智能配电线路故障状态采集技术

林显仕 邓国明 陈小乔

【摘要】 为了有效保证配电网供电的可靠性以及电能质量，对配电网线路进行实时故障状态采集并进行故障诊断，是建设坚强智能电网的必要手段。对配电网线路进行在线监测，更有利于线路发生故障后对故障点的查找，减少了检修人员快速到达故障现场进场处理的时间，能够有效减少线路故障导致的停电时间，提高了配电网供电可靠性。本文对智能配电网线路故障状态采集技术进行了研究，对其结构和工作原理深入分析。该技术对建设可靠安全、运行灵活的坚强智能电网具有重要意义。

【关键词】 配电网 供电 线路故障

一、引言

配电自动化是构成坚强智能电网的重要部分，智能电网的建设能够适应配电网对高可靠性的需求，而配电网故障处理是配电自动化的核心内容。本文介绍了一种基于故障检测终端的故障状态采集技术，由故障检测终端、通信网络以及监控主站构成故障状态采集系统。故障检测终端安装在各配电线路分段或其他必要位置，若配电线路出现故障，故障检测终端会将监测检测到的数据通过通信网络发给监控中心，经过处理后在显示屏上显示出故障位置和信息，并同时通知电网公司值班人员。通过在配电线路上安装故障检测终端进行在线监测，能够实现分布广泛、管理集中的智能化故障状态采集和处理系统。

二、故障状态采集系统工作原理

故障检测终端负责在配电线路发生故障时检测到数据的变化，数据通过通信网络发送给监控主站后，监控主站定位出故障区段，并在显示器上讲故障线路区段标记出来并发出告警信号。

若故障发生区域在移动GSM网络的范围内，则故障检测终端通过无线传输模块直接将数据发送给通信交换机。若故障发生区域在没有移动GSM网络的范围内，则故障检测终端想通过无线传输模块用射频模式将数据发送给数据转发模块，再由数据转发模块通过移动的GSM网络将数据发送给通信交换机。

三、故障检测终端

3.1 故障检测终端工作原理

故障检测终端一般采用故障指示器，它可以安装在架空线、电缆、环网柜或电缆分支箱内，实时对线路的过流、短路、接地、停电等故障状态进行检测，能够对故障电流进行报警指示。对于传统故障指示器，当线路发生故障时，该条线路变电站馈线出口一直到故障点之间，沿线所有故障指示器都会动作，而故障点后线路安装的故障指示器不会动作。调度能够利用装设在配电网中各个故障指示器集中发给监控主机的数据，结合配电网拓扑结构自动判断出故障点的地理位置，并反应在拓扑图上。运行人员利用指示器的告警信号，则能在巡线过程中迅速找到故障点的具体位置。

3.2 配网故障定位方法

配电网故障定位所采用的算法主要分为两类。

一是结合图论，即配电网的拓扑模型对故障进行定位。典型的比如矩阵算法，它利用配电网网络结构形成一个与线路拓扑相对应的描述矩阵D，当故障检测终端检测到故障电流时，会生成一个带故障电流标记的遥信量，调度中心的SCADA系统接收到数据后生成与故障信息对应的矩阵G。通过矩阵D与矩阵G之间的运算，就能够得到故障判断矩阵P，根据对应的元素就能够判断矩阵P对应的故障区段。

二是基于人工智能技术对故障进行定位。典型的比如专家系统，它基于保护动作逻辑以及运行人员的经验作为规则，并形成专家知识库。结合线路发出的告警信息与知识库进行逻辑推理。推理机基于故障节点进行搜索和推理，得到故障序列，再结合系统内用户信息和故障序列的交集，就能够得到故障区段的结论。

3.3 故障检测终端检测原理

对于短路故障，故障检测终端是利用线路发生故障时，会出现一个正突变的电流量，同事该条线路会因为保护动作而停电。故障检测终端检测到线路中的电流突变量以及持续时间，由短路故障特征可对短路故障进行判断，其采用的判据如下：

其中，tI？为电流突变量，Iset为保护电流整定值，IL为线路故障电流，T？为电流突变时间。当式（1）中三个判据同时满足时，故障检测终端就判断线路为短路故障。如果配电网线路为双端供电或环网运行状态，则还需要对功率方向进行判别。

对于线路接地故障，故障检测终端则采用采集电压跌落以及零序电流判断是否为接地故障。如若线路为架空线路，则电压跌落量一般为接地相下降3kV以上，零序电流突变成10A以上。对于电缆线路，由于其电感和电容作用，发生故障时零序电流较大切相对稳定，判断接地故障主要是采集零序电流大小，其一般设置为20A以上。

当检测到负荷电流超过整定值，则发出电流越限告警信号。

当故障检测终端采集到的电压量和电流量都为0时，则判断线路出现停电故障。

3.4通信网络

故障检测终端在线路正常状态时处于待机状态，其通信网络不需要传输数据。而检测到线路的运行状态出现变动时，则将故障采集终端激活，对线路的状态进行采集和数据传输。故障检测终端装有数据传输模块，能够将采集到的信号发送给监控主站，一般可采用中国移动的GSM网络。

在调度监控中心配置有通信交换机，它与监控主站相连接，它能够将数据进行交换，实现实时通信以及远程控制的功能。它将故障检测终端发送过来的故障数据发送给监控主机，同时夜间监控主机将一些控制命令和告警信息发送出去。

配电网对通信网络具有特殊的要求。由于配电网分布广，通信距离短，同时配电网建设速度快，电网结构容易变化，因此通信网路应当具有以下特性：

第一，可靠性。配电网的环境较为恶劣，为其服务的通信网络要能够适应环境，同时要能够抗强干扰。在电网故障或停电时，应当依然能够正常运行，提供可靠的通信服务。

第二，成本低。通信网络需要长期使用，在保证可靠性的情况下，需要考虑其建设成本以及维护成本。

第三，双向通信。通信网络既要上传数据，也要能够下达监控主站的命令。

第四，灵活性，由于配电网分布广泛，通信设备需要采取标准的通信协议，而通信设备以及通信方式则需要具有很好的灵活性，以方便通信设备的安装调试以及维护。

3.5监控主站

监控主看属于故障监测系统的管理部分，负责实时查询故障检测终端的参数以及数据信息，并对上送的数据进行比较处理，对配电网线路运正常行状态以及故障状态进行判断。监控主站利用故障信息数据以及故障定位算法，能够快速定位故障，并分析故障类别，同时发出告警信号和联系检修人员。

四、结论

本文对智能配电线路故障状态采集技术进行了介绍，信息详细介绍了故障状态采集系统工作原理及其结构，对故障检测终端、通信网络以及监控主站三部分功能实现详细阐述。

实践说明，采用智能配电线路故障状态采集技术，能够快速找到线路故障区段，节省了运行人员在寻找故障点位置的大量时间，对迅速排除线路故障，减少停电实践具有积极作用。

参 考 文 献

[1]杨家全， 苏适. 配电自动化系统研究[J]. 云南电力技术， 2011， 39（6）： 60-62.

[2]刘晓静， 李雅娟. 配电自动化系统的单相接地故障定位[J]. 硅谷， 2012， 13（5）： 151.

[3]张钊. 配电网故障定位的通用矩阵算法[J]. 电力自动化设备，2005， 05：40-43.

[4]郭三中. 基于小波神经网络的配网故障定位研究[J].自动化应用，2010， 12：27-30.