縣城配電網故障快速定位技術的研究和實踐

摘要：配電網故障點的查找占配電故障處理非常多的時間，有效縮短故障查找時間，可以有效提高供電可靠性。利用故障指示器和無線公網通信技術，研制開發了一套切合生產實際需要的故障快速定位系統，該系統可以在較短時間內確定出故障發生的區段，徹底改變人工查找故障的落后局面，從而大大提高故障處理效率，為縣城配網快速定位故障探索出一條有效的途徑。

關鍵詞：配電網；故障；單相接地；定位

作者簡介：李江萍（1971-），女，河北石家莊人，石家莊市井陘礦區電力局生產技術部主任，工程師。（河北 石家莊 050100）

中圖分類號：TM726 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）24-0154-02

隨著經濟的發展，縣城10kV線路的負荷不斷增大，供電半徑也隨之加大，分支線路增多，造成線路的結構越來越復雜，因此線路故障頻繁，[1-3]導致線路的供電可靠性難以提高。停電是影響供電可靠性的主要原因，[4-7]2009年中電聯對電力系統發生故障而導致的停電情況進行了統計，結果顯示，在這些停電中，線路上發生故障導致的停電時間占到總停電時間的60%左右，處理故障過程中查找故障的時間占整個時間的70～90%。而且配電線路呈網狀結構，故障查找更加困難，因此如何提高配電網的故障查找時間成為提高供電可靠性的主要手段。[8]

本文首先介紹了檢測短路和單相接地故障的原理，將故障指示器的動作信息利用現代的通信技術發送給監控主站，監控主站將這些信息與實際線路中指示器的安裝位置相結合，進行網絡拓撲計算，從而確定出故障所在的區段，同時將該區段以特殊的形式在屏幕上進行顯示和報警，并將該信息以漢字短消息的方式發送給運維人員和應急搶修車輛，搶修車輛可以根據該信息快速驅車趕赴現場，消除故障并恢復線路供電，從而提高供電可靠性，進而大大降低故障巡線人員的勞動強度，提高工作效率。

一、故障檢測裝置

故障檢測裝置可以用來指示故障電流通路，主要用來檢測配網中的兩大故障——相間短路及單相接地故障。該產品可以在高壓導線和電纜系統中帶電裝卸，具有本地顯示和信號遠傳的功能，本地顯示一般采用翻牌和閃燈相結合的模式，在白天陽光充裕時可以清楚看到顯示的翻牌告警，在夜間或光照不充分時可以通過超高亮的LED進行告警顯示。

配電網的生產運行過程中經常發生兩種故障：短路和單相接地故障，很多是單相接地故障，而且查找比較困難，尤其是當配變上的硅橡膠護套的避雷器被擊穿后，很多外部不會出現裂痕等現象，只能靠逐個的試拉試送來查找，費時費力。

1.短路故障檢測原理

檢測短路故障的原理是通過電磁感應方法測量線路中的電流，根據目前負荷電流的大小實時計算過流定值的大小，當電流超過該過流定值時，再檢測其持續時間，如果持續時間在4秒之內，且與過流電流滿足反時限曲線的關系則判斷為故障。具體判據為：

（1） 線路開始正常工作至少8秒鐘。

（2）線路出現短路電流，短路電流的定值為：If=IL×K（If），且（If-IL）>120A，該短路電流持續20～4000ms，且與If成反時限特征。IL為負荷電流，K（If）為短路因子。

（3）線路停電。

它的判據比較全面，具有自適應性的特點，不會因為線路的繼電保護整定值改動或者用電負荷增加而導致檢測單元不適用原有線路的問題，可以大大減少誤動作的可能性。同時利用短路時的其他條件（來電、停電等）來消除安裝時裝置與線路的相對位置可能有偏差而導致的測量不一致的問題，從而大大提高了設備的使用方便性。

