配電線路故障在線識別與診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討

西南油氣田分公司川中北部采氣管理處 古 勇 張小剛 黃 希 魏 瑞 劉富權(quán)

1 引言

在社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，用戶自身的用電需求也明顯增大，因此對配電線路的故障識別和診斷也有了全新要求。在電網(wǎng)系統(tǒng)中，配電線路是十分重要的組成部分，但同時(shí)也相對脆弱，一旦受到外力破壞，或者人員出現(xiàn)操作失誤，將會引發(fā)大面積停電事故，嚴(yán)重情況下甚至造成電網(wǎng)癱瘓，進(jìn)而給電力企業(yè)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，需要合理構(gòu)建在線識別與診斷系統(tǒng)，確保有效識別和診斷線路故障問題，從而有效處理故障問題，使供電系統(tǒng)運(yùn)行得到快速恢復(fù)，進(jìn)一步保證供電質(zhì)量。

2 配電線路故障在線識別與診斷系統(tǒng)特性

對于配電線路故障在線識別與診斷系統(tǒng)，可以在配電線路上安裝監(jiān)測裝置，以此來對配電線路的運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，有效落實(shí)狀態(tài)監(jiān)測，準(zhǔn)確識別故障，并完成具體的在線操作。通過有效研發(fā)和應(yīng)用故障識別技術(shù)，可以更好地實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修，此系統(tǒng)對無線通信、互聯(lián)網(wǎng)、故障定位與相關(guān)的電力傳感器進(jìn)行了充分融合，針對故障制定智能化的解決方案。如果配電網(wǎng)出現(xiàn)故障問題，例如接地、線路老化、短路以及雷擊等，系統(tǒng)能夠及時(shí)報(bào)告故障類型，并顯示具體位置，確保維護(hù)人員能夠快速排查此類故障，使供電能夠恢復(fù)正常。針對配電線路故障的在線識別與診斷系統(tǒng)特性展開分析，具體包括以下幾個(gè)方面。

2.1 監(jiān)測范圍廣

針對配電線路故障的在線識別與診斷系統(tǒng)，可以對各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)電流具有的狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，具體需要涉及負(fù)荷、短路和接地等電流，并向主站系統(tǒng)上報(bào)這些信息，對接地和短路等故障監(jiān)測參數(shù)實(shí)現(xiàn)在線調(diào)整，全面監(jiān)控轄區(qū)當(dāng)中的配電線路，確保對線路故障問題作出準(zhǔn)確和及時(shí)的判斷[1]。

2.2 適應(yīng)嚴(yán)苛的外部環(huán)境

在監(jiān)測配電線路的故障問題時(shí)，需要確保相關(guān)監(jiān)測裝置可以有效適應(yīng)嚴(yán)酷的外部環(huán)境，避免影響到監(jiān)測精度。在系統(tǒng)中安裝具體的監(jiān)測裝置后，所使用的電源壽命通常為5年，而且具有較高的防護(hù)等級，可以有效解決老化問題，并承受-40～70℃的工作溫度，而且在海拔高度不超過4000m，相對濕度在95%以下，風(fēng)速低于34m/s，可以維持正常工作，具有極為廣泛的適用范圍，而且運(yùn)行可靠性相對較高。

2.3 具備遠(yuǎn)程操控功能

對于系統(tǒng)的通信方式，具體需要采用雙向短距離無線調(diào)頻通信模塊，在遠(yuǎn)程通信過程中需要運(yùn)用GSM網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)測中心，以此來遠(yuǎn)程配置、監(jiān)控和調(diào)試現(xiàn)場故障，并對配電線路的接地電流、短路電流和負(fù)荷電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測[2]。

2.4 智能化故障監(jiān)測

此系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)凍結(jié)和查詢故障監(jiān)測器的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并嚴(yán)格監(jiān)測相應(yīng)暫態(tài)下的電流凍結(jié)采樣信息，從而對三相暫態(tài)電流信息進(jìn)行獲取，準(zhǔn)確判斷故障，防止在重合閘時(shí)由于負(fù)載變化而造成非故障分支誤報(bào)，使故障的診斷精確性得到提高。

3 配電線路故障類型

電網(wǎng)運(yùn)行的正常與否，對人們自身的生活和生產(chǎn)具有重要影響，一旦配電線路出現(xiàn)故障問題，除了會影響到人們正常生活和工業(yè)生產(chǎn)以外，還會給電力企業(yè)帶來嚴(yán)重?fù)p失。現(xiàn)如今，比較常見的配電線路故障問題具體包括間歇性故障、高空線路故障、高阻接地故障以及中性接地故障等，需要有效運(yùn)用配電線路故障在線識別與診斷系統(tǒng)，結(jié)合故障的具體類型，從而對故障發(fā)生位置加以判斷，有效排除與處理故障問題[3]。

