基于SFI的10KV配電網線路遠程故障自動定位系統的開發與應用

袁海雪 連冬娟 王陽

摘要：隨著經濟的不斷發展，我國對能源的需求也不斷增加，供電的可靠性和安全性成為了社會關注的熱點問題。在這個越來越離不開電的社會主義國家，電網線路的及時檢修是保證供電安全性和可靠性的關鍵點。安全，可靠的供電網影響著人們的日常生活和國民經濟的發展，10KV配電網線路是連接電網的重要線路之一，因此，10KV配電網線路遠程故障自動定位系統的開發與應用是非常必要的。文章先提出研究的目的，介紹了配電網中線路故障出現的原因以及常見的線路故障，提出了解決線路故障的方法，最后總結了故障定位系統開發與應用的現實意義。

關鍵詞：10KV配電網；線路遠程故障；自動定位系統

[Abstract] With the continuous development of economy，China's demand for energy is also increasing，and the reliability and safety of power supply has become a hot issue of social concern. In this socialist country，which is increasingly dependent on electricity，timely maintenance of power grid lines is the key point to ensure the safety and reliability of power supply. Safe and reliable power supply network affects People's Daily life and the development of national economy. 10KV distribution network line is one of the important lines to connect the power network. Therefore，the development and application of 10KV distribution network line remote fault automatic positioning system is very necessary. In this paper，the purpose of the research is first presented，the causes of the circuit faults and common circuit faults in the distribution network are introduced，the methods to solve the circuit faults are proposed，and the practical significance of the development and application of the fault location system is summarized.

[Keywords]10KVpower distribution network；line remote fault；automatic positioning system

一、本文研究的目的及現狀

1.提高配電網線路故障定位的快速性和準確性，節省現有人工線路故障測量的人力物力及時間，迅速隔離故障恢復供電，降低因線路故障問題造成的巨大的經濟損失，提高配電網供電可靠性；

2.提高配電網運行的自動化水平、可靠性、經濟型和靈活性；

3.電網作為電力系統的重要組成部分，其發展對社會和經濟都具有巨大的意義；

由于配電網結構從簡單的輻射型、樹狀網、單環網到復雜多樣的多環網，這對供電可靠性提出了很大挑戰。此外，電氣設備、元件的損壞、自然及人為事故等因素，配電網經常發生線路故障。

目前國內10KV配電網線路發生故障時，仍然以人工巡查為主，依賴人工技術和經驗來進行故障定位。而國外配電網自動化程度度比較高，尤其在歐美和日本一種被稱為FI的設備應用到線路故障檢測，當輸電線路發生故障時，故障電流超過特定水平后在有故障的分支上，FI將翻牌顯示，能更快的定位故障區段。所以，傳統的定位方法已遠遠不能滿足要求，而且不適應配電網向自動化方向的發展。因此研究新的故障定位方法，勢在必行。

二、常見的10KV線路故障類型

1.單相接地故障

單相接地是配電系統最常見的故障，多發生在潮濕、多雨天氣。單相接地不僅影響了用戶的正常供電，而且可能產生過電壓，燒壞設備，甚至引起相間短路而擴大事故。

2. 短路故障

線路中不同電位的兩點被導體短接起來，或者其間的絕緣被擊穿，造成線路不能正常工作的故障，稱為短路故障。按照不同的情況，短路故障又分為金屬性短路、非金屬性短路；單相短路、多相短路。

3. 斷路故障

斷路是最常見的故障，最基本的表現形式是回路不通。在某些情況下，斷路還會引起過電壓，斷路點產生的電弧還可能導致電氣火災和爆炸事故。

三、線路故障形成的原因

1.外力破壞因素

主要有樹線矛盾、搭在線路上的異物、車輛撞斷、撞斜電桿、超高車掛斷導線、動物危害等等。

2.自然方面的因素

（1）春季風大，容易造成10KV架空線路（非絕緣導線）之間短路放電或絕緣子閃路等故；

（2）夏季雨水多，由于配網電桿多為土埋，如遇大量雨水沖刷和浸泡，易形成電桿傾斜及基礎下沉等故障；

（3）雷雨季節因為10KV架空線路的路勁較長，加上沿途地形較空曠，附近少有高大建筑物，所以經常遭受雷擊，由此產生的事故是10KV架空線路最常見的；

（4）冬季冰雪多，氣溫低，導線會覆冰，當覆冰脫落可能會引起導線跳躍，導線故障。

3.設備方面的因素

（1）配電變壓器故障，由于配電變壓器本身故障或操作不當引起弧光短路；

（2）絕緣子破裂導致接地，絕緣子臟污導致閃絡、放電、絕緣電阻降低，引線燒斷搭到橫擔上；

（3）避雷器、跌落保險、柱上開關質量較低或運行時間較長未能定期進行校驗或更換，擊穿后形成線路停電事故。

4.管理方面的因素

運行維護經驗不足，巡視檢查不能到位。一方面，員工業務技術水平不足，運行經驗不夠豐富，在日常的巡視和維護當中抓不住主要環節，查不出線路缺陷和事故隱患；另一方面，由于運行中的配電線路存在有高壓引線、線夾、刀閘的連接處不牢，受外界環境影響后，易發熱、發紅，如不能及時發現處理，最終燒損或燒斷引發線路故障。

