數字化接地故障定位裝置在10kV配電線路故障處理中的應用

孫飛麟，趙旭旭

（國網新疆電力有限公司芳草湖供電公司，新疆 昌吉 831208）

1 數字化接地故障定位裝置的現實價值

數字化接地故障定位裝置是基于現代數字化技術基礎的特定裝備，對準確定位配電線路故障位置、查找配電線路缺陷等具有重要作用，在保障配電線路故障高效處理等方面發揮著關鍵作用。在10 kV 配電線路故障處理中，數字化接地故障定位裝置可為技術人員提供準確可靠的接地故障信息，以更具前瞻性的方法措施對絕緣劣化的線路予以預警，有助于降低線路接地故障的發生頻次。長期以來，各級供電企業不斷總結探索數字化接地故障定位裝置的創新運用，在細化完善其整體化配置與構造等方面進行了卓有成效的研究和探索，充分確保數字化相關信息信號的準確性。在接地故障狀態下，配電線路電流短時間的急劇增加極為顯著，電流遠高于額定運行電流值，依托數字化接地故障定位裝置，則可對上述條件進行連續性、動態化識別，對于及時準確響應故障處置具有關鍵價值[1]。

2 數字化故障定位裝置異動機理分析

2.1 常用故障定位裝置

現代數字化接地故障定位裝置的深化運用，為配電線路故障的高效快速處理提供了更為豐富的技術手段，使傳統技術環境下難以達成的故障處置預期效果更具有實現可能。此外，實踐中常用的故障定位裝置還包括在線故障暫態錄波裝置和配電自動化系統遠方終端等，這些不同類型的故障定位裝置在構造方式、運行特點以及響應過程等方面存在顯著差異，需要結合配電線路的客觀實際狀態予以綜合擇定。以配電自動化系統遠方終端為例，其指定分支配電網的接地故障范圍與區域，對相鄰終端之間的線路狀態作出判斷，屬于分布式控制應用范疇。

2.2 故障定位裝置定位原理及異動情況

在10 kV 配電線路發生故障時，數字化接地故障定位裝置可及時進入響應程序。通過數字化技術方法的執行和運用，全面記錄線路中各測點的電氣量數據，在剔除無效信息的同時，將實測值與閾值進行縱向對比。當二者偏離幅度超出范圍時，則可斷定為異動狀態。在此基礎上，數字化接地故障定位裝置進入程序信息流轉階段，通過其自身獨有的預警功能，向技術人員提供故障區段判斷依據，啟動相電流突變量，然后合成零序電流，輔助制定線路故障處理方案。通過上述環節，相關系數可成為故障處理的重要參考，配電線路故障處理的實效性將顯著增強。

2.3 故障定位裝置異動原因分析

在當前10 kV 配電線路的運行過程中，導致數字化接地故障定位裝置異動的原因多種多樣，其中有線路運行方式的影響，也有信號傳遞誤差的影響等。前者需要根據電力系統運行方式進行識別，排除金屬性或低阻接地故障等；后者可通過監測電場強度，判斷配電線路中的電壓突變量，當零序電壓符合故障條件時，則啟動故障指示裝置。數字化接地故障定位裝置還應進行數據采樣及合成，排除同步誤差產生的潛在條件，確保暫態錄波型故障指示器始終處于完好狀態，以降低故障定位裝置的誤差水平[2]。

3 數字化接地故障定位裝置在故障處理中的應用路徑

3.1 故障定位和在線監測系統的設計及應用

3.1.1 定位系統總體結構

定位系統總體結構的系統性與完善性和數字化接地故障定位裝置的實際效能密切關聯，結合10 kV配電線路的運行特點，細化完善總體結構，從源頭上保障其在故障處理中的實際效果。通常而言，定位系統總體結構以配電線路監測中心為基本單元，通過數據基站搜集、匯總與分析配電線路的相關數據信息，各線路節點向信息采集器進行信息傳輸，最終匯集形成整體性的運行體系。數字化接地故障定位裝置可靈活運用比幅算法、相對相位算法等進行基波零序電流選線，運用諧波電流方向法、5 次諧波法以及有功分量法等進行諧波選線，分別執行接地故障暫態分析和穩態分析等，進而準確定位故障位置，如圖1 所示。

圖1 定位系統總體結構

3.1.2 系統軟件功能設計

從10 kV 配電線路的整體結構出發，在數字化接地故障定位裝置中植入地理信息系統，充分利用其在智能分析、算法優化與故障定位等方面的現實優勢，實現綜合化與協同化的接地故障定位效果，滿足當前高標準、高要求的配電線路故障處理需求。當10 kV配電線路發生接地故障時，數字化故障定位系統可根據監測到的故障類型和影響范圍等，發出相應的預警信息，提醒技術人員及時采取響應故障處理措施。整體而言，數字化接地故障定位系統由接口子系統、配網地理信息數據庫以及故障定位子系統構成，彼此之間可通過故障指示器上傳檢測信號，構建網絡模型，對故障進行重演和分析。

3.1.3 系統通信方案

當數字化接地故障定位系統檢測到相應的故障信息后，應按照特定的通信方式，通過特定通信通道對數據信息進行傳輸，在線路系統范圍內實現配電線路接地故障狀態數據信息的關聯交互，彰顯數據信息價值。在通信方式層面，線路電流的測量數據符合數字測量的概念要求，充分保證數據精度，減少不必要的誤碼率。在該過程中，應建立健全完善的數據傳輸機制，為配電線路故障信息傳輸提供基礎依據，防止數據信息通信中的畸變現象。在通信組網方面，可結合數字化接地故障定位系統運行特點，在多個配電線路之間進行通信組網，定期查詢指示器，在數據中心和數據單元之間建立通信關系[3]。

