10kV配電網故障在線監測與定位技術分析

陳偉標

（廣東創輝電力工程有限公司，廣東佛山，528000）

0 引言

電網是指在電力系統中由變電、送電、配電設備、電力線路等組成的模塊。10kV配電網一般適合于工業用電、居民用電、商業用電等場景。近幾年來，配電網的規模逐漸擴大，與其相關的各種技術不斷發展、提高，配電網的結構也日趨成熟，但是配電網的結構也更加復雜，同時伴隨而來的電網故障也逐漸增多，由電網故障等造成的停電事件也普遍增加，給用戶用電造成影響，甚至會威脅國家安全。我國的配電網技術取得了一定的成果，但與國外的技術相比仍然較為落后，相關技術仍有待提高，尤其是在電網故障檢測和定位技術方面。目前，很多電力系統中仍舊通過人工的方式進行故障監測和定位，不僅需要大量的人力、物力和資金，還存在一定的安全風險，給電力工作人員人身安全帶來威脅。隨著用戶對配電網質量和可靠性的要求提高，配電網的自動化技術逐漸受到重視，尤其是配電網在線故障監測和定位，更是其中重要的研究方向。配電網故障在線監測與定位技術的研究直接關系到配電網自動化和智能電網的建設與發展，具有十分重要的意義。

1 故障在線監測和定位的主要方法分析

1.1 阻抗法

配電網故障在線監測和定位系統當電網中發生故障時，可以詳細的對電流、電壓以及故障回路的阻抗值等進行計算，從而確認阻抗和線路長度的相對關系，進而判斷故障距離，確認故障位置。從算法規律的角度可以將阻抗法分為雙端數據和單端數據兩部分，雙端數據在進行故障定位時主要通過精確分布參數模型對數據進行不斷完善，單端數據在進行故障定位時主要采用單側電壓信號和電流信號進行計算。

1.2 行波法

行波法是指根據行波和故障距離，從故障點和監測點傳播所需的時間形成正比關系，一般分為五種。第一，利用現代波故障測距原理，主要是對故障暫態的行波進行雙端測距，當線路故障時，線路中會產生行波的浪涌，當行波經過線路兩端的測量點時，可以獲取二者之間的時間差，根據時間差值進行故障距離的計算，進一步對其定位。第二，利用斷路器在合閘時故障線路中會產生暫態行波，通過測定該行波在測量點與永久性故障點之間的來回時間，從而進行故障距離的計算。第三，利用故障點產生的行波，根據第一個行波的波頭到達線路兩段的時間差進行故障的定位計算。第四，利用線路故障時產生的行波在故障點和母線之間往返時間和行波的波速進行故障距離的計算。第五，在線路中發生故障時，人為的向故障線路發射脈沖信號，根據發射脈沖信號的時間，以及脈沖信號在故障點和監測點來回的時間，進行故障距離的計算。

1.3 配電網自動化技術

隨著自動化技術的發展和進步，對線路故障進行監測和定位的方法逐漸增多，基于SCADA的對系統故障進行監測和定位的方法也逐漸涌現。其中大多數的方法都以配網饋線繼電保護為基礎，再利用斷路器的關系，對整個配電網進行拓撲分解，形成相關的矩陣關系，由此而生成判別算法。

2 10kV配電網故障在線監測定位系統的優點

本文中以佛山市公安局禪城分居看守所的10kV配電網為例進行說明，該配電網的供電方式采用10kV雙電源供電，在用戶規劃紅線范圍內由用戶提供公用開關站用地，供電企業投資建設公用開關柜。在進行設計時，該電網中融合故障在線監測定位系統對配電網進行了保護設置。①在10kV配電網的高壓柜中使用斷路器開斷過載電流和短路電流，采用微機保護。②采用高壓計量方式，設專用高壓計量柜，配裝2套高壓電表，并安裝負荷控制裝置，該裝置與其他配電設備同時投入使用。計量柜要求滿足有關電能計量裝置的技術規范要求。該保護設置配合故障在線監測定位系統，能夠有效的保護10kV配電網，下面將其幾個方面的優勢進行說明。

2.1 在線取電

在傳統的配電網系統中都配有故障指示器，一般通過電池取電，使用過程中需要防水，在進行裝配時需要對其進行密封處理，因此，電池不能進行更換，導致其使用壽命有限。而在配電網自動化系統中，故障在線監測和定位系統主要通過互感器進行監測，應用的材料較為特殊，在電流為10A時，該種材料可以獲取0.5W功率，且重量較輕。同時，在使用過程中互感器還可以智能測量自身消耗的能量和電網的功率，在電網功率較小時，自動關閉輔助模塊，從而節省電量，延長使用壽命。

2.2 更新故障判斷

在配電網自動化系統中，故障在線監測和定位系統主要通過小波變化實現對于接地故障的判斷。一般的接地故障中通常都會有容性回路，高頻成分容易通過，因此，接地故障中一般都包含有大量的暫態成分。故障在線監測和定位系統利用小波變換可以實現對暫態信號的分析，同時再通過電流突變和流速斷定值等方法對通過服務端搜集的數據進行分析和檢測，從而實現對故障的精準判斷。

2.3 優化監測運行環境

在配電網自動化系統中，故障在線監測和定位系統中在故障指示器內設置了溫度傳感器，在一定程度上可以優化線路監測的運行環境，使其更加穩定。在運行過程中，后臺服務器像向故障指示器發送線路運行中的動態參數，系統進一步對參數進行改善優化。

2.4 準確測量負荷電流數值

故障在線監測和定位系統中在電纜上安裝了導磁金屬，當其處于閉合狀態時，導磁金屬則產生相應的感應電流，如果在導磁金屬上纏繞一層導線，導磁金屬和導線會形成感應架，產生形成一定的電壓，從而更加準確地測定負荷電流數值。

3 結語

隨著科學技術的不斷進步，配電網的也不斷發展，用戶對電網的質量、可靠性等要求標準越來越高，配電網的自動化建設迫在眉睫。在配電網自動化發展過程中，配電網故障在線監測和定位是其中重要的環節，本文研究了10kV 配電網故障在線檢測和定位技術，在電網故障發生是能夠快速識別和判斷故障位置，從而及時采取各種措施，保障配電網線路的安全可靠，有效減少事故的發生。