基于暫態錄波型故障指示器的配電網故障事前管控應用研究

國網北京通州供電公司 閆承山 劉德坤 錢葉牛 張 楠 郭 琦 張鵬程 趙 薇 張國瑞

隨著通州城市副中心建設推進，通州城區規模不斷擴大，通州區域用電需求也不斷增加。通州地區配電網的網架結構也越來越復雜，配電線路的故障數也同比處于歷史高位，已經成為影響通州公司供電可靠性的重要因素之一。通州公司傳統的配電網搶修多為被動式搶修，依靠人力逐步排查線路故障點，成本高、效率低下，亟需改善。配電網的自動化建設全面提升了通州地區的配電網管理水平，將配電網的運行狀態，特別是故障信息與實際線路相結合，實現了故障搶修快速準確，從技術層面上保障配電網的穩定性運行。

國家電網公司提出以公司“十三五”配網規劃為依據，全面推進配電自動化建設，提高配電網供電可靠性、供電質量和效率效益。配電自動化建設的推進，在技術層面有多種方式可選擇，如開展一二次設備融合、推廣智能配變終端、就地型饋線自動化的應用以及配電線路故障指示器的應用等。其中，配電線路故障指示器成本最低、功能豐富、安裝便捷且無需停電安裝，在投資成本、建設周期、運維成本等多個方面具有較好的優勢，特別是在配電自動化建設初級階段最具競爭優勢[1]。

配電網直接面向用戶，是維持供電質量的同時提高電網運行效率以及創新用戶服務的關鍵環節，提高配電網設備運維水平、降低故障率是保障安全和高效運行的基礎。現有配電網運維整體上還是以傳統的周期性巡視和故障搶修為主，其中配電網架空（架混）線路是運維管控重點，超過85%跳閘故障在發生前有短時接地、短時放電現象，不需要人工處理能夠自行恢復，具有較大的隱蔽性。因此迫切需要轉變運維管理模式，將運維管控的工作方式由事后搶修巡檢轉變成事前預警主動處理，提高配電網運維管控能力和供電服務水平。

1 暫態錄波型故障指示器

由采集單元和匯集單元組成暫態錄波型故障指示器。采集單元具備異常區段錄波、微功率無線組網功能，可通過本地無線網絡將異常區段信息上傳到遠程匯集單元，然后匯集單元將異常區段信息實時上報到配電自動化主站。暫態錄波型故障指示器通過電流互感器取電，當線路負荷電流大于3A時，即可從架空線上獲得穩定可靠的電源。電流、電場采樣頻率可達12.8kHz，實現暫態波形數據捕捉[2-3]。

暫態錄波型故障指示器目前是最新一代的產品，它具有遠程通訊功能，還可記錄故障發生前、發生時以及發生后的電氣量波形和電力系統參數。故障指示器與自動化主站相互配合構成的故障指示器定位系統，可將故障定位的功能交給主站處理。這樣就可利用故障信息遠傳的方式，故障區段可直接由主站確定，然后主站提前通知工作人員故障位置來及時處理。故障排查直接轉變為提前已知故障區段，不需要再由原來的沿線被動查找，很大程度上降低了處理故障的時間、縮短了停電范圍，變得更加符合配網自動化的要求。

暫態錄波型故障指示器在配電架混線路上的布點原則為：據暫態錄波型故障指示器技術規范要求，線路負荷電流不小于5A時，TA取電5s內應能滿足裝置全功能要求，根據架空線路特征，布點原則如下 ：

變電站出線主干線主要分段、大分支線首端：安裝間隔1～2km，對于地理環境惡劣、故障巡查困難、故障率較高的線路，適當減少安裝間隔；主干線路分段：安裝處線路半日內平均負荷電流大于3A，長線路無開關的主干線中段，主干分段不少于3段、每個分段不超過2km，對架空線路采用故障定位裝置分段，可縮小故障區段范圍；主干線路分支：線路重要分支入口處，對于支線長度超過2km或者支線承擔重要負荷，用于監測支故障。

線路分段和分支開關：對于超過2km的大分支，在支線首端和中間位置各安裝1套，可在不具備錄波或小電流系統接地故障判斷功能開關負荷側，用于指導故障后的停電檢修；電纜線與架空線連接處：電纜和架空線路連接處加裝，可確定故障點是否在電纜段；重點用戶產權分界點：重點用戶專線、專用支線、專用變壓器等重點用戶產權歸屬他人的用電設備處，可通過安裝故障定位裝置．以提高重要用戶供電可靠性[4]。

