配電線路故障自動定位系統(tǒng)的應(yīng)用與技術(shù)分析

鄭芳

摘要：隨著電力系統(tǒng)不斷發(fā)展，人們對供電的可靠性和供電質(zhì)量要求越來越高。故障定位技術(shù)能準確定位故障點，省去查找故障所耗費的大量物力、人力和時間，得到了廣大電力工作者的研究和探索。本文結(jié)合自身的一些實際工作經(jīng)驗，對10KV配電網(wǎng)中的實際應(yīng)用及提高配電網(wǎng)供電可靠性進行分析，并做出了綜合性的總結(jié)，希望能為電力工作者提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：安全;故障定位;研究探索

隨著電力系統(tǒng)不斷發(fā)展，人們對供電的可靠性和供電質(zhì)量要求越來越高。目前，由于我國城鄉(xiāng)的配電網(wǎng)大都是采用單輻射樹狀方式，尤其是城市郊區(qū)10kV 饋電線路更是以架空線路為主，在惡劣的天氣時有發(fā)生接地和短路故障，這對電網(wǎng)的安全可靠供電造成了嚴重的影響。為減少線路故障后的尋查工作量，縮短故障修復時間，節(jié)約大量的人力物力，提高供電可靠性，減少停電損失，加強并提高系統(tǒng)運行管理水平，迫切需要在系統(tǒng)發(fā)生故障后能迅速準確地查找到故障點，線路故障點的準確定位顯得越來越重要。

1、配電線路故障在線定位技術(shù)原理

配電網(wǎng)在實際運行中，一般發(fā)生接地故障比相間短路故障多，運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明接地故障約占總故障的 90%，特別是在雷雨、大風等惡劣自然天氣的時候，單相接地故障發(fā)生的幾率比較頻繁。雖然單相接地后，故障相對地電壓降低，非故障相電壓升高，電壓依然對稱，不影響用戶供電，但是，單相接地長時間運行會嚴重影響變電設(shè)備和配電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行。因此，發(fā)生單相接地后也需要將線路停電，查找故障，特別是在選線的時候，會造成無故障線路的停電，造成供電可靠性的降低。在配電網(wǎng)發(fā)生短路或者接地故障時，電網(wǎng)中存在大量的故障信息，可以利用一些量化的信息對故障點進行定位，同時，將故障或可疑線路與無故障發(fā)生的線路分開，保證其他線路的供電。通常的做法是逐步減少連接在故障或者可疑發(fā)生故障線路上的正常運行設(shè)備的數(shù)量。本文介紹一種基于計算機和通訊技術(shù)實現(xiàn)的新型配電線路故障在線定位系統(tǒng) MODS（Malfunction Online DetectSystem，MODS）的原理及其在 10kV 配電線路故障檢測中的應(yīng)用。MODS主要組成部分：故障檢測裝置（含無線傳輸模塊）、故障指示器、工業(yè)控制計算機、系統(tǒng)應(yīng)用軟件、接收發(fā)射交換機等組成。

2、線路故障檢測裝置故障檢測裝置

2.1故障指示器

工作原理：電流通過導體時磁場觸發(fā)指示器，當電流超過指示器的額定值時，將產(chǎn)生一個信號，白天線路故障時翻牌，晚上故障時發(fā)光。在實際的運用中，由于故障檢測器價格比較貴，故障指示器價格比較便宜，通常是將故障檢測器和故障指示器混合使用，一般將故障檢測器安裝在分支、線路負荷開關(guān)處，故障指示器安裝在設(shè)備引落線和同一供電區(qū)段的分支線路、耐張桿塔處。

2.2無線傳輸模塊

當線路發(fā)生異常變化（短路、接地、斷線）時，線路故障檢測器能夠及時響應(yīng)故障信號，將變化的信號以編碼的方式采用無線裝置發(fā)射到工作站接收機;同時，故障指示器也立即對故障信號作出反映、翻牌或者發(fā)光。

2.3監(jiān)控中心（工作站）

監(jiān)控中心包括：工業(yè)控制計算機、系統(tǒng)應(yīng)用軟件、接收發(fā)射裝置、打印機等。監(jiān)控中心的人機界面是直觀的配電網(wǎng)絡(luò)接線圖。當監(jiān)控中心通過接收發(fā)射裝置接收到線路故障檢測器發(fā)送的信息，經(jīng)過應(yīng)用程序的處理，在人機界面的接線圖上將對應(yīng)的故障檢測器變色，顯示故障信息。同時驅(qū)動報警系統(tǒng)發(fā)出聲光報警信號，移動工作站將故障信息發(fā)送到運行人員的手機。

3、幾種配電線路接地故障定位技術(shù)分析

3.1消弧線圈接地系統(tǒng)的相關(guān)單相接地故障定位分析

電力系統(tǒng)的故障定位通常依靠對故障引發(fā)的電流以及方向的檢測，實現(xiàn)對故障點的判斷。對于中性點接地的系統(tǒng)，由于接地故障的產(chǎn)生會導致相應(yīng)相中較大電流的出現(xiàn)，故此種場合的故障定位較易實現(xiàn)。然而，對于中性點未有效接地的系統(tǒng)，經(jīng)過相應(yīng)的消弧線圈及電阻的裝設(shè)，當出現(xiàn)單相接地故障后，對應(yīng)的故障電流數(shù)值相對較小，從而不利于故障的定位。以消弧線圈接地系統(tǒng)的單相接地故障定位過程為例，其一般涉及故障指示器、通訊等方面的技術(shù)。

