故障定位系統及其關鍵技術探討

宋友文，趙繼光

(中國南方電網有限責任公司，廣東 廣州 510623)

0 引言

近幾年，隨著電網結構的發展和人民群眾對供電質量要求的不斷提高，國家和行業對配電網的建設與運行逐漸重視，并開始了配電網自動化試點建設。配電網故障復電是影響供電可靠性和客戶滿意度的關鍵因素，是客戶、社會衡量供電企業管理水平和服務理念的重要標準。

配電網故障快速復電包括:故障快速報告、快速診斷、快速定位、快速隔離、非故障段快速復電和故障快速修復。根據分析，故障定位和故障隔離時間約占總故障停電時間的33%，利用技術手段減少故障定位和故障隔離時間是提高配電網故障快速復電效率的關鍵。

2010年，廣東電網公司啟動了配電網快速復電機制建設，在技術、流程等6個領域提出具體工作要求，努力實現配電網故障的快速復電。提出了“以提高供電可靠率為總抓手，建立配電網故障快速復電”的工作機制，其中，以故障定位為主的饋線自動化技術是實現快速復電工作的關鍵舉措。

1 故障定位模式探討

1.1 故障定位模式的選擇

配電網故障定位系統是通過安裝故障指示器裝置，在配電線路發生故障時，相關人員通過人工巡視或根據上報的故障信息，確定故障區域的系統。該系統僅僅在故障時起作用。

綜合目前國內外的故障定位建設模式，大致可分為三類:就地顯示的故障定位模式、帶有通信功能的“一遙”故障定位模式、帶有遙測功能的“二遙”故障定位模式。就地顯示的故障指示器沒有故障信息的遠傳功能，主要是通過就地顯示功能減少人工巡線發現故障點的時間，后兩種模式均帶通信系統，是目前主要應用模式，具有便于升級為三遙的優點。

以故障指示器為基礎的“一遙”故障快速定位系統能實現故障點的快速、準確定位，節約大量的故障查找時間，是一種最經濟實用的方案。可廣泛應用于一般供電網絡的架空、電纜線路。

以故障指示器自動檢測短路故障和接地故障的功能為基礎，在此基礎上增加通訊功能，可以將故障指示器的動作狀態發送到故障監控中心或配電自動化子站，同時也可接入已有配電自動化系統后臺，在監控中心的后臺系統地理圖上或主接線圖上直接定位故障點，同時將定位結果以手機短信的形式分組發送給相應的管理人員和運行維護人員的手機上。大大提高了故障指示器定位故障的自動化程度和故障處理效率，是一種最經濟實用的自動化方案。故障指示器的通信可以采用GSM網絡的短信方式、GPRS或者CDMA等公共通訊平臺進行通訊，也可在這一平臺上申請VPN等專網數據服務，保證通訊網絡的信息安全，這兩種方式均無需專門建設和維護通訊通道。

以故障指示器為基礎的“二遙”故障快速定位系統是在“一遙”方案的基礎上增加了負荷電流、開關狀態遙信等檢測功能，滿足大多數配電網運行需要，不需要一次設備進行改造，實施難度小，整體性價比高。普遍適用于不易改造的電纜線路設備:環網柜、分支箱、箱式變電站和配電房。

圖1 帶通信功能的故障定位系統示意圖

1.2 故障指示器的故障判據

故障指示器的判據應該考慮全面，以減少拒動作和誤動作的可能性。下面是過負荷跳閘的線路情況，故障指示器需要正確判斷，以防止誤動。其中的電流值和其持續時間應該根據各地區的線路和負荷情況具體設置，見表1。

其他有可能使指示器拒動的線路情況如表2所示。

表1 可能引起誤動的線路情況

表2 可能引起拒動的線路情況

2 故障定位關鍵技術

2.1 故障定位系統的取電技術

2.1.1 故障指示器取電

故障指示器取電，主要有兩種取電方式:太陽能電池板方式和線圈取電方式。

太陽能電池板方式是直接在故障指示器上加裝小型太陽能板，但考慮到故障指示器的體積較小，而且需要專用的工具帶電掛裝，其結構較難處理，在現實的使用中不好操作。

線圈取電方式下，為了方便掛接故障指示器，都是采用結構簡單的硅鋼片。這種方式導致線圈不能完全閉合，漏磁嚴重，磁能轉換的效率低，線路的負載要達到10 A以上才能正常工作。而架空線的分布廣泛，很多支線的電流達不到10 A，這種結構的故障指示器就不能完全覆蓋整條線路。而且在需要檢測電流上傳后臺，兩遙方案時，精度過低不能達到要求。

