數(shù)字化接地故障定位裝置在10kV配電線路故障處理中的應(yīng)用

孫飛麟，趙旭旭

（國網(wǎng)新疆電力有限公司芳草湖供電公司，新疆 昌吉 831208）

1 數(shù)字化接地故障定位裝置的現(xiàn)實價值

數(shù)字化接地故障定位裝置是基于現(xiàn)代數(shù)字化技術(shù)基礎(chǔ)的特定裝備，對準(zhǔn)確定位配電線路故障位置、查找配電線路缺陷等具有重要作用，在保障配電線路故障高效處理等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在10 kV 配電線路故障處理中，數(shù)字化接地故障定位裝置可為技術(shù)人員提供準(zhǔn)確可靠的接地故障信息，以更具前瞻性的方法措施對絕緣劣化的線路予以預(yù)警，有助于降低線路接地故障的發(fā)生頻次。長期以來，各級供電企業(yè)不斷總結(jié)探索數(shù)字化接地故障定位裝置的創(chuàng)新運(yùn)用，在細(xì)化完善其整體化配置與構(gòu)造等方面進(jìn)行了卓有成效的研究和探索，充分確保數(shù)字化相關(guān)信息信號的準(zhǔn)確性。在接地故障狀態(tài)下，配電線路電流短時間的急劇增加極為顯著，電流遠(yuǎn)高于額定運(yùn)行電流值，依托數(shù)字化接地故障定位裝置，則可對上述條件進(jìn)行連續(xù)性、動態(tài)化識別，對于及時準(zhǔn)確響應(yīng)故障處置具有關(guān)鍵價值[1]。

2 數(shù)字化故障定位裝置異動機(jī)理分析

2.1 常用故障定位裝置

現(xiàn)代數(shù)字化接地故障定位裝置的深化運(yùn)用，為配電線路故障的高效快速處理提供了更為豐富的技術(shù)手段，使傳統(tǒng)技術(shù)環(huán)境下難以達(dá)成的故障處置預(yù)期效果更具有實現(xiàn)可能。此外，實踐中常用的故障定位裝置還包括在線故障暫態(tài)錄波裝置和配電自動化系統(tǒng)遠(yuǎn)方終端等，這些不同類型的故障定位裝置在構(gòu)造方式、運(yùn)行特點以及響應(yīng)過程等方面存在顯著差異，需要結(jié)合配電線路的客觀實際狀態(tài)予以綜合擇定。以配電自動化系統(tǒng)遠(yuǎn)方終端為例，其指定分支配電網(wǎng)的接地故障范圍與區(qū)域，對相鄰終端之間的線路狀態(tài)作出判斷，屬于分布式控制應(yīng)用范疇。

2.2 故障定位裝置定位原理及異動情況

在10 kV 配電線路發(fā)生故障時，數(shù)字化接地故障定位裝置可及時進(jìn)入響應(yīng)程序。通過數(shù)字化技術(shù)方法的執(zhí)行和運(yùn)用，全面記錄線路中各測點的電氣量數(shù)據(jù)，在剔除無效信息的同時，將實測值與閾值進(jìn)行縱向?qū)Ρ?。?dāng)二者偏離幅度超出范圍時，則可斷定為異動狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，數(shù)字化接地故障定位裝置進(jìn)入程序信息流轉(zhuǎn)階段，通過其自身獨(dú)有的預(yù)警功能，向技術(shù)人員提供故障區(qū)段判斷依據(jù)，啟動相電流突變量，然后合成零序電流，輔助制定線路故障處理方案。通過上述環(huán)節(jié)，相關(guān)系數(shù)可成為故障處理的重要參考，配電線路故障處理的實效性將顯著增強(qiáng)。

2.3 故障定位裝置異動原因分析

在當(dāng)前10 kV 配電線路的運(yùn)行過程中，導(dǎo)致數(shù)字化接地故障定位裝置異動的原因多種多樣，其中有線路運(yùn)行方式的影響，也有信號傳遞誤差的影響等。前者需要根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式進(jìn)行識別，排除金屬性或低阻接地故障等；后者可通過監(jiān)測電場強(qiáng)度，判斷配電線路中的電壓突變量，當(dāng)零序電壓符合故障條件時，則啟動故障指示裝置。數(shù)字化接地故障定位裝置還應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣及合成，排除同步誤差產(chǎn)生的潛在條件，確保暫態(tài)錄波型故障指示器始終處于完好狀態(tài)，以降低故障定位裝置的誤差水平[2]。

3 數(shù)字化接地故障定位裝置在故障處理中的應(yīng)用路徑

3.1 故障定位和在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

3.1.1 定位系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

定位系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性與完善性和數(shù)字化接地故障定位裝置的實際效能密切關(guān)聯(lián)，結(jié)合10 kV配電線路的運(yùn)行特點，細(xì)化完善總體結(jié)構(gòu)，從源頭上保障其在故障處理中的實際效果。通常而言，定位系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)以配電線路監(jiān)測中心為基本單元，通過數(shù)據(jù)基站搜集、匯總與分析配電線路的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，各線路節(jié)點向信息采集器進(jìn)行信息傳輸，最終匯集形成整體性的運(yùn)行體系。數(shù)字化接地故障定位裝置可靈活運(yùn)用比幅算法、相對相位算法等進(jìn)行基波零序電流選線，運(yùn)用諧波電流方向法、5 次諧波法以及有功分量法等進(jìn)行諧波選線，分別執(zhí)行接地故障暫態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析等，進(jìn)而準(zhǔn)確定位故障位置，如圖1 所示。