1）故障指示器的對比

當前實際應(yīng)用中涉及的配網(wǎng)線路故障指示器基本包括機械式以及電子式兩種。前者利用電子感應(yīng)的基本原理實現(xiàn)，后者則通過相應(yīng)的電流互感器，完成故障電流的采集，經(jīng)過對電流數(shù)值的對比來實現(xiàn)，同時具有通訊和顯示的功能。相對于電子式指示器，機械式設(shè)備具有結(jié)構(gòu)相對簡單、適應(yīng)性好、便于維護等優(yōu)勢，然而，也存在對小電流故障的判斷效果較差、不能對電網(wǎng)的運行進行動態(tài)監(jiān)測、集成度差等不足;而電子式設(shè)備不僅能夠完成復雜的運算和功能，還能夠?qū)ε渚W(wǎng)線路的負荷進行檢測，同時也存在結(jié)構(gòu)相對復雜等不足。

2）相關(guān)的通訊技術(shù)分析

對于使用電子式故障指示器的定位系統(tǒng)，把故障相關(guān)數(shù)據(jù)可靠、快速的進行傳輸具有重要的現(xiàn)實意義。鑒于無線通訊技術(shù)具有受地理條件約束較小、安裝及使用相對簡便等優(yōu)勢，在配網(wǎng)故障指示器的通訊中具有很大的應(yīng)用前景。

考慮到電力系統(tǒng)故障指示器復雜的周邊環(huán)境，以及較遠的安裝距離等因素，在現(xiàn)有的無線通訊技術(shù)方案中，應(yīng)當優(yōu)先考慮基于FSK以及ASK的技術(shù)，憑借其較好的抗干擾能力和較遠的傳輸距離，較為適宜在電力系統(tǒng)現(xiàn)場通信領(lǐng)域進行應(yīng)用。同時，鑒于GPRS網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的日趨成熟和廣闊的覆蓋面積，其比較適宜用在系統(tǒng)的遠程信息交互領(lǐng)域。

3.2行波故障定位及相關(guān)分析

1）行波故障定位方法簡述

現(xiàn)有的配網(wǎng)行波故障定位方法包括兩種，一種通過配網(wǎng)故障引發(fā)的行波完成，分為單端以及雙端定位法，一種通過向配網(wǎng)故障線路人為的注入一定的行波，根據(jù)其反射現(xiàn)象完成。通過行波進行故障定位，具有速度相對較快、準確性好的特點。以C型行波法為例，在實際的故障定位過程中，可以從以下方面進行操作：1）高壓脈沖信號的發(fā)射。通過向配網(wǎng)中的電力線路發(fā)射一定的脈沖信號，并對其發(fā)射信號進行采集和相應(yīng)的噪聲處理操作，將其中的主要能量所處頻率進行科學的分析處理，對系統(tǒng)故障點的特征發(fā)射波的相應(yīng)時刻進行確定，之后，按照C型行波定位的相關(guān)理論，求解出故障的距離;2）考慮到當配網(wǎng)線路中產(chǎn)生故障后，位于故障點下游的節(jié)點的能量將會發(fā)生衰減，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模式識別功能，對相關(guān)的節(jié)點特征波進行分析，能夠?qū)收系乃趨^(qū)段進行判別，進而綜合的對故障位置進行鎖定。

2）相關(guān)的故障定位設(shè)備以及信號的采集分析

當使用C型波的方法完成故障定位時，往往應(yīng)該向配網(wǎng)有關(guān)線路中發(fā)射一定的電壓信號，并對注入的信號和發(fā)射的行波信號進行接收，故相關(guān)的信號源以及數(shù)據(jù)采集設(shè)備的質(zhì)量至關(guān)重要。對此，可以從以下方面進行考慮：1）關(guān)于信號源。當采用C型波進行故障定位時，一般對使用的信號源的上升沿的要求較高，其電壓由峰值的10%至90%的時間宜小于幾個微妙。同時，出于方便觀察的考慮，相應(yīng)的故障行波波形的幅值應(yīng)當較大。綜合以上原因，實際中，通常選用高壓脈沖類信號充當激勵源;2）關(guān)于數(shù)據(jù)采集設(shè)備?？紤]到待測的故障行波的傳輸速度極快，因此，應(yīng)當根據(jù)實際的應(yīng)用需求，積極的選用高精度、高速的采集設(shè)備。

4、總結(jié)

當前的電力系統(tǒng)配網(wǎng)故障定位技術(shù)日趨成熟，但實際應(yīng)用中的可靠以及靈敏性等仍有待改善，針對系統(tǒng)故障特征較為明顯的應(yīng)用場合的定位算法的研究相對較多，但相關(guān)算法的容錯以及適用性的研究仍需深入。

參考文獻

[1]龍維民.基于故障指示器的配電網(wǎng)故障自動定位系統(tǒng).電力設(shè)備.2006（11）

[2]劉世光.配電線路接地故障自動定位.山東大學. 2010（10）

[3]徐俊.消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障定位研究.上海交通大學.2011（9）

（作者單位：河北省秦皇島市秦熱發(fā)電有限責任公司）