故障定位系統在10 kV配電線路上的應用探討

顧得軍

摘? 要：隨著科學技術的不斷發展，用戶和用電設備對供電企業供電可靠性的要求不斷提高。10kV配電線路作為用戶電源點的供電線路，由于配電線路運行環境復雜多變、用電設備參差不齊等制約因素，配電線路故障頻發。如何快速查找、隔離故障已成為現代供電企業面臨的嚴峻挑戰和供電系統研究方向。近年來，在線監測技術已成為配電線路的穩定運行必要的技術保障。該文主要以蘭州市榆中縣區域10kV配電線路故障定位系統為研究對象，對在線監測技術系統的優缺點和存在問題進行分析，并提出一些改進方法，有望為配電線路故障快速排查提供有力支撐。

關鍵詞：在線監測技術? 故障定位系統? 線路故障? 配電線路

中圖分類號：TM7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2021）02（c）-0068-03

Discussion on the Application of Fault Location System in? ? ? ? ?10 kV Distribution Line

GU Dejun

（State Grid Yuzhong County Power Supply Company， Lanzhou， Gansu Province， 730000 China）

Abstract： With the rapid development of science and technology， users and electrical equipment have higher and higher requirements for the reliability of power supply. The 10kV distribution line serves as the power supply line of the user's power source point，due to the complex and changeable operating environment of distribution lines， uneven electrical equipment and other constraints， distribution line faults occur frequently. How to find and isolate faults quickly has become a serious challenge faced by modern power supply enterprises and the research direction of power supply system. In recent years， on-line monitoring technology has become a necessary technical guarantee for the stable operation of distribution lines. In this paper， the fault location system of 10kV distribution line in Yuzhong of Lanzhou City is taken as the research object.It analyzes the advantages and disadvantages and the existing problems of the online monitoring technology system and puts forward some improvement methods， which is expected to provide favorable support for the rapid fault troubleshooting of distribution lines.

Key Words： On-line monitoring technology; Fault location system; Line fault; Distribution electric line

目前，變電站和10 kV配電變壓器之間，主要依靠10 kV配電線路聯絡起來，運行穩定的配電線路對于保證電網的安全性具有重要意義。由于榆中縣國民經濟支柱產業的多元化、地域分布行業化、電力需求不均衡等因素影響，使得10 kV及以下配電網架結構日益復雜化，設備故障頻發。同時，隨著道路建設、房地產開發等市政工程的落地實施，鄉村振興工程逐步推進，配電網面臨的環境日益復雜化，外力破壞時有發生?？焖倥挪榕潆娋€路故障成為棘手的難題，恰恰故障定位在線監測系統為快速排查故障提供了有力的技術保障。

1? 10 kV配電線路故障類型

10 kV配電線路在正常運行過程中常常會受到各種擾動，其中對配電線路運行影響較大的是系統中發生的各種故障。常見的故障有短路、斷線和各種復雜故障（即在不同地點發生短路或短線故障）[1]。

2019—2020年，榆中縣10 kV配電線路單相接地故障發生的概率最高，可達70%，兩相短路約為20%，兩相接地短路約占5%，三相短路故障約占5%。

2? 10 kV配電線路故障人工排查方法

接地故障排查方法包括5種：一是分段試拉法[2];二是人工巡線法[2];三是儀器、儀表應用法[2];四是線路絕緣抽測遙測法[3];五是整體遙測絕緣判斷法。

短路故障排查法包括2種：一是分段巡視法;二是全面巡視法。

斷線故障排查法包括2種：一是客戶咨詢法;二是鎖定區間法。

可見，查找故障點的方法基本均采用人工巡視方法，依靠配電線路運行維護人員沿線路巡視查找故障點，當故障發生在大風、雷雨、大雪等惡劣的天氣或者線路處于林區、山溝、河流等地形復雜地區以及故障發生在夜間時，將給巡視人員查找故障帶來一定的困難，往往查找到故障點要花費很長的時間，而故障卻很容易處理[4]。這種查找故障的方法不但消耗了大量的人力、物力，更會造成線路停電時間過長。為了向用戶提供連續可靠的電能，故障點的及時發現和快速消除故障、盡快恢復供電就顯得尤為重要，科研人員在嘗試某種程度上采用信息系統代替人工巡視線路的方式，準確判斷故障點。

3? 電線路故障定位系統

3.1 概述

10 kV配電網中性點不接地，屬于小電流接地系統。配電網在實際運行過程中，發生接地和相間短路故障時，電網中存在大量的故障信息，可以利用一些量化的信息對故障點進行定位，同時，將故障或可疑線路與無故障發生的線路分開，保證其他線路的供電。該文結合榆中縣配電網故障定位系統（一種基于計算機和通信技術，實現配電線路故障快速定位）構建及應用，探討如何快速、準確地排查10 kV線路的故障[5]。

3.2 系統結構功能介紹

3.2.1 系統構成

故障指示器、數據轉發站（通信終端）、監控主站和通信系統。其中通信系統又分為：故障指示器到數據轉發站之間的短距離無線通信、數據轉發站到監控主站的無線公網通信。在需要判斷接地故障時，還需要增加一個外施信號發生裝置（榆中縣縣域10 kV電網使用不對成電流源），用于在接地故障發生時，使得系統產生一個用于故障點探測的特征信號。

