架空線路故障綜合監測裝置及區段定位系統

黃一騰

摘 要：采用故障綜合監測裝置及區段定位系統，能夠實現對架空線路故障的全面防控，提高運維檢修效率。文章將對架空線路故障綜合監測裝置及區段定位系統在中性點小電流接地10kV架空線路中的應用進行研究，首先分析其故障特點、技術應用需求及優勢，在此基礎上，探討具體的技術實現方案，以期為相關工程提供參考。

關鍵詞：架空線路;故障綜合監裝置;區段定位系統

中圖分類號：TM727 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）19-0165-02

0 引言

10kV配網架空線路在運行過程中容易出現多種故障問題，在故障檢測和判別過程中，需要排除電網結構等方面的影響，快速確定故障類型及發生位置，從而為故障檢修工作提供依據。在社會用電需求及配電供電質量要求的快速提高下，應積極更新10kV配網架空線路的故障監測技術手段，推廣先進技術的應用。

1 中性點小電流接地10kV架空線路故障特點

中性點小電流接地10kV架空線路的故障問題主要是單相接地故障和相間短路故障。在發生單相接地故障時，三相間線電壓對稱，故障電流較小，不會對負荷的連續故障造成影響，可以繼續運行1～2小時。但是相電壓會明顯升高，如果長時間在故障狀態下運行，容易損害電力設備，引發兩點接地短路等故障問題，進而威脅配電系統運行安全。在故障排除過程中，由于單相接地故障的電流表變化較小，增加了故障選線難度，在故障區段定位時往往要花費較多的時間。從10kV架空線路的實際運行情況來看，單相接地故障問題經常出現，快速實現單相接地故障區段定位，對于提高配網運行效率及供電可靠性有重要意義。在故障判別過程中，應排除電網結構、過渡電阻、運行方式和中性點接地方式等方面的影響。故障綜合監測裝置及區段定位系統根據相電流和相電廠的暫態特征分析結果對線路單相接地故障進行識別。通過將故障綜合監測裝置與區段定位軟件配合使用，能夠有效縮短單相接地故障的排查時間，避免引發相間短路故障，從而提高配電系統運行安全性[1]。

2 架空線路故障綜合監測裝置的應用需求及優勢

2.1 應用需求分析

本次研究的10kV配網采用中性點非有效接地運行方式，經消弧線圈接地。由于10kV配網架空混合網規模不斷增加，而且架空線的絕緣化率較低，在其運行過程中，單相接地故障的發生幾率較高。據統計，超過70%的非計劃停電事故都是由單相接地故障引起的。在故障發生時，由于故障電流較小，為故障選線和故障區段定位帶來較大難度。應用架空線路故障綜合監測裝置及區段定位系統的目的就是提高單相接地故障識別效率，同時提高配網運行的自動化水平，為故障巡線工作的開展提供支持。在此情況下，能夠有效降低由單相接地故障引發非計劃停電事故的幾率，確保配網的可靠運行，提高供電質量。另一方面，傳統配網架空線路中采用的故障監測產品，無法準確、有效的識別單相接地故障，這也是需要引進新技術軟硬件設備的主要原因。在更換故障綜合監測裝置和區段定位系統，單相接地故障的準確識別率要達到90%以上[2]。

2.2 技術應用優勢

以往在10kV配網故障監測中使用較多的裝置主要包括二遙型故障指示器、外施信號型監測裝置、錄波器等。相比于這些裝置，故障綜合監測裝置在相間短路故障監測方面更有優勢。比如二遙型故障指示器是根據故障突變電流對故障問題進行識別，但是故障判別準確率較低，容易出現誤報的情況，而且無法識別單相接地故障，裝置使用壽命較短。外施信號型監測裝置是通過在變電站安裝不對稱電流源，通過向接地故障線路注入特征編碼電流信號，對故障進行檢測。但是該裝置的安裝需要在停電狀態下進行，涉及到多部門的協調問題。在特征編碼電流信號的注入過程中，也容易受到干擾，進而導致故障判別結果的準確性受到影響。還有錄波器裝置的使用，采集單元將三相電流波形合成零序，然后根據波形相似度對比結果，完成故障識別。但是由于三相同步存在較大誤差，會影響零序合成的準確性。而且在對完整波形進行上傳和判別時，對通訊質量有較高要求，若出現數據丟失問題，也會影響判別結果[3]。

