油田35kV輸電線路故障定位系統(tǒng)應用研究

萬虎鋒 夏功 王宏偉

摘 要：主要介紹了油田35kV輸電線路故障查找現(xiàn)狀、故障監(jiān)測裝置的基本情況及SDL-7601型輸電線路故障監(jiān)測裝置、SP2000輸電線路分布式故障診斷系統(tǒng)在35kV華喬I回線、喬西線、大王線安裝、試驗情況等內(nèi)容進行表述，得出在查找35kV線路故障點中適宜推廣應用的結(jié)論。

關鍵詞：故障監(jiān)測裝置 35kV輸電線路 應用情況

引言：

近年來，因雷擊、大風、外力破壞等引起的輸電線路跳閘故障頻繁發(fā)生，輸電線路的每一次跳閘，除給系統(tǒng)帶來沖擊外，都會給絕緣子、導線等電力設施帶來損壞而留下安全隱患，嚴重影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。實際生產(chǎn)運行中，輸電線路故障跳閘原因復雜，影響因素眾多，由于缺乏必要、有效的輸電線路故障監(jiān)測技術和手段，導致在發(fā)生故障后故障點查找困難。本文以油田35kV輸電線路故障查找為背景，介紹了SDL-7601型輸電線路故障監(jiān)測裝置、SP2000輸電線路分布式故障診斷系統(tǒng)如何采用分布式安裝、非接觸式行波采集及分布式測距算法相結(jié)合的方式，實現(xiàn)對輸電線路故障的智能監(jiān)測和定位，為快速恢復故障及明確事故原因提供監(jiān)測手段，有效提升了輸電線路運行維護的管理水平。

1 油田35kV輸電線路故障查找現(xiàn)狀

油田35-110kV線路大部分處于山區(qū)，地理環(huán)境比較惡劣。目前油田電網(wǎng)110kV線路繼電保護主要采用縱聯(lián)差動保護、零序過流保護、三段式接地距離保護等方式，線路發(fā)生故障后可以第一時間通過故障錄波、距離保護等參數(shù)反映出故障點距離，極大縮減了運維人員故障查找時間及處置效率，確保了線路安全運行。

相較于110kV電力線路，油田35kV電力系統(tǒng)繼電保護主要采用線路重合閘保護、過電流保護、電流速斷保護等方式，無法提供故障點的準確位置信息。目前，線路施工安裝大隊在35kV線路運行維護中，一旦接到線路故障跳閘的信息，就必須組織大量的人員、車輛對線路進行全覆蓋的故障巡視。在雨雪天氣、夜間等特殊時段，故障巡視存在很大的安全風險，同時也很難在短時間內(nèi)找到故障點，延長了故障查找時間及處置效率。加之油田大部分35kV電力線路運行年代久遠、接地裝置老化銹蝕嚴重，在夏季汛期雷雨季節(jié)雷擊跳閘頻繁，給安全可靠供電帶來嚴峻考驗。

2 輸電線路故障監(jiān)測系統(tǒng)簡介

2.1 系統(tǒng)作用及原理

輸電線路故障監(jiān)測系統(tǒng)利用分布安裝在輸電線路導線上的監(jiān)測終端，在高壓側(cè)采集線路故障時刻、故障點附近線路上的電流行波分量和電流工頻分量，智能分析采集到的電流波形，明晰故障區(qū)間、確定故障點位置。

2.2 需求及目標

鑒于目前35kV線路故障發(fā)生后繼電保護不能準確提供故障點位置的現(xiàn)狀，油田急需一款能為運維人員準確提供故障點位置信息、故障類型的故障監(jiān)測系統(tǒng)，提升35kV輸電線路故障情況下的快速響應及應急處置能力，減少線路的故障處置時間及對油氣生產(chǎn)的影響。

3 輸電線路故障監(jiān)測系統(tǒng)選擇

3.1 SDL-7601型輸電線路故障監(jiān)測裝置

SDL-7601型輸電線路故障監(jiān)測系統(tǒng)提出了一種采用分布式結(jié)構(gòu)，非接觸行波采集與分布式行波測距算法相結(jié)合的新方法，能夠及時準確地測出故障距離，最大程度減少損失。

監(jiān)測裝置（終端）按一定距離分布安裝于桿塔，在直流系統(tǒng)發(fā)生故障時，裝置（終端）通過非接觸式傳感器接收行波數(shù)據(jù)并上傳，主站接收各裝置（終端）數(shù)據(jù)并根據(jù)分布式行波算法進行綜合分析，實現(xiàn)故障的準確定位。并將故障結(jié)果發(fā)送至設定手機，也可通過WEB、客戶端或手機查看測距結(jié)果。

SDL-7601型輸電線路故障監(jiān)測裝置系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)由監(jiān)測裝置（終端）、中心站及用戶系統(tǒng)三部分構(gòu)成。

監(jiān)測裝置（終端）分布安裝于輸電線路鐵塔上，按照位置及結(jié)構(gòu)，主要由無線傳感器單元、數(shù)據(jù)處理及存儲單元、GPS時鐘單元、GPRS通信單元、充放電管理及儲能單元五部分組成。

中心站及用戶系統(tǒng)接收并匯總各監(jiān)測裝置（終端）故障數(shù)據(jù)，對輸電線路系統(tǒng)發(fā)生的各種故障進行分析，實現(xiàn)故障的準確定位;對分布式監(jiān)測裝置（終端）進行管理和運行狀態(tài)監(jiān)測，并提供結(jié)果發(fā)布、故障查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、存儲等應用層數(shù)據(jù)供用戶使用。