3.1 中性接地故障

針對10kV電網(wǎng)，其需要合理采用電流接地方式，為了使單相的接地電流得到降低，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)采用變壓器接地方式。在此情況下，可以將變壓器電位有效固定成地電位，一旦出現(xiàn)單相接地故障，將會增大非故障相電壓，暫態(tài)過電壓水平相對較低，具有較大的故障電流，可以在跳閘后快速發(fā)生漏電保護(hù)動(dòng)作，使故障得到有效切除，使系統(tǒng)當(dāng)中設(shè)備的過電壓時(shí)間得到縮短。對于電力系統(tǒng)故障而言，中性接地對電網(wǎng)系統(tǒng)的繼電保護(hù)、供電可靠性、絕緣水平、通信穩(wěn)定性等具有直接影響。變壓器參數(shù)見表1。

表1 變壓器參數(shù)

3.2 高阻接地故障

針對高阻故障展開分析，一般是指配電線路和高阻抗地面出現(xiàn)接觸或者能夠正常運(yùn)行的物體以及電纜線路。例如，建筑物和樹木在絕緣子閃絡(luò)、短路或者雷擊等因素影響下出現(xiàn)的故障問題。當(dāng)電纜出現(xiàn)高阻故障時(shí)，電流與直接短路所產(chǎn)生的接地故障電流相比要較低，一旦對傳統(tǒng)監(jiān)測方法進(jìn)行采用，則無法使監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確性得到保證，一旦線路故障時(shí)間較長，則會造成相間的絕緣擊穿，進(jìn)而出現(xiàn)相間故障問題，給電力企業(yè)造成巨大損失[4]。

3.3 間歇性故障

對于間歇性的故障問題，其具體表現(xiàn)為配電線路的間歇性放電，在對故障進(jìn)行監(jiān)測后，相關(guān)故障問題可能會消失，但實(shí)際上故障仍然存在。間歇性故障表現(xiàn)出重復(fù)性與瞬時(shí)性的特點(diǎn)，因此使用傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置，無法有針對性地處理間歇性故障。除此之外，由于間歇性故障的電弧無法自熄，而且具有較大的單相接地電流，持續(xù)時(shí)間相對較短，因此容易出現(xiàn)永久性的接地故障問題，嚴(yán)重危害到電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.4 高空線路故障

對于高空中的電纜，長時(shí)間暴露于環(huán)境當(dāng)中，會受到雷電、風(fēng)、雪、雨等環(huán)境因素帶來的影響，嚴(yán)重的可能出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，此外電纜自身重量也會發(fā)生相應(yīng)的變化，進(jìn)而容易引發(fā)故障問題，甚至引發(fā)火災(zāi)，對線路的安全運(yùn)行產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。

電纜具有一定的特殊性，在被外界因素影響后，需要采取有效的防雷保護(hù)措施，防止電纜受到破壞。除此之外，在高空對電纜進(jìn)行布置時(shí)，需要有效避開一些高大樹木以及建筑物。高空當(dāng)中的電纜通?？梢詫σ黄瑓^(qū)域用電進(jìn)行控制，因此具有較大的覆蓋面積，如果沒有及時(shí)處理故障問題，將會對多個(gè)地方的正常用電產(chǎn)生影響。所以，需要有效實(shí)現(xiàn)配電線路故障的在線診斷和分析，并對故障問題及時(shí)有效的進(jìn)行處理，從而促進(jìn)社會的和諧發(fā)展。

4 配電線路故障在線識別與診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對策

4.1 系統(tǒng)診斷流程設(shè)計(jì)

對于配電線路的故障在線識別與診斷系統(tǒng)，其工作流程具體涉及數(shù)據(jù)的采集和預(yù)處理、數(shù)據(jù)處理、決策診斷、技術(shù)措施等組成部分，在線診斷流程如圖1所示。

圖1 在線診斷流程

對于數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理，其可以對配電線路的故障狀態(tài)信息進(jìn)行測取，以此來為故障診斷提供有力依據(jù)。所以，在實(shí)際監(jiān)測時(shí)需要對傳感裝置加以使用，確?？梢约皶r(shí)獲取到被監(jiān)測對象的相關(guān)狀態(tài)信息。在獲取到配電線路的相關(guān)參數(shù)信息后，傳感裝置能夠通過信號調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行傳輸與轉(zhuǎn)換，將原本連續(xù)的信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散狀態(tài)，結(jié)合具體的診斷目的以及對象，選擇能夠反映被監(jiān)測對象狀態(tài)的信號，并進(jìn)行具體的分類和整理，對數(shù)據(jù)信息有效采集，以此來合理構(gòu)建狀態(tài)信息庫。