2 配電網故障事前管控體系

故障指示器在配電自動化建設中特點：配電線路故障指示器在投運建設過程中，配電網無需進行一次設備的改造，其適應配網系統的各種中性點接地方式，同時也適應間歇性接地故障、瞬時性接地故障、弧光接地故障等非永久性接地故障，可大幅度地提高配電線路單相接地故障的自動定位準確度。暫態錄波型故障指示器故障區間定位系統的順利運行，中心服務器的數據處理能力是關鍵。配電網線路分支多、網絡結構復雜，所需安裝的故障指示器數量眾多，配網線路發生故障后同一母線上的故障指示器均會觸發錄波，大量的錄波數據將會實時上送給中心主站服務器，中心服務器唯有具備較強的大量數據實時分析能力才能對所上送的故障錄波數據進行分析，為準確定位配電線路故障原因、實現故障預警提供技術支撐[1]。

目前，通州公司已有超過1500臺暫態錄波型故障指示器投運，積累了豐富的暫態錄波數據（跳閘前）。統計數據表明，在永久短路故障發生前的第一周，有大約75%的情況下線路中至少有一次可識別的瞬時性故障發生，有大約93%的情況下至少會觸發一次暫態錄波；把時間放寬到前4周，則大約有91%的情況下線路中至少有一次可識別的瞬時性故障發生，有大約98%的情況下至少會觸發一次暫態錄波。如果以時間軸上的分布來統計，故障前第一周線路中發生瞬時性故障或擾動的概率最大，第2周、第3周和第4周發生的概率和次數比較接近。

在樹碰線、絕緣子裂損等線路異常產生后，其引起電壓和電流的波動將導致配網線路上不斷出現的暫態擾動波形，通過現場電桿上安裝的暫態錄波型故障指示器記錄暫態擾動數據，上傳配電自動化主站系統，由主站系統分析暫態波形的特征（如電壓突變量、電流突變量、持續時間、等信號特征），做出故障區間事前預警信息，并將該信息通過接口程序推送至智能化供電服務指揮系統（以下簡稱供服系統）。

供服系統通過APP將巡視工單下發至班組，供服系統具備對多起同線路預警信息整合功能，并按照發生頻率定級預警嚴重等級。具體定級原則為：以72小時為周期，周期內相同線路累計接收3次（不含）以下預警信息的判定為一般隱患，下發工單在72小時內；3次（含）至5次（不含）預警信息的判定為嚴重隱患，下發工單在24小時內；5次（含）以上預警信息的判定為危急隱患，即時下發工單。

通過巡視工單，由運行人員有針對性地開展重點區段隱患排查，力爭把設備隱患和缺陷在萌芽狀態處理，將運維管控的工作方式由事后搶修巡檢轉變成事前預警主動處理，大幅降低運行人員勞動強度，全面提高運檢質量、效率和效益。

3 現場實際應用案例

2021年3月27至28日通州地區大風天氣，供服系統供推出16條故障區間事前預警信息，涉及10條架混線路，7條線路找到運行缺陷，有效避免7次整線故障。應用舉例如下：預警短信一：2021-3-28 16:19:56通州.徐辛莊10kV通營路242通營路14/2號桿小號側故障指示器下游發生C相接地故障。在變電站、柱上開關未啟動故障隔離之前，由運行人員提前APP巡線，發現在14/15號桿東邊相吊瓶放電，提前進行了缺陷處置，避免發展成故障；預警短信二：2021-3-27 16:42:30通州.玉甫10kV南火垡路251南火垡路66號桿支線側故障指示器下游發生A相接地故障。在變電站、柱上開關未啟動故障隔離之前，由運行人員提前APP巡線，發現在66/1號桿增壓器A相磁頭搭掛樹枝，提前進行了缺陷處置，避免發展成故障。

綜上，配電網規模大、設備多，現場周期性巡視、缺陷查找靠人工判斷主觀性大，智能輔助手段不完善，巡線效率低。基于暫態錄波型故障指示器的配電網故障事前管控應用，運行人員有針對性地開展重點區段隱患排查，力爭把設備隱患和缺陷在萌芽狀態處理，運行人員的工作量大大降低，配電網智能運檢質量、效率和效益得到顯著提升。下一步可進一步挖掘隱藏在故障波形中的信息，通過大數據、人工智能等技術，建立健全暫態錄波數據與配網故障類型關系數據庫，實現設備故障的辨識，充分發揮信息化、智能化技術在配電網運維過程及結果評估中的作用，實現數據驅動下的配電網智能化運維管控。