圖1 定位系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

3.1.2 系統(tǒng)軟件功能設(shè)計

從10 kV 配電線路的整體結(jié)構(gòu)出發(fā)，在數(shù)字化接地故障定位裝置中植入地理信息系統(tǒng)，充分利用其在智能分析、算法優(yōu)化與故障定位等方面的現(xiàn)實優(yōu)勢，實現(xiàn)綜合化與協(xié)同化的接地故障定位效果，滿足當(dāng)前高標(biāo)準(zhǔn)、高要求的配電線路故障處理需求。當(dāng)10 kV配電線路發(fā)生接地故障時，數(shù)字化故障定位系統(tǒng)可根據(jù)監(jiān)測到的故障類型和影響范圍等，發(fā)出相應(yīng)的預(yù)警信息，提醒技術(shù)人員及時采取響應(yīng)故障處理措施。整體而言，數(shù)字化接地故障定位系統(tǒng)由接口子系統(tǒng)、配網(wǎng)地理信息數(shù)據(jù)庫以及故障定位子系統(tǒng)構(gòu)成，彼此之間可通過故障指示器上傳檢測信號，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型，對故障進(jìn)行重演和分析。

3.1.3 系統(tǒng)通信方案

當(dāng)數(shù)字化接地故障定位系統(tǒng)檢測到相應(yīng)的故障信息后，應(yīng)按照特定的通信方式，通過特定通信通道對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸，在線路系統(tǒng)范圍內(nèi)實現(xiàn)配電線路接地故障狀態(tài)數(shù)據(jù)信息的關(guān)聯(lián)交互，彰顯數(shù)據(jù)信息價值。在通信方式層面，線路電流的測量數(shù)據(jù)符合數(shù)字測量的概念要求，充分保證數(shù)據(jù)精度，減少不必要的誤碼率。在該過程中，應(yīng)建立健全完善的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，為配電線路故障信息傳輸提供基礎(chǔ)依據(jù)，防止數(shù)據(jù)信息通信中的畸變現(xiàn)象。在通信組網(wǎng)方面，可結(jié)合數(shù)字化接地故障定位系統(tǒng)運(yùn)行特點，在多個配電線路之間進(jìn)行通信組網(wǎng)，定期查詢指示器，在數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)單元之間建立通信關(guān)系[3]。

3.2 配電網(wǎng)故障監(jiān)測系統(tǒng)的終端設(shè)計及應(yīng)用

3.2.1 終端設(shè)備取能技術(shù)

數(shù)字化接地故障定位裝置需要對終端設(shè)備進(jìn)行取能，以保障其在連續(xù)運(yùn)行過程中的基本能源需求，提高其穩(wěn)定性與可靠性。在數(shù)據(jù)集中器取能方面，可為其配置太陽能電池板，通過利用源源不斷的光照資源，將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，使數(shù)據(jù)集中器能夠獲得有效能源支持。同時，可優(yōu)化配置太陽能控制器，通過技術(shù)改造與升級等，實現(xiàn)智能充放電控制，將數(shù)據(jù)集中器所需的電能壓力控制在合理范圍內(nèi)。在接地故障監(jiān)測終端自取能方面，則可按照同采樣率、同精度要求的方法，發(fā)揮測量傳感器的實際效用，將三相波形數(shù)據(jù)進(jìn)行集中整合處理，以提升取能功率。在終端設(shè)備取能方案形成后，應(yīng)對其可行性做出必要論證，以達(dá)到相關(guān)專業(yè)技術(shù)要求。

3.2.2 采集終端設(shè)備應(yīng)用

采集終端設(shè)備的應(yīng)用過程，同時也是對數(shù)字化接地故障定位裝置綜合效能進(jìn)行優(yōu)化提升的過程，需要根據(jù)10 kV 配電線路的實際特點，制定完善可行的采集終端設(shè)備應(yīng)用規(guī)范，以達(dá)到電流測量范圍的寬度要求。依托電流傳感器的實際效用，在不改動一次接線條件的前提下，對各類相對分散的終端設(shè)備影響因素進(jìn)行集中統(tǒng)一管控，保證后續(xù)數(shù)據(jù)采集效果的最優(yōu)化。運(yùn)用開合式羅氏線圈實現(xiàn)信號放大的效果，然后通過信號積分進(jìn)行濾波處理，最終按照特定比例輸出終端采集設(shè)備的信號信息。采用循環(huán)存儲方式，對采集終端結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲處理，形成相應(yīng)的終端現(xiàn)場構(gòu)造體系，如圖2 所示。