數(shù)據(jù)處理能夠?qū)Ρ槐O(jiān)測對象數(shù)據(jù)信息特征進(jìn)行有效提取。傳感器所采集的信號具體包括外部噪聲、冗余信息，因此未能直接運(yùn)用到故障診斷當(dāng)中，需要分析和處理這些信號。例如，信號放大或壓縮、噪聲處理等。從而對故障狀態(tài)所反映出的特征進(jìn)行提取，為故障識別與診斷提供方便。

診斷決策需要參考配電網(wǎng)的故障數(shù)據(jù)庫，可以將新獲得的故障信息利用特征抽取，然后將其放入到待檢模式當(dāng)中，通過對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對比，可以進(jìn)一步確定異常情況故障類型。在配電線路運(yùn)行過程中，有著極為復(fù)雜的故障類型，需要對故障做好建檔保存工作，根據(jù)基準(zhǔn)模式詳細(xì)分析故障征兆和狀態(tài)，從而對故障的產(chǎn)生原因以及類型加以明確。

技術(shù)措施應(yīng)對故障線路趨勢進(jìn)行分析，對其運(yùn)行時(shí)間加以預(yù)估，根據(jù)故障產(chǎn)生原因做好維護(hù)和搶修工作，降低由于線路故障所造成的經(jīng)濟(jì)損失。

4.2 配網(wǎng)故障識別和定位設(shè)計(jì)

結(jié)合配電線路的故障類型和產(chǎn)生原理展開分析，通過此系統(tǒng)可以準(zhǔn)確預(yù)測故障點(diǎn)，并進(jìn)行定位追蹤，是系統(tǒng)的重要核心功能。在該系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，可以針對配電網(wǎng)有效診斷，具有廣泛的監(jiān)控范圍，而且線路環(huán)境十分復(fù)雜，所以在故障監(jiān)測與定位過程中，需要對沖擊高壓閃絡(luò)法、低壓脈沖反射法和高壓閃絡(luò)法加以運(yùn)用。對于低壓脈沖反射法，其可以精確和快速的識別與定位低阻接地、開路故障，并嚴(yán)格監(jiān)測配電線路電波在傳播過程中的長度和速度。一旦配電線路出現(xiàn)開路故障，故障的等效阻抗具體包括特性阻抗與故障電阻串聯(lián)。所以，開路的故障電阻無窮大，在接入低壓脈沖測試儀器后，可以使脈沖信號有效形成全反射狀態(tài)。測試端能夠接收同極性脈沖反射信號，并在故障點(diǎn)發(fā)射具體的波形，對此區(qū)域的線路運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。

在對高壓閃絡(luò)測試法進(jìn)行設(shè)計(jì)之后，能夠?qū)ε潆娋€路高阻故障進(jìn)行有效監(jiān)測，具體包括閃絡(luò)性故障和高阻泄漏等。一旦在配電線路故障點(diǎn)位置存在的直流電阻，大于電纜特性阻抗后，即成為高阻故障。在配電線路的實(shí)際運(yùn)行過程中，許多故障都是高阻故障。對于直流高壓閃絡(luò)法，其可以有效監(jiān)測高阻閃絡(luò)故障，有著比較直觀和簡單的監(jiān)測波形。

對于低脈沖法進(jìn)行應(yīng)用，無法對高阻故障準(zhǔn)確測試，因此對于故障點(diǎn)等效阻抗，其比較接近電纜特性阻抗，具有較小的反射系數(shù)，無法保證測試工作的正常開展。對于該類問題，系統(tǒng)需要有效應(yīng)用沖擊高壓閃絡(luò)法，提高配網(wǎng)線路對故障的識別率，使故障診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性得到提高。此方法屬于高壓閃絡(luò)，所以試驗(yàn)電路具有較高的相似性，在沖擊高壓閃絡(luò)法應(yīng)用過程中，其對閃絡(luò)等故障測試十分適用。對于沖擊高壓閃絡(luò)法而言，應(yīng)在配電線路與充電電容器之間，對相應(yīng)的球型放電間隙加以增加。在監(jiān)測系統(tǒng)的過程中，要有效充電電容，并在充滿配電線路的電壓后，確保球型放電間隙能夠有效擊穿放電，配電線路具有相應(yīng)的瞬時(shí)高壓。在此情況下，一旦配電線路的電壓，大于故障點(diǎn)位置處的臨界擊穿電壓，故障點(diǎn)將會有效擊穿放電，將電流電壓信號向兩端有效傳播[5]。

5 結(jié)語

在電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行期間，需要高度重視配電線路運(yùn)行，一旦線路發(fā)生故障，則可能會出現(xiàn)大面積停電事故，對人們正常生活產(chǎn)生影響。為了確保配電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)有效識別和診斷配電線路故障，并在此基礎(chǔ)上加以維修，從而恢復(fù)配電線路的正常運(yùn)行。