支多，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)復雜。10kV配電網(wǎng)分支較為復雜，過多的分支，使得信號的傳輸能力變?nèi)酰^難檢測出故障點的具體位置，容易出現(xiàn)對故障點的誤判斷。

(2)接地電阻較大。10kV配電網(wǎng)受接地介質(zhì)的影響，接地電阻很大，配電網(wǎng)如果發(fā)生單相接地，故障信號微弱，使得故障較難發(fā)現(xiàn)。如何克服高電阻的影響是配網(wǎng)故障定位研究的重點。

(3)對地電容過大。10kV配電網(wǎng)線路過長，一般由幾公里到幾十公里。線路越長，線路對地電容越大，電容對注入交流信號分流越大，而定位是需要的電流信號較小，這就給定位也帶來了困難。

2 配電網(wǎng)故障分析

配電網(wǎng)中影響正常供電的原因有很多，有自然原因如：雷、雨、雪、凝凍等引起；有設備方面的原因，包括設備老化、過負荷等；還有人員責任的原因，包括運行維護不當、外力破壞、盜竊等；最后是小動物影響。從影響配電網(wǎng)停電時間上大體可以分為兩類：暫時性故障和永久性故障，一般暫時性故障的處理是通過變電站出口處的斷路器一次重合閘進行消除。永久性故障則要進行配網(wǎng)故障排查及處理直至恢復電網(wǎng)運行。

配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)是指在故障發(fā)生后，根據(jù)配電網(wǎng)采集到的信息進行匯總，結(jié)合電網(wǎng)的實際運行，判斷出故障點所在位置，反映在電網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)上。智能配電網(wǎng)將會沿著可能導致故障點的電路進行排查，檢查開關的正常狀態(tài)，設備的正常運行，得到故障點的具體位置之后，將故障點隔離，進行修復。在對故障點進行修復的同時，為了盡快恢復故障點的電力供應，需要采取備用設備，重新調(diào)配到配電網(wǎng)中，回復區(qū)域供電。

配電網(wǎng)發(fā)生故障，有時故障時間長達數(shù)小時，嚴重影響了用戶的正常用電，在農(nóng)村，這種現(xiàn)象更是較為常見，為了提高整個配電網(wǎng)的可靠性。就需要提高配電網(wǎng)自動化智能水平，使配電網(wǎng)動化做到自動檢測到配電網(wǎng)故障點，自動隔離，自動切換重構(gòu)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，最大限度的縮短停電時間。為了進一步提高配電網(wǎng)故障電位的可靠性，現(xiàn)在可以采取的措施有：優(yōu)化配電網(wǎng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，對一些設備進行新老更替，增加智能化采集，保證網(wǎng)絡傳輸信息的可靠性，實現(xiàn)主要設備的實時測試和控制，為提高配電網(wǎng)自動化故障定位系統(tǒng)的可靠性，提供堅實的物質(zhì)基礎。

3 故障定位方法研究

目前，我國中低壓配電網(wǎng)大多采用中性點非有效接地運行方式(俗稱為小電流接地系統(tǒng))。配電線路故障，尤其是單相接地故障的快速、準確定位，不僅對修復線路和保證可靠供電，而且對保證整個電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟運行都有十分重要的作用。配電網(wǎng)故障定位法據(jù)配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)來看主要分電力電纜故障定位法、架空線路故障定位和適用于架空線與電力電纜混合敷設的故障定位方法。

3.1 電力電纜故障定位

3.1.1 測量阻抗定位故障點

阻抗法的故障測距原理是假定線路為均勻線，是通過測量故障點與測量點之間的阻抗，得出所需參數(shù)，聯(lián)立故障定位方程，解得故障距離。這種方法的較為簡單，為廣大工作人員所接受。這種測量故障距離的方法稱為電橋法，電橋法分為電阻電橋法和電容電橋法。兩者的測量范圍不同，電阻電橋法一般用于測量電阻不高的故障點，一般要求5000歐以內(nèi)，測量原理是根據(jù)電橋平衡原理得到故障距離。這兩種方法原理類似，適用于電纜斷線故障測量，不適合測量高電阻。電容電橋法在測量時必須知道電纜的準確長度和一些原始材料，如果電纜線路構(gòu)成比較復雜，計算比較復雜；電橋法不能測量三相短路故障。阻抗法具有投資少的優(yōu)點，但受路徑阻抗、線路負荷和電源參數(shù)的影響較大，對于帶有多分支的配電線路，阻抗法無法排除偽故障點，它只適合于結(jié)構(gòu)比較簡單的線路。