圖2 采集終端設(shè)備模型

3.2.3 接地故障定位裝置在線監(jiān)測

為快速精準(zhǔn)地對數(shù)字化接地故障定位裝置進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，需要在監(jiān)測終端、通信主機(jī)和主站軟件之間建立關(guān)聯(lián)，通過行之有效的方法規(guī)則對采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行運(yùn)算和移植，實現(xiàn)各種后臺功能。在裝置功能要求方面，需根據(jù)10 kV 配電線路的電流起伏波動狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測、采集以及合成，并通過必要的功能性測試等，排除潛在不穩(wěn)定性因素。在通信主機(jī)功能方面，應(yīng)形成合理化的供電方案，保證數(shù)字化接地故障定位裝置數(shù)據(jù)信息的一致性和實時性[4]。

4 優(yōu)化提升數(shù)字化接地故障定位裝置應(yīng)用效果的方法舉措

4.1 精準(zhǔn)把握裝置設(shè)計要點

為進(jìn)一步提升數(shù)字化接地故障定位裝置的實際應(yīng)用效果，應(yīng)充分把握其專業(yè)技術(shù)導(dǎo)向，建立健全的基于數(shù)字化技術(shù)的配電線路故障定位技術(shù)體系，形成智能化的接地故障定位系統(tǒng)，將現(xiàn)代智能化技術(shù)、定位技術(shù)與感知技術(shù)等作為重要工具載體。注重對配電線路故障數(shù)據(jù)信息的全過程搜集和監(jiān)測，以動態(tài)化與連續(xù)性的方式對配電線路各類數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析，提高數(shù)字化接地故障定位裝置的響應(yīng)速度，并配合運(yùn)用線路錄入系統(tǒng)，對線路具體故障點進(jìn)行編碼處理，使其在故障處理中能夠正常查詢。堅持可視化的基本技術(shù)方法，將配電線路設(shè)備、線路和地理位置等信息進(jìn)行仿真建模處理，將相對分散的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行分類整理，形成可視化的圖形或文字等展現(xiàn)在定位裝置系統(tǒng)平臺中。在該基礎(chǔ)上，發(fā)出接地故障預(yù)警信息，保障故障排除與運(yùn)維效果。

4.2 優(yōu)化裝置系統(tǒng)框架

基于數(shù)字化技術(shù)方法的配電線路接地故障定位裝置，需要在多個維度層面優(yōu)化框架結(jié)構(gòu)。在實踐中，可將數(shù)字化接地故障定位裝置細(xì)分為前端采集單元、數(shù)據(jù)處理單元以及運(yùn)維管理單元等多個部分，通過優(yōu)化銜接彼此之間的匹配關(guān)系，提升其整體效能。在前端采集單元模塊中，其主要承擔(dān)配電線路工況狀態(tài)數(shù)據(jù)采集功能，采集各個關(guān)鍵節(jié)點的線路數(shù)據(jù)信息，對異常信息進(jìn)行辨識處理，結(jié)合其偏離幅值大小確定是否發(fā)出預(yù)警信息。該效果的實現(xiàn)需要通過集中抄表、自動監(jiān)測等方式形成配電網(wǎng)數(shù)據(jù)包，為及時高效處置接地故障提供可靠數(shù)據(jù)支撐。

4.3 優(yōu)化接地故障信號的去噪處理

在當(dāng)前數(shù)字化技術(shù)的支持下，如何對配電線路接地故障的信號信息進(jìn)行去噪處理，提高故障信號辨識度，是數(shù)字化接地故障定位裝置應(yīng)用中需要綜合考量的關(guān)鍵。對此，應(yīng)根據(jù)配電線路周圍環(huán)境的客觀實際條件，優(yōu)化選擇小波函數(shù)，保證其能夠有效適應(yīng)電纜故障的信號特性，確保原始故障信號能夠更加清晰地傳遞到預(yù)定位置。優(yōu)化設(shè)置軟閾值，針對每一層接地故障信號進(jìn)行分解處理，開展處理和構(gòu)建相應(yīng)的小波系數(shù)，在特定范圍內(nèi)重新建立新的接地故障信號。在電力電纜故障區(qū)域現(xiàn)場檢測故障信號，發(fā)現(xiàn)其存在不同的噪聲結(jié)構(gòu)，通過噪聲自身的頻率特性，能夠處理好各個不同尺度下的小波系數(shù)，從而得到消噪信號[5]。

5 結(jié) 論

數(shù)字化接地故障定位裝置的實際價值決定了其在10 kV 配電線路故障處理中的關(guān)鍵地位。因此，技術(shù)人員應(yīng)宏觀審視數(shù)字化接地故障定位裝置的技術(shù)作用，精準(zhǔn)把握其在配電線路故障處理中的應(yīng)用價值，健全基于數(shù)字化接地故障定位技術(shù)的實踐方法體系。摒除陳舊模式下故障定位與處理的技術(shù)框架，在終端設(shè)備與異動監(jiān)測等方面實現(xiàn)創(chuàng)新優(yōu)化，為全面彰顯數(shù)字化接地故障定位裝置的實際效能奠定基礎(chǔ)，為促進(jìn)配電線路故障處理高效化、規(guī)范化、精準(zhǔn)化貢獻(xiàn)力量。