采用架空線路故障綜合監測裝置可以有效解決上述問題，在發生單相接地故障時，至少前兩個周波對地電容電流方向與正常狀態下的方向相反，可以根據突變量斜率的最大值點，找到故障起始時刻，然后在其周波范圍內采集多次諧波功率方向法對故障進行識別。故障綜合監測裝置的應用優勢主要體現在以下幾個方面，一是監測單元自身可以識別接地故障問題，不需要通過后臺進行識別，可以排除網架結構和接地方式等方面的影響。二是監測單元采用進口柔性羅氏線圈，能夠準確采集線路電流參數值，確保1.73A以上的電流不失真，可以完成單相接地故障的識別工作。三是故障綜合監測裝置配置有超級電容以及大容量電池，可以有效提升產品使用壽命，長期為線路故障監測提供支持[4]。

3 架空線路故障綜合監測裝置及區段定位系統的應用

3.1 項目實施條件

在綜合監測裝置及區段定位系統的應用過程中，項目單位需要準備好技術相關的基礎條件，包括人力和物力調配、基礎設施建設、配套設施調配等。在配套工程開展過程中，需要明確工程選點和實施條件，確保項目的順利進行。具體需要配備高壓帶電專業技術人員、安全操作工具等。從2017年12月開始，昆明晉寧供電局、大理彌渡供電局和德宏隴川供電局共計在10kV架空線路中安裝了12套故障綜合監測裝置。在發生單相接地故障和相間短路故障時，故障綜合監測裝置都能夠及時完成故障判別工作，大幅度的縮短了故障排查時間，從而能夠減少停電檢修時間，為10kV配網的供電可靠性提供保障。

3.2 技術應用情況

從該項目的故障綜合監測裝置及區段定位系統應用情況來看，在多次故障事故中，故障綜合監測都能夠做到對故障原因的準確識別，并通過短信報告故障定位結果和故障類型。比如在小董站那學線發生絕緣子擊穿故障時，經過故障綜合檢測裝置的采集和識別，由區段定位系統發出故障報警信息，將故障點準確定位在那學線01#和13#之間，同時識別出具體故障問題為A相接地故障。在新坪線發生線路跳閘停電事故時，經過線路排查，沒有查找出故障原因，然后進行試送電成功。由此推斷出故障類型為瞬時性相間短路故障。故障報警信息顯示，故障發生在新坪線34#和李家廠之間，故障原因為B相永久短路故障。新溪二線發生持續時間超過3min的瞬時性故障時，故障報警信息顯示故障位置發生在F18_港口和F18_上洞之間，是A相接地故障。還有新溪二線發生短路故障跳閘事故時，綜合故障監測裝置準確監測出故障發生位置為F18_港口和F18_上洞之間，屬于A相永久短路故障。在故障綜合監測裝置和區段定位系統的故障判別過程中，能夠較為精準的確定故障發生位置，報告故障原因，從而為故障排查工作提供直接的參考，縮短故障恢復時間。從上述項目中的故障綜合監測裝置和區段定位系統應用情況來看，系統能夠在第一時間報告故障信息，而且故障定位、故障原因分析準確率較高，可以滿足10kV配網架空線路的實際運維管理需求。