3.1.2 行波法

根據(jù)行波理論，無論是相間短路故障還是單相接地故障，都會產(chǎn)生向線路兩端傳播的行波信號，利用在線路測量端捕捉到的暫態(tài)行波信號可以實現(xiàn)各種類型短路故障的測距。行波法是通過測量故障產(chǎn)生的行波在故障點及母線之間往返一趟的時間或利用故障行波到達線路兩端的時間差來計算故障距離。行波法也較常用于電纜故障測距，以測量速度快，精度高著稱，有A、B、C、D型行波測距法。A型行波測距法原理簡單，所需設備少，理論上有較高的精確度，由于需要高速采樣系統(tǒng)和精準時間的限制，應用的廣泛度不夠，近來，主要用這種方法測試的有：脈沖電流法和脈沖電壓法。B型行波測距需要借助于通信通道進行故障測距，應用場合較廣，需要精確的故障行波到達測量端的時間。C型行波測距通過發(fā)生高頻脈沖，計算脈沖信號在故障點和裝置之間的距離得到故障距離，主要的測試方法有低壓脈沖發(fā)射法和二次脈沖法。

3.2 交流、直流定位

直流法是通過向故障點注入定量的直流電流，保證直流電壓輸出在某一范圍內(nèi)可調(diào)，通過調(diào)節(jié)直流電壓的值，保證注入的直流電流不變，之后應用直流檢測器找出故障發(fā)生的路徑，進一步檢測縮小故障點范圍，最終確定故障點位置。直流法確實有諸多優(yōu)點，但為了進一步快速的確定故障點位置，將兩種檢測方法相結(jié)合，在用直流檢測法檢測出故障路徑之后，利用交流法確定故障點的具體位置，通過注入的交流電流產(chǎn)生與電網(wǎng)頻率相同的磁場，由磁場產(chǎn)生的感應電動勢，實現(xiàn)地面檢測。交流檢測可以在地面進行信號檢測，檢測的方法非常方面，只需手持檢測設備在地面就可以得到線路的電流。

采用上述方法進行故障定位，工作人員假設10kV配網(wǎng)單相接地故障。

3.2.1 直流判定

從故障相注入直流電流130mA，根據(jù)電網(wǎng)拓撲圖確定監(jiān)測點位置1，用直流信號檢測器分別檢測位置1處的電流情況，結(jié)果測量到分支線2處沒有報警聲，分支線3處出現(xiàn)報警聲，如此便可確定故障點在分支線3處。用同樣的方法，以分支線3處為監(jiān)測點，可以確定分支線3處下屬小分支故障點存在的位置，進一步精確故障位置所在。

3.2.2 交流判定

在故障相處注入交流電流150mA，通過對比各線路點的電流強度，可以看出，故障路徑所在。從檢測點尋跡，線路電流點即為故障點，在檢測時，倘若該點的顯示值瞬間減小，說明該點為故障點。交流檢測法查找故障在時間上有很大優(yōu)勢，只用了半個小時，就確定了故障點位置，操作方便，容易控制。

4 結(jié)語

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，為千家萬戶提供用電，配電網(wǎng)的可靠性至關重要，本文對配電網(wǎng)中關鍵的故障定位系統(tǒng)進行分析研究，分析了配電網(wǎng)故障的危害性，結(jié)合10kV配電網(wǎng)，分析了10kV配電網(wǎng)的特點，根據(jù)10kV配電網(wǎng)的特殊性，給出了集中配電網(wǎng)故障點的檢測方法，然而有的傳統(tǒng)的方法比較局限，本文在此基礎上給出了一些解決辦法，相信隨著電力設備的發(fā)展以及電力網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，故障檢測系統(tǒng)可靠性隨之得到進一步提高。

[1]郭俊宏,譚偉璞,等.電力系統(tǒng)故障定位原理綜述[J].繼電器,2006,34(3):76-81.

[2]嚴鳳,楊奇遜,齊鄭,等.基于行波理論的配網(wǎng)故障定位方法的研究[J].中國電機工程學報,2004,24(9):37-43.

[3]周強輔,屈莉莉,李斌銀,等.基于故障指示器的配電線路故障自動定位系統(tǒng)研發(fā)[J].南方電網(wǎng)技術,2010,4(5):97-98.

[4]張宏波,袁欽成.故障指示器在智能電網(wǎng)中的應用[J].能源技術經(jīng)濟,2011,23(1):16-20.

[5]楊明皓.配電網(wǎng)供電恢復系統(tǒng)決策的實時計算方法[J].電力系統(tǒng)自動化,2000,24(5):45-48.