10kV配電網(wǎng)故障在線監(jiān)測與定位技術(shù)分析

李杰 王一鳴 林海 宋志冬

摘要：用戶對用電可靠性及質(zhì)量提出更高要求，因為配電網(wǎng)自身因素影響了對故障的及時定位，故障定位技術(shù)無法直接用于定位配電系統(tǒng)的故障，如此，配電網(wǎng)故障定位技術(shù)的進步嚴重影響了電力系統(tǒng)可靠及真實性，決定電能質(zhì)量的提升，因而配網(wǎng)自動化建設(shè)備受重視。10kV配電網(wǎng)故障在線監(jiān)測和定位分析是一個非常重要的研究方向，基于此，許多學(xué)者以電網(wǎng)故障定位技術(shù)為中心，做出了認真細致的分析，給出了各種定位方法，希望達到電網(wǎng)自動化與智能化。

關(guān)鍵詞：10kV;配電網(wǎng)故障;在線監(jiān)測;定位技術(shù)

配電網(wǎng)自身比較特殊，使得故障定位不易進行，且當前社會要求更高的供電可靠性及電網(wǎng)質(zhì)量，為高精確定位，許多研究學(xué)者給出了許多手段。而單一算法自身有一定局限性，無法較好地符合定位需求，為此，配電網(wǎng)故障在線檢測與定位的研究很要必要。需從不同方法原理及其客觀條件入手，結(jié)合配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)情況，考慮到自動化發(fā)展規(guī)模，把各類算法較好地協(xié)同在一起，產(chǎn)生系統(tǒng)化的故障定位方案，更好地應(yīng)用在電網(wǎng)故障定位中。系統(tǒng)化的配電網(wǎng)故障定位方案使各類算法相互補充，使定位準確且可靠，極大地降低配電網(wǎng)故障效率，減少成本消耗，提升經(jīng)濟及社會價值。

1配電網(wǎng)故障在線監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成

配電網(wǎng)故障在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由主站系統(tǒng)和故障監(jiān)測遠控單元兩部分構(gòu)成，其中每套故障監(jiān)測遠控單元包括1個遠程通訊單元和3個在線監(jiān)測單元。

2系統(tǒng)技術(shù)原理及主要功能

2.1技術(shù)原理

遠程通信單元通過短距離無線跳頻通信方式，實時采集在線監(jiān)測單元的運行數(shù)據(jù)和故障信息，通過GPRS通信方式，將數(shù)據(jù)發(fā)送到主站系統(tǒng)，進行分析和處理。當線路發(fā)生故障時，在線監(jiān)測單元根據(jù)線路中流過的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)故障電流以及線路電壓的變化，判斷該位置的線路是否發(fā)生短路或接地故障。

2.2主要功能

故障監(jiān)測遠控單元在線監(jiān)測、判別接地故障和短路故障，并將所采集到的故障信息傳輸和錄入到主站數(shù)據(jù)庫，供實時數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析、檢索和查詢使用;同時給出聲光和短信報警，將故障點信息告知調(diào)度人員和電力運行人員，從而引導(dǎo)工作人員迅速準確地找到故障點。

該系統(tǒng)在主站計算機線路模擬圖上直接顯示故障類型、故障電流途徑、故障點位置，在線實時監(jiān)測顯示線路電流等運行參數(shù)及繪制歷史曲線圖，并提供故障后事故分析和總結(jié)功能等，以幫助電力運行人員及時掌握線路的正常運行情況和故障發(fā)生過程。

3故障在線監(jiān)測和定位的主要方法分析

3.1在線檢測定位阻抗法

電路具備電阻、電感、電容前提下，阻礙電路中電流的作用稱之為阻抗。阻抗一般以Z表示，為一個復(fù)述值，也就是真正意義上的電阻，也可稱之為電抗，其中電路中電感阻礙交流電作用被稱之為感抗，電路中電容阻礙電流的作用被稱作容抗，電路中電容與電感阻礙交流電的作用被稱之為電抗。阻抗以歐姆為表示單位。阻抗含義在電路中有存在，且出現(xiàn)在力學(xué)振動系統(tǒng)當中。依照產(chǎn)生故障過程中測出的電壓及電流來計算故障回路阻抗，與線路長度和阻抗的正比例關(guān)系保持聯(lián)系，預(yù)估出故障距離。以算法為參照，劃分阻抗法為兩種，一種是雙端數(shù)據(jù)，另外一種是單端數(shù)據(jù)。在精準分布參數(shù)模型的使用下采用雙端數(shù)據(jù)測距算法，應(yīng)逐步優(yōu)化數(shù)據(jù)，和偽根判斷保持同步協(xié)調(diào)。因為模擬技術(shù)不完善，使得單側(cè)電壓信號和電流應(yīng)用到單端數(shù)據(jù)測距算法當中。

