智能配電線路故障狀態(tài)采集技術(shù)

林顯仕 鄧國明 陳小喬

【摘要】 為了有效保證配電網(wǎng)供電的可靠性以及電能質(zhì)量，對配電網(wǎng)線路進行實時故障狀態(tài)采集并進行故障診斷，是建設(shè)堅強智能電網(wǎng)的必要手段。對配電網(wǎng)線路進行在線監(jiān)測，更有利于線路發(fā)生故障后對故障點的查找，減少了檢修人員快速到達故障現(xiàn)場進場處理的時間，能夠有效減少線路故障導(dǎo)致的停電時間，提高了配電網(wǎng)供電可靠性。本文對智能配電網(wǎng)線路故障狀態(tài)采集技術(shù)進行了研究，對其結(jié)構(gòu)和工作原理深入分析。該技術(shù)對建設(shè)可靠安全、運行靈活的堅強智能電網(wǎng)具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】 配電網(wǎng) 供電 線路故障

一、引言

配電自動化是構(gòu)成堅強智能電網(wǎng)的重要部分，智能電網(wǎng)的建設(shè)能夠適應(yīng)配電網(wǎng)對高可靠性的需求，而配電網(wǎng)故障處理是配電自動化的核心內(nèi)容。本文介紹了一種基于故障檢測終端的故障狀態(tài)采集技術(shù)，由故障檢測終端、通信網(wǎng)絡(luò)以及監(jiān)控主站構(gòu)成故障狀態(tài)采集系統(tǒng)。故障檢測終端安裝在各配電線路分段或其他必要位置，若配電線路出現(xiàn)故障，故障檢測終端會將監(jiān)測檢測到的數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)給監(jiān)控中心，經(jīng)過處理后在顯示屏上顯示出故障位置和信息，并同時通知電網(wǎng)公司值班人員。通過在配電線路上安裝故障檢測終端進行在線監(jiān)測，能夠?qū)崿F(xiàn)分布廣泛、管理集中的智能化故障狀態(tài)采集和處理系統(tǒng)。

二、故障狀態(tài)采集系統(tǒng)工作原理

故障檢測終端負責在配電線路發(fā)生故障時檢測到數(shù)據(jù)的變化，數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給監(jiān)控主站后，監(jiān)控主站定位出故障區(qū)段，并在顯示器上講故障線路區(qū)段標記出來并發(fā)出告警信號。

若故障發(fā)生區(qū)域在移動GSM網(wǎng)絡(luò)的范圍內(nèi)，則故障檢測終端通過無線傳輸模塊直接將數(shù)據(jù)發(fā)送給通信交換機。若故障發(fā)生區(qū)域在沒有移動GSM網(wǎng)絡(luò)的范圍內(nèi)，則故障檢測終端想通過無線傳輸模塊用射頻模式將數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊，再由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊通過移動的GSM網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送給通信交換機。

三、故障檢測終端

3.1 故障檢測終端工作原理

故障檢測終端一般采用故障指示器，它可以安裝在架空線、電纜、環(huán)網(wǎng)柜或電纜分支箱內(nèi)，實時對線路的過流、短路、接地、停電等故障狀態(tài)進行檢測，能夠?qū)收想娏鬟M行報警指示。對于傳統(tǒng)故障指示器，當線路發(fā)生故障時，該條線路變電站饋線出口一直到故障點之間，沿線所有故障指示器都會動作，而故障點后線路安裝的故障指示器不會動作。調(diào)度能夠利用裝設(shè)在配電網(wǎng)中各個故障指示器集中發(fā)給監(jiān)控主機的數(shù)據(jù)，結(jié)合配電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)自動判斷出故障點的地理位置，并反應(yīng)在拓撲圖上。運行人員利用指示器的告警信號，則能在巡線過程中迅速找到故障點的具體位置。

3.2 配網(wǎng)故障定位方法

配電網(wǎng)故障定位所采用的算法主要分為兩類。

一是結(jié)合圖論，即配電網(wǎng)的拓撲模型對故障進行定位。典型的比如矩陣算法，它利用配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成一個與線路拓撲相對應(yīng)的描述矩陣D，當故障檢測終端檢測到故障電流時，會生成一個帶故障電流標記的遙信量，調(diào)度中心的SCADA系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)后生成與故障信息對應(yīng)的矩陣G。通過矩陣D與矩陣G之間的運算，就能夠得到故障判斷矩陣P，根據(jù)對應(yīng)的元素就能夠判斷矩陣P對應(yīng)的故障區(qū)段。

二是基于人工智能技術(shù)對故障進行定位。典型的比如專家系統(tǒng)，它基于保護動作邏輯以及運行人員的經(jīng)驗作為規(guī)則，并形成專家知識庫。結(jié)合線路發(fā)出的告警信息與知識庫進行邏輯推理。推理機基于故障節(jié)點進行搜索和推理，得到故障序列，再結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)用戶信息和故障序列的交集，就能夠得到故障區(qū)段的結(jié)論。

