故障定位系統(tǒng)在10 kV配電線路上的應(yīng)用探討

顧得軍

摘? 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，用戶和用電設(shè)備對(duì)供電企業(yè)供電可靠性的要求不斷提高。10kV配電線路作為用戶電源點(diǎn)的供電線路，由于配電線路運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜多變、用電設(shè)備參差不齊等制約因素，配電線路故障頻發(fā)。如何快速查找、隔離故障已成為現(xiàn)代供電企業(yè)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)和供電系統(tǒng)研究方向。近年來(lái)，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)已成為配電線路的穩(wěn)定運(yùn)行必要的技術(shù)保障。該文主要以蘭州市榆中縣區(qū)域10kV配電線路故障定位系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)和存在問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出一些改進(jìn)方法，有望為配電線路故障快速排查提供有力支撐。

關(guān)鍵詞：在線監(jiān)測(cè)技術(shù)? 故障定位系統(tǒng)? 線路故障? 配電線路

中圖分類號(hào)：TM7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2021）02（c）-0068-03

Discussion on the Application of Fault Location System in? ? ? ? ?10 kV Distribution Line

GU Dejun

（State Grid Yuzhong County Power Supply Company， Lanzhou， Gansu Province， 730000 China）

Abstract： With the rapid development of science and technology， users and electrical equipment have higher and higher requirements for the reliability of power supply. The 10kV distribution line serves as the power supply line of the user's power source point，due to the complex and changeable operating environment of distribution lines， uneven electrical equipment and other constraints， distribution line faults occur frequently. How to find and isolate faults quickly has become a serious challenge faced by modern power supply enterprises and the research direction of power supply system. In recent years， on-line monitoring technology has become a necessary technical guarantee for the stable operation of distribution lines. In this paper， the fault location system of 10kV distribution line in Yuzhong of Lanzhou City is taken as the research object.It analyzes the advantages and disadvantages and the existing problems of the online monitoring technology system and puts forward some improvement methods， which is expected to provide favorable support for the rapid fault troubleshooting of distribution lines.

Key Words： On-line monitoring technology; Fault location system; Line fault; Distribution electric line

目前，變電站和10 kV配電變壓器之間，主要依靠10 kV配電線路聯(lián)絡(luò)起來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定的配電線路對(duì)于保證電網(wǎng)的安全性具有重要意義。由于榆中縣國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)的多元化、地域分布行業(yè)化、電力需求不均衡等因素影響，使得10 kV及以下配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜化，設(shè)備故障頻發(fā)。同時(shí)，隨著道路建設(shè)、房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)等市政工程的落地實(shí)施，鄉(xiāng)村振興工程逐步推進(jìn)，配電網(wǎng)面臨的環(huán)境日益復(fù)雜化，外力破壞時(shí)有發(fā)生?？焖倥挪榕潆娋€路故障成為棘手的難題，恰恰故障定位在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為快速排查故障提供了有力的技術(shù)保障。

1? 10 kV配電線路故障類型

10 kV配電線路在正常運(yùn)行過(guò)程中常常會(huì)受到各種擾動(dòng)，其中對(duì)配電線路運(yùn)行影響較大的是系統(tǒng)中發(fā)生的各種故障。常見(jiàn)的故障有短路、斷線和各種復(fù)雜故障（即在不同地點(diǎn)發(fā)生短路或短線故障）[1]。

2019—2020年，榆中縣10 kV配電線路單相接地故障發(fā)生的概率最高，可達(dá)70%，兩相短路約為20%，兩相接地短路約占5%，三相短路故障約占5%。

2? 10 kV配電線路故障人工排查方法

接地故障排查方法包括5種：一是分段試?yán)╗2];二是人工巡線法[2];三是儀器、儀表應(yīng)用法[2];四是線路絕緣抽測(cè)遙測(cè)法[3];五是整體遙測(cè)絕緣判斷法。

短路故障排查法包括2種：一是分段巡視法;二是全面巡視法。

斷線故障排查法包括2種：一是客戶咨詢法;二是鎖定區(qū)間法。

可見(jiàn)，查找故障點(diǎn)的方法基本均采用人工巡視方法，依靠配電線路運(yùn)行維護(hù)人員沿線路巡視查找故障點(diǎn)，當(dāng)故障發(fā)生在大風(fēng)、雷雨、大雪等惡劣的天氣或者線路處于林區(qū)、山溝、河流等地形復(fù)雜地區(qū)以及故障發(fā)生在夜間時(shí)，將給巡視人員查找故障帶來(lái)一定的困難，往往查找到故障點(diǎn)要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間，而故障卻很容易處理[4]。這種查找故障的方法不但消耗了大量的人力、物力，更會(huì)造成線路停電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。為了向用戶提供連續(xù)可靠的電能，故障點(diǎn)的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和快速消除故障、盡快恢復(fù)供電就顯得尤為重要，科研人員在嘗試某種程度上采用信息系統(tǒng)代替人工巡視線路的方式，準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)。

