10kV架空线故障定位系统的研究与开发

邓望

【摘要】在我国当前的配电网中，中性点采用的多是小电流接地的方式，在发生单相接地故障时，由于故障电流相对较小，故障信号微弱，而且系统运行方式等的影响，对于故障的定位比较困难，存在着定位精度低、准确度低以及成本高的问题。本文以10kV架空线为例，研究开发了一种故障定位系统，能够有效提高故障定位精度，降低系统成本。

【关键词】10kV架空线；故障定位系统；研究与开发

前言

在電力系统中，配电网是非常重要的组成部分，其运行的稳定性和安全性直接影响着整个电力系统的运行安全，需要电力企业的重视。在以往的电网建设中，由于对配电和用电环节的重视不足，在很大程度上影响了供电的可靠性。虽然经过了电网改造，但是当前10kV架空线路中仍存在着许多待解决的问题，如无法及时掌握线路运行状态、故障查找难度大等。做好线路故障的监测定位，保证配网运行安全，是当前电力企业需要重点关注的问题。

1、10kV架空线故障判断依据

1.1短路故障判断

考虑到一些农网线路较长，短路电流小的特点，也可以同时采用过流法，设置合理的阀值，对两相短路故障的发生进行检测。同时，在配网实际运行中，受各种因素的影响，重合闸的动作可能会造成误判，影响故障诊断的有效性，需要采取相应的措施进行预防。对此，电力人员在判断短路故障时，可以分析变电站侧断路器和重合闸的动作情况，只有同时满足特定条件后，才能认定发生短路故障。

对上述特征进行总结，短路故障判断依据如下：

（1）线路正常运行，保持正常电压超出预设时间；

（2）线路中电流变化超过规定阀值或者设定的短路故障检测电流；

（3）在一段时间内，出现大电流且持续时间不超过T2s，即T1≤△T≤T2，△T表示电流突变时间；

（4）T2s后，线路处于断电状态。

1.2单相接地故障判断

对于小电流接地系统的单相接地故障，当前比较常用的检测方法是信号注入法和首半波法，不过在实际应用中，信号注入法虽然相对稳定，但是成本较高，而且安装维护非常困难，对于一些负荷波动较大的线路，经常出现误动现象；首半波法在技术原理上存在相应的缺陷，经常导致误动。对此，可以采用接地故障瞬间的首半波尖峰电流以及线路电压测量法，对接地故障进行判断。

综上，对于架空线路单相接地的判据如下：

（1）线路正常运行，保持正常电压超出预设时间；

（2）线路中放电电流突然增大，同时超出事先设定的增量定值；

（3）接地线路电压下降，低于接地故障检测参数；

（4）接地线路处于供电状态。

2、10KV架空线故障定位系统设计

2.1系统原理

故障定位系统主要是通过对线路中电压、电流等参数的采样分析，提出了相应的故障信息，从而实现对故障的有效定位。对于三相短路、两相短路以及两相接地故障而言，由于短路电流较大，会出现短时间内电流突增的情况，上游检测点能够有效检测到电流的变化情况，因此，故障定位系统可以通过检测电流变化率，或者将其与设定电流值进行对比，实现故障定位。

单相接地故障时由于故障电流小，检测起来非常困难，对于故障诊断系统的设计是一个难点。不过，在实际故障发生后，变电站出线端检测到相应的接地故障，并且投入消弧线圈，并不是立即时间的，需要经过一定的时间，而且受电感的限制，补偿电流相对固定，对于暂态电容电流影响较小，由暂态电容电流可以提供足够的信息，实现对于故障的定位。当单相故障发生时，幅值较大的暂态电容电流会与负荷电流叠加，形成明显的电流尖峰，通过对该电流尖峰的检测，同样可以实现对故障的定位。

2.2系统设计

由系统设计的基本要求，可以将故障定位系统分为硬件和软件两个组成部分，这里对其进行分别分析。

（1）硬件设计：系统的硬件部分采用分布式模块化设计思想，以方便对系统功能的拓展，主要包括故障定位模块、数据采集模块、数据传输模块等。其中，核心模块即中央处理器主要负责对于数据的处理和转发，对下属数据采集模块发送的故障告警信息进行接收和处理，然后通过通信模块，将故障告警信息、故障性能以及故障位置等发送主站，以方便工作人员及时对故障进行处理。在该系统中，CPU选择TI公司的16位芯片MSP430F5438A，具有外设丰富、可靠性强、能耗低等优点。通信模块可以从系统的实际功能出发，选择无线数据传输，而且不需要铺设复杂的线路，减少了维护难度，同时也可以有效降低成本。

（2）软件设计：10kV架空线故障定位系统的软件设计可以分为三个部分，一是定位终端软件设计，包括了故障判定程序、采样程序、通信软件等，二是数据采集器软件设计，包括ISM芯片软件设计以及GPRS模块软件设计，三是系统上层软件设计，包括PC机和数据库的设计。

定位终端通过Si4432，经GPRS模块，将检测到的电压、电流以及故障信号发送到后台管理系统，接地选线装置同样会将检测到的配网线路信息发送至后台管理系统，后台管理系统通过相应的数据分析和处理功能，对接收到的各种信息进行汇总整理和逻辑判断，从而明确10kV架空线故障的类型和具体位置，之后通过告警功能同时电力工作人员，实现对于故障的处理。不仅如此，后台管理系统还能够结合自动查询的方式，得到10kV架空线中电流、电等相关信息，满足配网自动化的要求。

3、结语

总而言之，在当前社会对于电力需求不断增大的背景下，实现对于配网线路故障的快速准确定位，及时消除故障，保证电力系统的安全稳定运行，是非常重要的，同时也是电力企业需要重点解决的难题。针对当前故障定位不准确等问题，本文设计研发了一种利用终端检测线路电流包含的信号进行故障判断的定位系统，不仅可以对线路电流、电压等基础电参量进行检测，还可以利用硬件电路，对暂态电容电流的发生进行检测，并将其转化为数字信号，能够有效提升故障检测的准确率和定位精度，为故障的处理提供良好的指导。

参考文献

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