3.2 配電網故障監測系統的終端設計及應用

3.2.1 終端設備取能技術

數字化接地故障定位裝置需要對終端設備進行取能，以保障其在連續運行過程中的基本能源需求，提高其穩定性與可靠性。在數據集中器取能方面，可為其配置太陽能電池板，通過利用源源不斷的光照資源，將太陽能轉換為電能，使數據集中器能夠獲得有效能源支持。同時，可優化配置太陽能控制器，通過技術改造與升級等，實現智能充放電控制，將數據集中器所需的電能壓力控制在合理范圍內。在接地故障監測終端自取能方面，則可按照同采樣率、同精度要求的方法，發揮測量傳感器的實際效用，將三相波形數據進行集中整合處理，以提升取能功率。在終端設備取能方案形成后，應對其可行性做出必要論證，以達到相關專業技術要求。

3.2.2 采集終端設備應用

采集終端設備的應用過程，同時也是對數字化接地故障定位裝置綜合效能進行優化提升的過程，需要根據10 kV 配電線路的實際特點，制定完善可行的采集終端設備應用規范，以達到電流測量范圍的寬度要求。依托電流傳感器的實際效用，在不改動一次接線條件的前提下，對各類相對分散的終端設備影響因素進行集中統一管控，保證后續數據采集效果的最優化。運用開合式羅氏線圈實現信號放大的效果，然后通過信號積分進行濾波處理，最終按照特定比例輸出終端采集設備的信號信息。采用循環存儲方式，對采集終端結構數據進行存儲處理，形成相應的終端現場構造體系，如圖2 所示。

圖2 采集終端設備模型

3.2.3 接地故障定位裝置在線監測

為快速精準地對數字化接地故障定位裝置進行調整優化，需要在監測終端、通信主機和主站軟件之間建立關聯，通過行之有效的方法規則對采集到的數據信息進行運算和移植，實現各種后臺功能。在裝置功能要求方面，需根據10 kV 配電線路的電流起伏波動狀態進行在線監測、采集以及合成，并通過必要的功能性測試等，排除潛在不穩定性因素。在通信主機功能方面，應形成合理化的供電方案，保證數字化接地故障定位裝置數據信息的一致性和實時性[4]。

4 優化提升數字化接地故障定位裝置應用效果的方法舉措

4.1 精準把握裝置設計要點

為進一步提升數字化接地故障定位裝置的實際應用效果，應充分把握其專業技術導向，建立健全的基于數字化技術的配電線路故障定位技術體系，形成智能化的接地故障定位系統，將現代智能化技術、定位技術與感知技術等作為重要工具載體。注重對配電線路故障數據信息的全過程搜集和監測，以動態化與連續性的方式對配電線路各類數據進行實時分析，提高數字化接地故障定位裝置的響應速度，并配合運用線路錄入系統，對線路具體故障點進行編碼處理，使其在故障處理中能夠正常查詢。堅持可視化的基本技術方法，將配電線路設備、線路和地理位置等信息進行仿真建模處理，將相對分散的數據資源進行分類整理，形成可視化的圖形或文字等展現在定位裝置系統平臺中。在該基礎上，發出接地故障預警信息，保障故障排除與運維效果。

4.2 優化裝置系統框架

基于數字化技術方法的配電線路接地故障定位裝置，需要在多個維度層面優化框架結構。在實踐中，可將數字化接地故障定位裝置細分為前端采集單元、數據處理單元以及運維管理單元等多個部分，通過優化銜接彼此之間的匹配關系，提升其整體效能。在前端采集單元模塊中，其主要承擔配電線路工況狀態數據采集功能，采集各個關鍵節點的線路數據信息，對異常信息進行辨識處理，結合其偏離幅值大小確定是否發出預警信息。該效果的實現需要通過集中抄表、自動監測等方式形成配電網數據包，為及時高效處置接地故障提供可靠數據支撐。

4.3 優化接地故障信號的去噪處理

在當前數字化技術的支持下，如何對配電線路接地故障的信號信息進行去噪處理，提高故障信號辨識度，是數字化接地故障定位裝置應用中需要綜合考量的關鍵。對此，應根據配電線路周圍環境的客觀實際條件，優化選擇小波函數，保證其能夠有效適應電纜故障的信號特性，確保原始故障信號能夠更加清晰地傳遞到預定位置。優化設置軟閾值，針對每一層接地故障信號進行分解處理，開展處理和構建相應的小波系數，在特定范圍內重新建立新的接地故障信號。在電力電纜故障區域現場檢測故障信號，發現其存在不同的噪聲結構，通過噪聲自身的頻率特性，能夠處理好各個不同尺度下的小波系數，從而得到消噪信號[5]。

5 結 論

數字化接地故障定位裝置的實際價值決定了其在10 kV 配電線路故障處理中的關鍵地位。因此，技術人員應宏觀審視數字化接地故障定位裝置的技術作用，精準把握其在配電線路故障處理中的應用價值，健全基于數字化接地故障定位技術的實踐方法體系。摒除陳舊模式下故障定位與處理的技術框架，在終端設備與異動監測等方面實現創新優化，為全面彰顯數字化接地故障定位裝置的實際效能奠定基礎，為促進配電線路故障處理高效化、規范化、精準化貢獻力量。