3? 電線路故障定位系統(tǒng)

3.1 概述

10 kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地，屬于小電流接地系統(tǒng)。配電網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)生接地和相間短路故障時(shí)，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(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行定位，同時(shí)，將故障或可疑線路與無(wú)故障發(fā)生的線路分開(kāi)，保證其他線路的供電。該文結(jié)合榆中縣配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)（一種基于計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)配電線路故障快速定位）構(gòu)建及應(yīng)用，探討如何快速、準(zhǔn)確地排查10 kV線路的故障[5]。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能介紹

3.2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

故障指示器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)站（通信終端）、監(jiān)控主站和通信系統(tǒng)。其中通信系統(tǒng)又分為：故障指示器到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)站之間的短距離無(wú)線通信、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)站到監(jiān)控主站的無(wú)線公網(wǎng)通信。在需要判斷接地故障時(shí)，還需要增加一個(gè)外施信號(hào)發(fā)生裝置（榆中縣縣域10 kV電網(wǎng)使用不對(duì)成電流源），用于在接地故障發(fā)生時(shí)，使得系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)用于故障點(diǎn)探測(cè)的特征信號(hào)。

3.2.2 模塊介紹

（1）故障指示器。在線路發(fā)生故障時(shí)，故障指示器在現(xiàn)場(chǎng)翻牌并閃燈，同時(shí)將故障信息通過(guò)短距離無(wú)線通信方式發(fā)送給附近的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)站。一是短路故障檢測(cè)：故障指示器檢測(cè)到短路瞬間電流異常增大之后線路停電，指示器給出告警信息。二是單相接地故障檢測(cè)：當(dāng)線路上任何一點(diǎn)發(fā)生單相接地故障時(shí)，裝在線路上的外施信號(hào)發(fā)生裝置（榆中縣縣域10 kV電網(wǎng)使用不對(duì)稱電流源）對(duì)故障相施加特定信號(hào)，故障指示器檢測(cè)到該特殊信號(hào)后，給出翻牌和閃燈指示，同時(shí)發(fā)出無(wú)線告警信息給附近的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)站。

（2）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)站。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)站一般安裝在故障指示器附近（一般與指示器同桿，最遠(yuǎn)不超過(guò)15m），接收故障指示器發(fā)射的故障信息后以無(wú)線公網(wǎng)（短信通信卡）的方式轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)控主站系統(tǒng)。

（3）用戶監(jiān)控信息系統(tǒng)。接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)站轉(zhuǎn)發(fā)的信號(hào)，判斷出故障區(qū)間并顯示告警，同時(shí)發(fā)送告警短信給10 kV線路設(shè)備主人、供電所負(fù)責(zé)人、生技部主任等相關(guān)運(yùn)維、管理人員。

3.2.3 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障時(shí)，故障指示器檢測(cè)到短路故障電流流過(guò)，通過(guò)短距離無(wú)線將動(dòng)作信號(hào)傳送給就近的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)站。系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障時(shí)，外施信號(hào)發(fā)生裝置使得故障線路產(chǎn)生特定電流信號(hào)，故障指示器檢測(cè)流過(guò)該線路的該信號(hào)后，通過(guò)短距離無(wú)線將動(dòng)作信息傳送給就近的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)站。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)站在收到動(dòng)作信息后，將故障信息通過(guò)無(wú)線公網(wǎng)信號(hào)發(fā)送給監(jiān)控主站進(jìn)行處理和顯示。監(jiān)控主站依據(jù)收到的故障信息進(jìn)行分析，可以直接顯示出故障區(qū)段，并在單線圖和運(yùn)維人員手機(jī)上顯示出來(lái)（短信方式+單線圖方式），按照這個(gè)提示信息，運(yùn)行維修人員可以直接到故障點(diǎn)排除故障[6]。