采用高精度線圈，需要重新設計故障指示器的外形和結構，故障指示器采用雙磁芯TA，一組檢測故障電流，一組專門用于取電，在安裝完全正確的情況下，線路上只需要2 A的負載電流就可正常工作，而且測量精度達到1%，能滿足兩遙的要求。

2.1.2 通信終端取電

由于通信終端是通過抱箍固定在高壓桿上，它的體積和結構不會受到太大限制，取電相對簡單。現在最常用最成熟的取電方案時使用太陽能電池板供電，配備高容量充電鋰電池。在夜晚或陰雨天氣時，由電池供電。電池在充足電后的情況下，可以維持子站連續15 d工作而不需補充能量。在日照不是太充足的地方，為進一步確保電源的可靠性，可以考慮加裝風能發電裝置。

2.2 故障定位系統的選點技術

故障指示器在架空線的布置原則，是在主干線上分段安裝，同時在每個線路的分支點安裝，這樣能在故障發生時有效區分故障區域。通信終端起的僅是傳遞信息的作用，其位置和數量直接由故障指示器的位置決定;它們之間常用的通信方式是通過2.4 G或433 MHz頻段，通信距離有限。前者最多只有幾十米，后者由于功耗所限只有1～200 m。在實際應用中，基本上是一套故障指示器配一個通信終端，而通信終端的成本是故障指示器的2～3倍。所以作為中轉信息的通信終端，應該是數量越少越好。要減少通信終端的數量，就要增加通信終端與故障指示器之間的通信距離，使一個終端盡可能與更多故障指示器通信。

2.3 故障定位系統的通信技術

目前的配電網自動化系統中，普遍采用GPRS公網無線技術作為主站與終端之間的數據傳輸技術，除了無線公網的安全性問題之外，GPRS通信業務一般采用按流量計費的方式收取月套餐費，超出套餐內的流量限制后資費快速上升，當終端數量上千甚至上萬的時候，每個月需要交給電信運營商的流量費用是驚人的。

表3 若干配電網自動化項目中GPRS通信業務的收費方式

因此，結合2.2中最優選點的原則，當大規模地進行故障定位系統建設的時候，需要考慮的一個重要問題就是遠程通信終端的成本和每月的運營費用問題，如何選擇合理的通信組網模式，使得故障定位系統的經濟性與通信可靠性并重，是目前的一個技術難點。

傳統的組網方案:架空故障指示器內置2.4 G通信模塊，通過短距離無線編碼信號與通信終端架空子站通信，通信距離在3～10 m之間。通信終端一般安裝在線路分支點處，它只能接收兩套故障指示器的編碼信息，收到的動作信息通過處理后，經過地址編碼和時序控制，通過GSM通信裝置發送給中心站。

由于故障指示器與通信終端的通信距離有限，一個通信終端最多只能覆蓋兩個故障檢測點，一條典型10 kV線路按主干線加分支線共30個故障檢測點計算，必須至少配備15+3=18臺通信終端，其中3臺為冗余配置。

改進的組網方案:目前有技術采用長、中、短距離相結合的通信組網模式，若干套(每套含A、B、C三相)故障指示器通過中距離RF490信道與單模式通信終端進行信息交互，按照配電線路的結構走向，每兩個單模式通信終端之間放置一個雙模式通信終端，單模式通信終端與雙模式通信終端通過RF490信道通信，最后由多模式通信終端通過GSM/GPRS無線通信方式發送至遠方監控中心。

圖2 故障定位系統新型通信組網模式示意圖

通過中距離490 MHz的無線單模基站的數據匯聚和轉發，可以大大減少雙模通信基站的數量，僅需要10臺左右的基站，其中單模和雙模交替分布，可大大降低通信系統的建設費用和后期的公網無線通道運營費用。

該方案存在的問題:通信模式的混合采用，導致了通信可靠性的不足，實際運行中通信通道發生故障的問題較多，而且也較難排查出故障點，給運行維護帶來較大問題;另外，該種方案擴展性不強，每次有新的故障監測點加入的時候，都要求通信通道進行相應的擴展。

因此，如何進行更合理地布點和組網，使得在以可靠性為基本的同時，能夠兼顧到建設與運維的經濟性，以及系統后期的可擴展性，是需要進一步深入研究的問題。

3 結語

故障定位系統直接減少故障定位時間、故障隔離時間，與其他模式比較具有明顯的經濟性，適合處在配電自動化建設起步階段的地區使用。故障指示器是故障定位系統的核心部件，目前仍需在故障判據、取電和通信等技術問題上進一步發展完善。

［1］秦絲，胡厚欲.電纜故障指示器的應用經驗［J］.廣東輸電與變電技術，2008，4(12):49-52.

［2］袁欽成.配電系統故障處理自動化技術綜述［J］.電力設備，2007，8(12):1-5.