3.3 技術推廣措施

為了充分發揮故障綜合監測裝置及區段定位系統的技術優勢，應積極推廣其在10kV配網架空線路中的應用。通過替代原有落后的故障監測設備，實現對單相接地故障等的有效識別，同時保證故障判別的準確性，精準確定故障發生位置。在故障綜合監測裝置及區段定位系統的應用推廣過程中，需要制定詳細的推廣工作計劃，明確每個階段的技術應用目標。具體應分年度制定推廣進度安排，確定推廣方式、裝置安裝數量和應用地點等。對于由多家單位共同推進的項目，則需要明確組織分工以及合作方式。

比如上述區域2019-2020年的工作計劃安排包括：（1）選定技術應用地點，由項目申請單位對轄區內的架空線路進行摸底，合理確定應用地點。（2）完成方案設計，由新技術吃魚單位根據選定線路的具體情況，制定故障綜合監測裝置及區段定位系統部署的詳細方案。（3）現場安裝，由新技術持有單位負責對新技術產品的現場安裝工作進行指導，并組織施工人員開展相關培訓活動。（4）搭建后臺，由新技術持有單位同步開展區段定位系統搭建和系統使用培訓工作，在系統下構建線路拓撲連接關系。（5）項目驗收，由項目申請單位對項目安裝質量進行檢查驗收，然后利用故障綜合監測裝置及區段定位系統開展故障自動化監測工作。此外，對于需要購置裝備、開發軟件系統的項目，還要制定購置方案，編制購置清單和經費預算表。在經濟條件允許的情況下，應加快故障綜合監測裝置及區段定位系統的推廣應用，提升10kV配網架空線路故障排查及檢修效率。

3.4 項目預期效果

從故障綜合監測裝置及區段定位系統的應用優勢來看，引進這種先進的技術手段，能夠提升配網運行可靠性，延長用電設備使用壽命，并為客戶端的設備使用安全提供保障。故障綜合監測裝置及區段定位系統本身屬于《智能電網關鍵設備研制規劃》中的智能配電設備類別，可以為電網中的故障診斷、結構調整和規劃決策提供支持。從故障綜合監測裝置及區段定位系統應用的直接經濟效益來看，由于該技術解決了傳統技術條件下單相接地故障判別的難題，能夠防止故障升級，從而減少停電時間。在采用故障綜合監測裝置及區段定位系統的情況下，對故障區段的定位較為準確，假設某供電線路共劃分為10個區段，每個區段上連接10個用電大客戶。在傳統技術條件下，如果因某個區段故障導致全線路停電，從故障排查到檢修的時間，至少需要兩小時。按照電費每千瓦時1元，用戶負荷量100kW進行計算，一次停電的負荷損失為18000kwh，造成直接經濟損失18000元，如果一年出現20次停電事故，損失則為3600萬元。采用故障綜合監測裝置及區段定位系統可以挽回這部分損失，極大的縮短故障停電檢修時間，快速恢復正常供電。此外，通過采用故障綜合監測裝置及區段定位系統，也能夠減少線路故障引發的人身傷害事故，為配網運維人員的人身安全提供保障。

4 結語

綜上所述，故障綜合監測裝置和區段定位系統在10kV配網架空線路故障排查中的應用，能夠有效識別單相接地故障，準確報告故障發生位置及原因，從而及時安排相關檢修活動，防止故障升級。在此情況下，能夠顯著提升10kV配網的運行可靠性，為配網運行安全提供保障。應積極推廣故障綜合檢測裝置和區段定位系統在架空線路故障監測中的應用。

參考文獻

[1] 閆江太.110kV架空線路常見故障分析[J].煤，2019，28（08）：93-94.

[2] 王成斌，贠志皓，張恒旭，石訪，凌平，謝邦鵬.基于微型PMU的配電網多分支架空線路參數無關故障定位算法[J/OL].電網技術：1-9[2019-09-03].

[3] 韓紅雅.配電架空線路實時監測系統的研制[D].華北電力大學，2015.

[4] 黃重春.基于北斗/GSM的架空線路故障檢測系統的設計與研究[D].安徽師范大學，2015.