35 kV電網(wǎng)線路斷線監(jiān)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)的應(yīng)用

楊俊峰

（陽(yáng)泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司發(fā)供電分公司，山西陽(yáng)泉045000）

0 引言

35 kV電網(wǎng)系統(tǒng)的故障類型主要是短路、斷線和接地。短路對(duì)電網(wǎng)的影響最為嚴(yán)重，通常采取繼電保護(hù)裝置動(dòng)作切除的方式對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)。接地故障雖然對(duì)電網(wǎng)和用戶影響較小，但發(fā)生概率較高，所以也采取了多種方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)、警示、隔離等。而斷線對(duì)于電網(wǎng)、用戶的不利影響和發(fā)生概率均不突出，目前還無(wú)法由變電站內(nèi)單側(cè)出線的繼電保護(hù)、自動(dòng)化裝置進(jìn)行故障判斷。國(guó)內(nèi)對(duì)斷線故障的處理方式主要是依靠用戶失電和人員巡線發(fā)現(xiàn)，通過(guò)電話告知相關(guān)部門，值班人員再通知生產(chǎn)人員進(jìn)行故障巡查確認(rèn)，最后通過(guò)用電企業(yè)故障報(bào)修實(shí)現(xiàn)斷線故障受理，使電力調(diào)度、運(yùn)維人員十分被動(dòng)，獲取故障信息滯后，故障確認(rèn)和處理花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，在此期間會(huì)影響到用戶正常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和人身安全。在線路缺相運(yùn)行期間，對(duì)供電質(zhì)量要求較高的生產(chǎn)場(chǎng)所，可能會(huì)造成設(shè)備的報(bào)廢；而懸空的導(dǎo)線直接威脅生產(chǎn)人員的生命安全。在深夜或惡劣的天氣里發(fā)生線路斷線故障后，由于無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)并上報(bào)故障，會(huì)造成更加嚴(yán)重的事故。

1 35 kV供電線路斷線的原因

根據(jù)某城市配電網(wǎng)2011—2015年間故障統(tǒng)計(jì)，累計(jì)發(fā)生配電網(wǎng)異常7 248起，其中斷線故障469起，占比6.5%（含電纜），斷線原因主要有以下幾類：一是雷擊斷線；二是車輛、樹木掛線，施工等外力斷線；三是過(guò)負(fù)荷燒斷線。斷線故障由于發(fā)生頻次較低，一直被人們所忽視，對(duì)其故障特征及其處理方法的研究也沒(méi)有深入開展下去，但斷線對(duì)用戶供電可靠性和電壓質(zhì)量的影響不容忽視，對(duì)生產(chǎn)、生活用電和人民的生命安全影響很大，且被歸類為電網(wǎng)企業(yè)惡性事故，所以對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管控是非常必要的。

2014年7月22日，陽(yáng)煤集團(tuán)某煤礦黃北雙回線發(fā)生停電事故，造成蘆北站、保安站停電，其原因是35 kV黃北1#線發(fā)生斷線并接地事故。該事件說(shuō)明，一旦發(fā)生斷線故障，對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)影響很大，特別是高瓦斯礦井失電更為危險(xiǎn)，故對(duì)35 kV電網(wǎng)斷線故障進(jìn)行研究，分析判斷定位，盡早排除故障至關(guān)重要。

2 35 kV電網(wǎng)線路斷線監(jiān)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)的應(yīng)用

2020年，陽(yáng)煤集團(tuán)在35 kV電網(wǎng)中安裝了一套斷線故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了陽(yáng)煤35 kV電網(wǎng)斷線故障監(jiān)測(cè)分析定位，效果良好。

（1）對(duì)陽(yáng)煤35 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，建立典型斷線故障模型并進(jìn)行仿真計(jì)算比較，確定斷線故障判據(jù)，通過(guò)對(duì)多端多種信號(hào)采集及研究，取得運(yùn)行狀態(tài)計(jì)算分析的數(shù)據(jù)，提出斷線故障監(jiān)測(cè)終端的技術(shù)要求，研發(fā)斷線故障監(jiān)測(cè)終端。

（2）將35 kV斷線故障監(jiān)測(cè)終端和變電站設(shè)備采集的故障信息通過(guò)有線和無(wú)線的方式上傳至故障監(jiān)測(cè)服務(wù)器。通過(guò)系統(tǒng)邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)斷線線路和故障區(qū)段準(zhǔn)確判斷，在監(jiān)測(cè)中心工作站發(fā)布故障信息，并通過(guò)移動(dòng)手機(jī)客戶端通知相關(guān)人員。

35 kV電網(wǎng)線路斷線監(jiān)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)通信架構(gòu)如圖1所示。

圖1 35 kV電網(wǎng)線路斷線監(jiān)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)通信架構(gòu)圖