2.單相接地故障檢測原理

小電流接地系統單相接地故障發生后的特征信號中含有各種各樣的故障信息，如穩態基波分量、高頻暫態分量等。目前接地故障檢測主要采用的5次諧波法、電容放電脈沖法、首半波法等[1，4]就是利用了這些故障信息構成的故障判據，這些方法依賴于發生單相接地故障前后配電網參數的變化。這些方法在變電站接地選線中已經被證明是不可靠的，而且信號本身較弱，容易受到外部的電磁干擾和諧波污染，導致獲得的信號失真，而且雷擊導致的電磁暫態變化往往與這些放電脈沖特征有些相似，這些都直接影響了裝置檢測準確性。

本文介紹的單相接地故障檢測是采用可變負荷法，與信號注入法有相似之處，其原理如下圖1所示。

上圖中可變負荷由三個可以獨立操作的高壓真空接觸器和高壓電阻R組成，真空接觸器的進線側分別接10kV母線的A、B、C三相，另外一端短接后與高壓電阻相連，高壓電阻的另外一端接地。假設系統發生了單相接地故障（如C相），可變負荷檢測到系統零序電壓升高到設定值后，控制相應的高壓接觸器（B相）閉合，這樣使電阻R（負荷）通過大地接在故障相與其他健全相 (如圖中的C、B兩相)之間，相當于使得這兩相之間的負荷發生了變化，這個變化的負荷使故障線路上的負荷電流又疊加一個有特殊規律的電流信號，具有特殊規律的電流流經故障線路、接地故障點和大地返回可變負荷。安裝在10kV線路上的故障檢測裝置檢測到該信號后給出告警指示，從而確定出故障所在的區段和分支。

二、縣城10kV電網故障定位

縣城10kV電網故障定位系統包括：故障檢測檢測裝置FD、通訊系統和監控中心。通訊系統又分為：近距離無線故障信息傳輸系統、無線公網傳輸系統、GSM網關和監控主站。整個系統的原理如圖2所示。

故障檢測裝置FD一般安裝在10kV線路分支處的主干和分支線上，當系統發生過流短路或單相接地故障時，故障檢測裝置會向數據轉發站發送不同的編碼信息，從而區分開這兩種故障。當發生故障時，FD檢測到短路故障電流滿足前面提到的幾個條件或特定信號電流流過，進行本地報警顯示，同時對外發送短距離無線信息，將動作信號傳送給附近的無線收發數據轉發站。無線收發數據轉發站也安裝在線路的分支處，最多可以接收9只FD發送過來的動作信息。無線接收及發射數據轉發站在收到動作信息后，將動作分支的FD地址信息通過無線公網（SMS或GPRS）系統發送給控制中心。GSM網關可以接收數據轉發站發來的短信息，對其進行解碼，并判斷是否接受完成后，將這些信息通過RS232通信口送給監控中心。

監控中心將從通信網關收到的這些動作信息進行處理，存入相應的數據庫，并與線路的邏輯接線圖進行結合，直接顯示出現場裝置動作情況，同時進行網絡拓撲計算，確定出故障區段信息，在監控中心的工作站上給出聲光顯示，同時將該位置信息以漢字短消息的方式發送到運維人員的手機上。運行維修人員可以直接到故障點排除故障。

三、結束語

本系統在用于檢測短路故障時，檢測裝置能夠根據負荷電流的變化來自動調整裝置過流定值的大小，因而不需設定值，可以適應各種負荷情況。用于檢測單相接地故障的可變負荷法，由于產生的特殊信號是靠系統自身的電源產生，因此不會對系統造成任何諧波污染，而且由于產生的信號能量很大，容易被檢測，準確率很高。系統自動化程度較高，故障后能夠自動地在控制中心顯示出故障位置、故障時間等信息，并給出聲光報警，同時將該信息以漢字短消息的方式發送給相關運行人員，從而使運維人員能迅速到達故障點，極大地提高供電可靠性。

參考文獻：

[1]賈清泉，劉連光，楊以涵，等.應用小波檢測故障突變特性實現配電網小電流故障選線保護[J].中國電機工程學報，2001，21(10):78-82.

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[3]要煥年，曹梅月.電力系統諧振接地[M].中國電力出版社，2000.

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[6]龐清樂，孫同景，穆健，等.基于神經網絡的中性點經消弧線圈接地系統故障選線方法[J].電網技術，2005，(24).

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（責任編輯：劉輝）