3.3 故障檢測終端檢測原理

對于短路故障，故障檢測終端是利用線路發(fā)生故障時，會出現(xiàn)一個正突變的電流量，同事該條線路會因為保護動作而停電。故障檢測終端檢測到線路中的電流突變量以及持續(xù)時間，由短路故障特征可對短路故障進行判斷，其采用的判據(jù)如下：

其中，tI？為電流突變量，Iset為保護電流整定值，IL為線路故障電流，T？為電流突變時間。當式（1）中三個判據(jù)同時滿足時，故障檢測終端就判斷線路為短路故障。如果配電網(wǎng)線路為雙端供電或環(huán)網(wǎng)運行狀態(tài)，則還需要對功率方向進行判別。

對于線路接地故障，故障檢測終端則采用采集電壓跌落以及零序電流判斷是否為接地故障。如若線路為架空線路，則電壓跌落量一般為接地相下降3kV以上，零序電流突變成10A以上。對于電纜線路，由于其電感和電容作用，發(fā)生故障時零序電流較大切相對穩(wěn)定，判斷接地故障主要是采集零序電流大小，其一般設(shè)置為20A以上。

當檢測到負荷電流超過整定值，則發(fā)出電流越限告警信號。

當故障檢測終端采集到的電壓量和電流量都為0時，則判斷線路出現(xiàn)停電故障。

3.4通信網(wǎng)絡(luò)

故障檢測終端在線路正常狀態(tài)時處于待機狀態(tài)，其通信網(wǎng)絡(luò)不需要傳輸數(shù)據(jù)。而檢測到線路的運行狀態(tài)出現(xiàn)變動時，則將故障采集終端激活，對線路的狀態(tài)進行采集和數(shù)據(jù)傳輸。故障檢測終端裝有數(shù)據(jù)傳輸模塊，能夠?qū)⒉杉降男盘柊l(fā)送給監(jiān)控主站，一般可采用中國移動的GSM網(wǎng)絡(luò)。

在調(diào)度監(jiān)控中心配置有通信交換機，它與監(jiān)控主站相連接，它能夠?qū)?shù)據(jù)進行交換，實現(xiàn)實時通信以及遠程控制的功能。它將故障檢測終端發(fā)送過來的故障數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控主機，同時夜間監(jiān)控主機將一些控制命令和告警信息發(fā)送出去。

配電網(wǎng)對通信網(wǎng)絡(luò)具有特殊的要求。由于配電網(wǎng)分布廣，通信距離短，同時配電網(wǎng)建設(shè)速度快，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)容易變化，因此通信網(wǎng)路應(yīng)當具有以下特性：

第一，可靠性。配電網(wǎng)的環(huán)境較為惡劣，為其服務(wù)的通信網(wǎng)絡(luò)要能夠適應(yīng)環(huán)境，同時要能夠抗強干擾。在電網(wǎng)故障或停電時，應(yīng)當依然能夠正常運行，提供可靠的通信服務(wù)。

第二，成本低。通信網(wǎng)絡(luò)需要長期使用，在保證可靠性的情況下，需要考慮其建設(shè)成本以及維護成本。

第三，雙向通信。通信網(wǎng)絡(luò)既要上傳數(shù)據(jù)，也要能夠下達監(jiān)控主站的命令。

第四，靈活性，由于配電網(wǎng)分布廣泛，通信設(shè)備需要采取標準的通信協(xié)議，而通信設(shè)備以及通信方式則需要具有很好的靈活性，以方便通信設(shè)備的安裝調(diào)試以及維護。

3.5監(jiān)控主站

監(jiān)控主看屬于故障監(jiān)測系統(tǒng)的管理部分，負責實時查詢故障檢測終端的參數(shù)以及數(shù)據(jù)信息，并對上送的數(shù)據(jù)進行比較處理，對配電網(wǎng)線路運正常行狀態(tài)以及故障狀態(tài)進行判斷。監(jiān)控主站利用故障信息數(shù)據(jù)以及故障定位算法，能夠快速定位故障，并分析故障類別，同時發(fā)出告警信號和聯(lián)系檢修人員。

四、結(jié)論

本文對智能配電線路故障狀態(tài)采集技術(shù)進行了介紹，信息詳細介紹了故障狀態(tài)采集系統(tǒng)工作原理及其結(jié)構(gòu)，對故障檢測終端、通信網(wǎng)絡(luò)以及監(jiān)控主站三部分功能實現(xiàn)詳細闡述。

實踐說明，采用智能配電線路故障狀態(tài)采集技術(shù)，能夠快速找到線路故障區(qū)段，節(jié)省了運行人員在尋找故障點位置的大量時間，對迅速排除線路故障，減少停電實踐具有積極作用。

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