3.2 SP2000輸電線路分布式故障診斷系統(tǒng)

系統(tǒng)按照分層分布式體系設計，由現(xiàn)場監(jiān)測終端、數(shù)據(jù)中心和工作站三部分組成。監(jiān)測終端分布安裝于輸電線路導線上，監(jiān)測輸電線路故障發(fā)生時刻的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)故障信號，以APN/GPRS無線方式發(fā)送回后臺數(shù)據(jù)中心;數(shù)據(jù)中心綜合分析后定位故障點位置及故障原因，診斷結(jié)果以短信方式發(fā)送給用戶，用戶也可以通過Internet網(wǎng)絡查詢診斷結(jié)果。

監(jiān)測終端：分布安裝于輸電線路的導線上，監(jiān)測輸電線路故障發(fā)生時刻的故障行波電流與工頻故障電流，采集、分析信號并上傳到數(shù)據(jù)中心。

數(shù)據(jù)中心：通過4G/APN與現(xiàn)場終端通信，接受上傳的監(jiān)測信息并下傳控制信息。數(shù)據(jù)中心對上傳的故障信息進行診斷分析。

工作站：系統(tǒng)人機交互的窗口。主要完成監(jiān)測系統(tǒng)的建立設置、監(jiān)測信息的查詢、診斷結(jié)果的查詢和故障分析報表，以及對現(xiàn)場終端的控制設置。

4 輸電線路故障監(jiān)測裝置在35kV線路中的應用情況

4.1 SDL-7601型輸電線路故障監(jiān)測裝置在35kV華喬I回、喬西線安裝、測試情況

4.1.1 2017年9月份，在35kV華喬I回、喬西線兩側(cè)終端塔上分別安裝了4臺SDL-7601型輸電線路故障監(jiān)測裝置。

在華喬I回、喬西線設備安裝完畢后，首先對設備運行情況進行了測試;以35kV華喬I回為例，測試情況顯示線路送電過程有明顯的沖擊，因此線路兩端的兩臺設備均已經(jīng)啟動錄波，證明兩臺設備運行正常。

4.1.2 SDL-7601型輸電線路故障監(jiān)測裝置在35kV華喬I回單相接地故障下測試情況

9月18日，在35kV華喬I回線路兩側(cè)故障監(jiān)測系統(tǒng)安裝調(diào)試完畢后，大隊申請35kV華喬I回停電，在#57桿制造了單相接地故障，隨后申請線路送電，對SDL-7601型輸電線路故障監(jiān)測裝置進行了測試。

測試結(jié)果為無法測算出故障發(fā)生點的距離。原因為：SDL-7601型輸電線路故障監(jiān)測裝置的測距原理是線路在正常運行中突然發(fā)生故障，產(chǎn)生很大的電壓、電流沖擊或波動，因此故障點通過波形向兩側(cè)的監(jiān)測裝置（終端）傳輸，通過監(jiān)測裝置（終端）上的GPS時鐘采集兩側(cè)故障點傳輸時間差，結(jié)合線路長度、桿塔檔距等信息，從而測算出故障點的具體位置。

由于35kV華喬I回線先人為造成接地、再送電，導致送電后故障點幾乎無沖擊，電流變化非常小，因此該實驗無法正常測量故障點距離。若是想進一步確認SDL-7601型輸電線路故障監(jiān)測裝置的測距能力，可以帶電做線路接地故障，或者等后期線路運行時真正發(fā)生故障后再進行監(jiān)測，這樣可以保證故障點有明顯的沖擊，電流有明顯的變化。

4.2 SP2000輸電線路分布式故障診斷系統(tǒng)在35kV大王線安裝、測試情況

2021年3月份，在35kV大王線兩側(cè)終端塔上分別安裝了2套SX-TMU/35型輸電線路分布式故障監(jiān)測裝置。4月1日，在35kV大王線兩側(cè)故障監(jiān)測系統(tǒng)安裝調(diào)試完畢后，大隊申請35kV大王線停電，在#45桿制造了單相接地故障，隨后申請線路送電，對SX-TMU/35型輸電線路分布式故障監(jiān)測裝置進行了測試。

測試方法為先申請線路停電，解開#45/J1桿A相引流線，選一小段絕緣導線剝開一側(cè)鋁線，用并溝線夾與原引流線一側(cè)連接，在地面用角鐵制作人為接地點，隨后申請線路送電，用絕緣繩逐漸將絕緣導線另一側(cè)拉至接地點，制造線路運行過程中突發(fā)單相接地故障。單相接地測試開始后，監(jiān)測終端采集故障電壓、電流變化情況，并經(jīng)平臺數(shù)據(jù)服務中心計算，隨即向運維人員手機發(fā)來短信，準確告知了故障情況及接地點位置，證明該監(jiān)測系統(tǒng)可靠性較高。

5 推廣應用前景

綜合分析，建議使用武漢三相電力科技有限公司SP2000輸電線路分布式故障診斷系統(tǒng)。建議選取近年來故障高發(fā)的35kV線路進行試點安裝，測試故障診斷系統(tǒng)的靈敏性、可靠性，后期跟進試運行情況再在全大隊范圍內(nèi)的35kV線路上進行安裝。

當35kV線路發(fā)生故障后，能夠直觀指出故障位置（指出故障發(fā)生在哪條線路、桿塔、距離，或者直接以地圖方式顯示），得到故障位置信息后，再去查找具體故障點，不再盲目巡線定位，可大幅度縮短故障修復時間，提高效率。因此綜合來看，輸電線路故障監(jiān)測裝置在查找35kV線路故障時可以快速準確定位，對于快速修復故障、恢復正常供電，保障線路正常運行有十分重要的意義。