4? 10 kV配電線路故障定位系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)分析

4.1 10 kV配電線路故障定位系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

（1）故障指示儀、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)站（導(dǎo)線懸掛型轉(zhuǎn)發(fā)站、桿塔型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)站）、不對(duì)稱流源安裝簡(jiǎn)單，監(jiān)控主站搭建容易。

（2）日常維護(hù)方便，難度較小。結(jié)合線路巡視，觀察故障指示儀的動(dòng)作復(fù)歸情況，定期聯(lián)系運(yùn)營(yíng)商，確保通信卡片運(yùn)行正常。

（3）故障判斷準(zhǔn)確，快速。故障指示儀、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)站、監(jiān)控主站層級(jí)提交故障信息，由監(jiān)控主站自動(dòng)分析數(shù)據(jù)，判定故障區(qū)域，反饋至線路設(shè)備管理人員。

（4）數(shù)、圖結(jié)合，明確展示故障點(diǎn)，提升故障排查、處理效率。

（5）將人從大量的體力勞動(dòng)中解放出來(lái)，通過(guò)信息化系統(tǒng)履行運(yùn)維人員判斷、管理職責(zé)，提高工作質(zhì)效。

4.2 10 kV配電線路故障定位系統(tǒng)缺點(diǎn)

（1）故障定位系統(tǒng)可視化界面單一[7]。故障定位系統(tǒng)借助于三大運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器布置在調(diào)度指揮中心，雖然系統(tǒng)短信發(fā)布至供電所設(shè)備主任、生技部相關(guān)人員、公司領(lǐng)導(dǎo)，但是故障區(qū)域僅以桿塔編號(hào)顯示區(qū)域，不直觀。故障點(diǎn)區(qū)域單線圖僅僅依靠調(diào)度人員進(jìn)行發(fā)布。

（2）故障指示器壽命短，好多故障指示器故障“翻牌”后不復(fù)歸，長(zhǎng)時(shí)間處于變色狀態(tài)，對(duì)其他時(shí)間段故障排查制造誤區(qū)。

（3）故障指示器誤動(dòng)時(shí)有發(fā)生，尤其是短路故障監(jiān)測(cè)。正常情況是指示器檢測(cè)到短路瞬間電流異常增大之后線路停電，指示器給出告警信息。但是大多情況是指示器檢測(cè)到短路瞬間電流異常增大，線路未停電，指示器也給出告警信息，故障指示器“翻牌”。

4.3 10 kV配電線路故障定位系統(tǒng)優(yōu)化建議

（1）開(kāi)發(fā)多元化可視化界面，尤其是手機(jī)APP軟件，與榆中縣供電公司布置的服務(wù)器鏈接，第一時(shí)間通過(guò)故障定位系統(tǒng)將故障區(qū)域圖示化于設(shè)備管理相關(guān)人員手機(jī)界面。

（2）不定期地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行在線升級(jí)，確保故障定位系統(tǒng)快速、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)故障位置。

（3）加強(qiáng)資金投入，對(duì)老舊硬件設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，確保各類硬件、軟件兼容性。

（4）繼續(xù)探討研究，防止由于線路切割之后故障定位系統(tǒng)故障點(diǎn)判斷出現(xiàn)誤區(qū)。

4.4 應(yīng)用效果

如圖1所示：以國(guó)網(wǎng)榆中縣供電公司某條10 kV線路故障定位系統(tǒng)應(yīng)用為例，說(shuō)明故障定位系統(tǒng)效果。榆中縣供電公司XX kV XX變電站XX線，24 km安裝一組故障指示器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)站，部分安裝點(diǎn)如圖1所示。故障點(diǎn)到變電站沿途故障指示器動(dòng)作（1～5號(hào)指示器動(dòng)作），故障點(diǎn)后的指示器不動(dòng)作（6號(hào)指示器不動(dòng)作），故障區(qū)域就在5～6號(hào)之間（通俗講故障區(qū)域就在翻牌與不翻牌之間）。

5? 結(jié)語(yǔ)

10 kV配電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)于電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行具有重要意義。目前，架空10 kV配電線路的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)主要是一遙架空的故障定位系統(tǒng)。其中，單相接地檢測(cè)，采用信號(hào)源注入法;短路接地檢測(cè)，采用自適應(yīng)法。該系統(tǒng)在榆中縣10 kV配網(wǎng)線路中投入使用，大大提高了供電可靠性，也為今后榆中縣配網(wǎng)自動(dòng)化的建設(shè)提供主流的技術(shù)保障，提升配電線路故障排查效率。

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