四、故障指示器定位系統的工作原理

1.故障指示器的特點

故障指示器由于結構、性能等存在差異，實際的指示功能也有所不同。故障指示器一般配設于電力線路，用來提示、提醒故障的智能化設備，能夠自動化回歸原位。傳統故障指示器指示精準度相對落后，通常僅設置一個電流定值，在實際運轉中容易受到多重因素的干擾，比如勵磁、諧波、電磁等。所以，基于SFI的故障指示器就顯得尤為重要，它相比較于傳統的故障指示器有以下幾個方面的優點：

（1）自動化程度更高，提高定位裝置的智能型，更能適應配電網自動化；

（2）兼容性更強，系統基于開放式的系統結構和標準化的設計模式，能確保應急指揮系統和其它電力自動化設備間的過渡和連接，系統具有開放性的特點；

（3）互動性能好，開發手機用戶平臺，線路故障時可以及時將信息發到維護人員的手機中；

2.常用的10KV配電網故障檢修方法

（1）電流動態監測法

運行于配網線路中的電流處于動態變化中，當線路發生故障時，會形成突變性故障電流。如果出現一個正向突變，同時變化量高出某一個設定值，此時電流值與電壓值如果同步降到零，說明線路中出現了故障電流。這種方法的優勢在于對電流的變化較為敏感，當短路電流較小的時候，檢測能力較弱。

（2）傳統故障判斷法

此方法和繼電保護理論相當，都是通過標準化、高效化的熔斷，科學合理的設計相關參數，確保所有短路都發出提示，提高故障判斷的準確性。這種方法的優勢體現在：適用于更廣的電力線路，環境適應力較強，但需要維修人員具有較高的專業水平，熟悉線路的分布，而且要確保參數設置的準確性、合理性。

（3）單相接地故障檢測法

目前，單相接地故障檢測法有五次諧波法、首半波法、電容電流脈沖幅值法。主要采用的是諧波法、首半波法，但諧波法由于數值較小，易于受外界干擾，而首半波法可能會導致極性的錯誤判斷，適用能力相對有限。

3.基于SFI的故障定位方法

（1）工作原理

故障快速定位系統是由多項電氣設備、系統綜合配合下及時、高效定位的系統。主要設備包括故障指示器、通訊主站、子站。通訊主站可以同時采集來自于多個故障指示器的編碼信息，再通過子站來解調、編碼無線信息，把信息傳輸給主站。主站接收來自子站的信號，科學、合理的處理應用程序，在人機交流的屏幕中，故障點會出現變色現象，對應的呈現故障信號，然后對應調動警示系統，發出故障信息，發送給檢修人員隨身攜帶的通信設備。

SFI由FI、接地信號源（EFS，earthed fault signal source）組成。EFS實時監測中性點電壓，發生單相接地故障時通過母線向各條饋線注入特殊的低頻信號。FI在發生單相接地故障或短路故障時故障指示器檢測到信號源的異常信號后翻轉為紅色（正常為白色）并閃爍，同時發出蜂鳴。

（2）故障指示器的定位功能

一方面，故障指示器能采集線路上3A以上的負荷電流（或1A以上的零序電流），同時監測線路首半波法接地尖峰突變電流和線路對地電場的大小和變化；另一方面，當線路出現短路故障時，變電站出口保護跳閘后，故障指示器能準確的檢測到線路故障，本地翻牌、指示燈閃爍，同時通過GRRS立即上報主站監控中心，主站監控中心實現故障信息和實時數據的顯示、數據的存儲、故障定位、動態著色及故障推屏報警，同時發出短信通知若干運行人員，找出故障點，及時檢修線路故障。

五、自動化故障定位系統開發與應用的現實意義

電網作為電力系統的重要組成部分，其安全、可靠、經濟運行具有重要的社會意義和經濟意義。隨著我國國民經濟的快速發展，電網的規模由簡單到復雜，由小型規模轉向大型化、廣域化方向發展。但由于我國地域廣闊，地形復雜，電網所處環境復雜易變，在自然因素以及其它因素的影響下，我國的10KV配電網常發生線路故障，對我國的社會經濟發展及人民的生活帶來很大影響。

目前，針對配電網短路故障故障定位已經提出很多方法，但大部分方法效果不是很理想，人工巡查的方法依然較為普遍，這浪費了很大的人力、物力、財力。而美國、日本和歐洲的許多國家在使用線路故障指示器進行故障監測，結合饋線自動化終端FTU確定故障發生的區段，再由人工方式查找故障點。但配電網饋線自動化投資巨大，維護復雜，在我國不能得到廣泛應用。由于我國配電網龐大復雜，分支繁多、結構復雜的10KV配電網線路來說，不在電力SCADA系統的監測管理下，不能進行快速故障定位及精確定位，只能在故障指示器的輔助下，進行人工巡查。

因此，簡單、可靠、快速精準的線路故障定位法，是解決當前配電網可靠、安全、經濟運行的迫切需要。所以，針對配電網線路故障問題，研究配電網線路故障快速、精準的定位技術，對提高線路安全運行水平、提高自動化程度、減少運維人員工作強度，保證社會生產和人民生活正常進行，具有重要的價值和實際意義。

參考文獻

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作者簡介：袁海雪，生于1999年1月，漢族，云南文山人，江蘇大學，電子信息工程方向。

連冬娟，生于1996年9月，漢族，甘肅天水人，江蘇大學，電子信息工程方向。

王陽，生于1997年10月，漢族，江蘇揚州人，江蘇大學，電子信息工程方向。

基金項目：本文系江蘇大學電氣學院第十七批科研立項題目，項目編號：17A097

（作者單位：江蘇大學）