3.2.2 模塊介紹

（1）故障指示器。在線路發生故障時，故障指示器在現場翻牌并閃燈，同時將故障信息通過短距離無線通信方式發送給附近的數據轉發站。一是短路故障檢測：故障指示器檢測到短路瞬間電流異常增大之后線路停電，指示器給出告警信息。二是單相接地故障檢測：當線路上任何一點發生單相接地故障時，裝在線路上的外施信號發生裝置（榆中縣縣域10 kV電網使用不對稱電流源）對故障相施加特定信號，故障指示器檢測到該特殊信號后，給出翻牌和閃燈指示，同時發出無線告警信息給附近的數據轉發站。

（2）數據轉發站。數據轉發站一般安裝在故障指示器附近（一般與指示器同桿，最遠不超過15m），接收故障指示器發射的故障信息后以無線公網（短信通信卡）的方式轉發給監控主站系統。

（3）用戶監控信息系統。接收數據轉發站轉發的信號，判斷出故障區間并顯示告警，同時發送告警短信給10 kV線路設備主人、供電所負責人、生技部主任等相關運維、管理人員。

3.2.3 系統工作原理

系統出現短路故障時，故障指示器檢測到短路故障電流流過，通過短距離無線將動作信號傳送給就近的數據轉發站。系統出現接地故障時，外施信號發生裝置使得故障線路產生特定電流信號，故障指示器檢測流過該線路的該信號后，通過短距離無線將動作信息傳送給就近的數據轉發站。數據轉發站在收到動作信息后，將故障信息通過無線公網信號發送給監控主站進行處理和顯示。監控主站依據收到的故障信息進行分析，可以直接顯示出故障區段，并在單線圖和運維人員手機上顯示出來（短信方式+單線圖方式），按照這個提示信息，運行維修人員可以直接到故障點排除故障[6]。

4? 10 kV配電線路故障定位系統優缺點分析

4.1 10 kV配電線路故障定位系統優點

（1）故障指示儀、數據轉發站（導線懸掛型轉發站、桿塔型數據轉發站）、不對稱流源安裝簡單，監控主站搭建容易。

（2）日常維護方便，難度較小。結合線路巡視，觀察故障指示儀的動作復歸情況，定期聯系運營商，確保通信卡片運行正常。

（3）故障判斷準確，快速。故障指示儀、數據轉發站、監控主站層級提交故障信息，由監控主站自動分析數據，判定故障區域，反饋至線路設備管理人員。

（4）數、圖結合，明確展示故障點，提升故障排查、處理效率。

（5）將人從大量的體力勞動中解放出來，通過信息化系統履行運維人員判斷、管理職責，提高工作質效。

4.2 10 kV配電線路故障定位系統缺點

（1）故障定位系統可視化界面單一[7]。故障定位系統借助于三大運營商網絡，服務器布置在調度指揮中心，雖然系統短信發布至供電所設備主任、生技部相關人員、公司領導，但是故障區域僅以桿塔編號顯示區域，不直觀。故障點區域單線圖僅僅依靠調度人員進行發布。

（2）故障指示器壽命短，好多故障指示器故障“翻牌”后不復歸，長時間處于變色狀態，對其他時間段故障排查制造誤區。

（3）故障指示器誤動時有發生，尤其是短路故障監測。正常情況是指示器檢測到短路瞬間電流異常增大之后線路停電，指示器給出告警信息。但是大多情況是指示器檢測到短路瞬間電流異常增大，線路未停電，指示器也給出告警信息，故障指示器“翻牌”。

4.3 10 kV配電線路故障定位系統優化建議

（1）開發多元化可視化界面，尤其是手機APP軟件，與榆中縣供電公司布置的服務器鏈接，第一時間通過故障定位系統將故障區域圖示化于設備管理相關人員手機界面。

（2）不定期地對系統進行在線升級，確保故障定位系統快速、準確地監測故障位置。

（3）加強資金投入，對老舊硬件設備進行升級改造，確保各類硬件、軟件兼容性。

（4）繼續探討研究，防止由于線路切割之后故障定位系統故障點判斷出現誤區。

4.4 應用效果

如圖1所示：以國網榆中縣供電公司某條10 kV線路故障定位系統應用為例，說明故障定位系統效果。榆中縣供電公司XX kV XX變電站XX線，24 km安裝一組故障指示器和數據轉發站，部分安裝點如圖1所示。故障點到變電站沿途故障指示器動作（1～5號指示器動作），故障點后的指示器不動作（6號指示器不動作），故障區域就在5～6號之間（通俗講故障區域就在翻牌與不翻牌之間）。

5? 結語

10 kV配電線路在線監測技術對于電力系統的正常運行具有重要意義。目前，架空10 kV配電線路的在線監測技術系統主要是一遙架空的故障定位系統。其中，單相接地檢測，采用信號源注入法;短路接地檢測，采用自適應法。該系統在榆中縣10 kV配網線路中投入使用，大大提高了供電可靠性，也為今后榆中縣配網自動化的建設提供主流的技術保障，提升配電線路故障排查效率。

參考文獻

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[2] 馬寶甜，鄭微微，石麗紅.配電線路故障點快速查找方法探析[J].電子制作，2017（20）：90-91.

[3] 夏道止.電力系統分析[M].北京：中國電力出版社，2011.

[4] 趙世杰.10kV配電線路的接地故障及快速定位方法研究[J].電子制作，2020（24）：90-91.

[5] 賈科，趙其娟，馮濤，等.柔性直流配電系統高頻突變量距離保護[J].電工技術學報，2020，35（2）：383-394.

[6] 謝言.配電線路運行維護以及故障處理的探討[J].科技視界，2018（36）：257-258.

[7] 李穩洲.農村地區配電線路運行故障分析及防范措施優化研究[D].吉林大學，2019.