陽(yáng)煤電網(wǎng)有三種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：

（1）三級(jí)不回環(huán)線路（礦北線、北吳線、吳楊線）。

（2）接有發(fā)電廠且與主網(wǎng)雙環(huán)系統(tǒng)連接線路（礦電線、電黃線、礦黃線）。

（3）多級(jí)母線串接且含發(fā)電廠線路（礦劉線、劉貴線、廣粉線、廣電線、電粉線）。

三級(jí)不回環(huán)線路是不含發(fā)電廠的一種典型線路，該線路中的北吳線和吳楊線是串聯(lián)結(jié)構(gòu)，若上級(jí)線路北吳線發(fā)生斷線故障，不僅影響吳家掌站，也影響楊坡堰站，所以對(duì)北吳線進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)；另外，在這一典型線路的應(yīng)用有推廣到其他線路的示范價(jià)值。同時(shí)，該線路自然地理環(huán)境復(fù)雜，分布在地形復(fù)雜的山區(qū)，線路距離長(zhǎng)；該線路所處地區(qū)氣候環(huán)境惡劣，線路結(jié)冰情況時(shí)有發(fā)生，且雷擊線路情況較多，是一條故障多發(fā)的線路，故對(duì)這條線路的故障情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)很有必要。

另外兩種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（接有發(fā)電廠且與主網(wǎng)雙環(huán)系統(tǒng)連接線路、多級(jí)母線串接且含發(fā)電機(jī)線路）均含發(fā)電機(jī)組，若發(fā)生斷線故障，除了影響煤礦安全以外，其故障時(shí)產(chǎn)生的序電流會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生嚴(yán)重危害，故對(duì)這兩種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的斷線故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)也很有必要。

為了實(shí)現(xiàn)斷線故障區(qū)段的準(zhǔn)確定位，需要結(jié)合線路CT，并在線路中段安裝故障指示器，同時(shí)與35 kV線路原有的母線PT相結(jié)合，集中監(jiān)測(cè)與分布式監(jiān)測(cè)相結(jié)合，從而保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的完整性，來(lái)對(duì)故障進(jìn)行識(shí)別，并提高監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和精確度。根據(jù)被監(jiān)測(cè)線路的長(zhǎng)短、線路自身的健康狀況及外界的環(huán)境影響，陽(yáng)煤集團(tuán)初步確定了故障指示器終端的配置情況（表1）。

表1 陽(yáng)煤集團(tuán)35 kV電網(wǎng)斷線故障監(jiān)測(cè)終端配置表

3 35 kV電網(wǎng)線路斷線監(jiān)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

（1）準(zhǔn)確率高。針對(duì)35 kV供電網(wǎng)絡(luò)，發(fā)生斷線故障的區(qū)段實(shí)現(xiàn)99%判定，斷線指示器與主站采用雙向通信技術(shù)，增加了主站與指示器的下行通道，利用現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的同時(shí)又可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)指示進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的雙向交互，采用拓?fù)浞治龊同F(xiàn)場(chǎng)研判相結(jié)合的方式，避免了現(xiàn)場(chǎng)誤報(bào)的發(fā)生，提升了準(zhǔn)確率。

（2）響應(yīng)速度快。從故障發(fā)生到確定故障區(qū)段并將信息發(fā)送至相關(guān)人員小于等于90 s。

（3）信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)。在傳感器所處環(huán)境惡劣（在通信、諧波、電壓突變、電磁場(chǎng)干擾等因素的影響下，測(cè)量信號(hào)的精度和數(shù)據(jù)不穩(wěn)定）的情況下，采用切斷干擾傳播路徑、提高測(cè)量裝置的抗干擾性能及采用軟件進(jìn)行數(shù)字濾波等技術(shù)手段，提高了傳感器在采集及通信過(guò)程層的抗干擾能力，從而使測(cè)量數(shù)據(jù)靈敏、穩(wěn)定、可靠。

（4）斷線故障研判方式及算法先進(jìn)。利用各相的序電流及故障點(diǎn)兩側(cè)的序電流，相鄰相的序電壓、母線序電壓與故障點(diǎn)兩側(cè)的序電壓等多種信號(hào)的采集、匯集及分析比較，并通過(guò)對(duì)二叉樹、能量測(cè)度法的相互印證，綜合判斷斷線故障，最終確定斷線故障的性質(zhì)、相別、區(qū)段。

4 結(jié)語(yǔ)

35 kV電網(wǎng)線路斷線監(jiān)測(cè)技術(shù)作為電網(wǎng)系統(tǒng)采用的綜合自動(dòng)化技術(shù)手段，不僅減少了故障處置的時(shí)間，而且避免了電網(wǎng)系統(tǒng)中設(shè)備損壞和人員傷亡事故的發(fā)生，為電網(wǎng)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行提供了技術(shù)支持，雖然在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)使用中暴露出一些不足之處，但它發(fā)揮的作用和優(yōu)勢(shì)十分明顯，通過(guò)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，將能夠更好地為電網(wǎng)系統(tǒng)提供服務(wù)。