3.2行波法

行波法是指根據(jù)行波和故障距離，從故障點和監(jiān)測點傳播所需的時間形成正比關(guān)系，一般分為五種。第一，利用現(xiàn)代波故障測距原理，主要是對故障暫態(tài)的行波進行雙端測距，當線路故障時，線路中會產(chǎn)生行波的浪涌，當行波經(jīng)過線路兩端的測量點時，可以獲取二者之間的時間差，根據(jù)時間差值進行故障距離的計算，進一步對其定位。第二，利用斷路器在合閘時故障線路中會產(chǎn)生暫態(tài)行波，通過測定該行波在測量點與永久性故障點之間的來回時間，從而進行故障距離的計算。第三，利用故障點產(chǎn)生的行波，根據(jù)第一個行波的波頭到達線路兩段的時間差進行故障的定位計算。第四，利用線路故障時產(chǎn)生的行波在故障點和母線之間往返時間和行波的波速進行故障距離的計算。第五，在線路中發(fā)生故障時，人為的向故障線路發(fā)射脈沖信號，根據(jù)發(fā)射脈沖信號的時間，以及脈沖信號在故障點和監(jiān)測點來回的時間，進行故障距離的計算。

3.3在線檢測定位行波法

行波（travellingwave）平面波屬于一種傳輸狀態(tài)，它的幅度順著傳播方向以指數(shù)規(guī)律發(fā)生改變，相位以傳輸線為方向，呈現(xiàn)線性規(guī)律改變。由臨近的t1時刻與t1+△t時刻來分析及觀察，能夠看到：時間不斷延長時，波形移向傳輸線的終端。行波法也就是行波與故障距離從故障點傳及檢測點的時間形成的正比例，一般有下述5種類型。

原理1，現(xiàn)代行波故障測距原理，詳細而言，即采用故障暫態(tài)生成的行波得到雙端測距，從線路內(nèi)形成的故障形成了行波初期浪涌，如果它處在線路兩側(cè)測量點時，能夠得到彼此之間絕對時間差值，繼而算出從故障點到故障點兩側(cè)測量點距離。

原理2，斷路器合閘位于故障線路上，生成暫態(tài)行波，處于測量點上永久性的故障點相互之間往返時間來算出故障距離，在該點利用下，能認識到其對線路利用重合閘傳輸高壓電十分必要，應(yīng)對故障產(chǎn)生的零初始角電壓，它也可以較好地完善小時引起的測距不成功。

原理3，第4種行波定位為單端故障形成行波，繼而對故障做出定位處理。如果線路發(fā)生了故障，母線與故障點內(nèi)電壓、電流一來一回地反射，按照考慮到故障點和行波二者之間單次往返時間，且結(jié)合行波波速，便可準確無誤地對故障點實施定位。

原理4，在利用故障點的條件下，生成行波，逐步完成線路兩端時間差，通過第1個行波波頭的使用，讓線路兩側(cè)時間計算雙端定位得以實現(xiàn)，所以，無需考慮它的折射及反射，僅需獲取第1個行波波頭，且行波發(fā)生了比較大的幅值，辨別較易進行。

原理5，結(jié)合注入端信號，考慮各故障點相互單次往返時間，算出故障距離，也就是發(fā)生故障后，以人工方式發(fā)送針對故障信號的脈沖信號，接著主動檢測脈沖信號發(fā)送及故障點反射至檢測點的用時。

4配電網(wǎng)自動化技術(shù)

隨著自動化技術(shù)的發(fā)展和進步，對線路故障進行監(jiān)測和定位的方法逐漸增多，基于SCADA的對系統(tǒng)故障進行監(jiān)測和定位的方法也逐漸涌現(xiàn)。其中大多數(shù)的方法都以配網(wǎng)饋線繼電保護為基礎(chǔ)，再利用斷路器的關(guān)系，對整個配電網(wǎng)進行拓撲分解，形成相關(guān)的矩陣關(guān)系，由此而生成判別算法。

結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，配電網(wǎng)的也不斷發(fā)展，用戶對電網(wǎng)的質(zhì)量、可靠性等要求標準越來越高，配電網(wǎng)的自動化建設(shè)迫在眉睫。在配電網(wǎng)自動化發(fā)展過程中，配電網(wǎng)故障在線監(jiān)測和定位是其中重要的環(huán)節(jié)，本文研究了10kV配電網(wǎng)故障在線檢測和定位技術(shù)，在電網(wǎng)故障發(fā)生是能夠快速識別和判斷故障位置，從而及時采取各種措施，保障配電網(wǎng)線路的安全可靠，有效減少事故的發(fā)生。

參考文獻：

[1]任大偉.配電網(wǎng)故障在線監(jiān)測技術(shù)[J].化學(xué)工程與裝備，2020（10）：222-223.

[2]胡文俊，陸啟洪，李亞，段秉華，桂永生.10kV配電網(wǎng)故障在線檢測與定位研究[J].電子元器件與信息技術(shù)，2020，4（07）：125-126.

[3]林細玲.配電網(wǎng)故障的自動定位與判斷技術(shù)分析[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2019（33）：195-196.

[4]張曉楓.10kV配電網(wǎng)故障定位分析與發(fā)展[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2019（32）：134-135.

[5]劉旭濤.10kV配電網(wǎng)故障在線檢測和定位分析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2019（21）：68.