配电线路故障自动定位系统的应用与技术分析

郑芳

摘要：随着电力系统不断发展，人们对供电的可靠性和供电质量要求越来越高。故障定位技术能准确定位故障点，省去查找故障所耗费的大量物力、人力和时间，得到了广大电力工作者的研究和探索。本文结合自身的一些实际工作经验，对10KV配电网中的实际应用及提高配电网供电可靠性进行分析，并做出了综合性的总结，希望能为电力工作者提供参考和借鉴。

关键词：安全;故障定位;研究探索

随着电力系统不断发展，人们对供电的可靠性和供电质量要求越来越高。目前，由于我国城乡的配电网大都是采用单辐射树状方式，尤其是城市郊区10kV 馈电线路更是以架空线路为主，在恶劣的天气时有发生接地和短路故障，这对电网的安全可靠供电造成了严重的影响。为减少线路故障后的寻查工作量，缩短故障修复时间，节约大量的人力物力，提高供电可靠性，减少停电损失，加强并提高系统运行管理水平，迫切需要在系统发生故障后能迅速准确地查找到故障点，线路故障点的准确定位显得越来越重要。

1、配电线路故障在线定位技术原理

配电网在实际运行中，一般发生接地故障比相间短路故障多，运行统计数据表明接地故障约占总故障的 90%，特别是在雷雨、大风等恶劣自然天气的时候，单相接地故障发生的几率比较频繁。虽然单相接地后，故障相对地电压降低，非故障相电压升高，电压依然对称，不影响用户供电，但是，单相接地长时间运行会严重影响变电设备和配电网安全经济运行。因此，发生单相接地后也需要将线路停电，查找故障，特别是在选线的时候，会造成无故障线路的停电，造成供电可靠性的降低。在配电网发生短路或者接地故障时，电网中存在大量的故障信息，可以利用一些量化的信息对故障点进行定位，同时，将故障或可疑线路与无故障发生的线路分开，保证其他线路的供电。通常的做法是逐步减少连接在故障或者可疑发生故障线路上的正常运行设备的数量。本文介绍一种基于计算机和通讯技术实现的新型配电线路故障在线定位系统 MODS（Malfunction Online DetectSystem，MODS）的原理及其在 10kV 配电线路故障检测中的应用。MODS主要组成部分：故障检测装置（含无线传输模块）、故障指示器、工业控制计算机、系统应用软件、接收发射交换机等组成。

2、线路故障检测装置故障检测装置

2.1故障指示器

工作原理：电流通过导体时磁场触发指示器，当电流超过指示器的额定值时，将产生一个信号，白天线路故障时翻牌，晚上故障时发光。在实际的运用中，由于故障检测器价格比较贵，故障指示器价格比较便宜，通常是将故障检测器和故障指示器混合使用，一般将故障检测器安装在分支、线路负荷开关处，故障指示器安装在设备引落线和同一供电区段的分支线路、耐张杆塔处。

2.2无线传输模块

当线路发生异常变化（短路、接地、断线）时，线路故障检测器能够及时响应故障信号，将变化的信号以编码的方式采用无线装置发射到工作站接收机;同时，故障指示器也立即对故障信号作出反映、翻牌或者发光。

2.3监控中心（工作站）

监控中心包括：工业控制计算机、系统应用软件、接收发射装置、打印机等。监控中心的人机界面是直观的配电网络接线图。当监控中心通过接收发射装置接收到线路故障检测器发送的信息，经过应用程序的处理，在人机界面的接线图上将对应的故障检测器变色，显示故障信息。同时驱动报警系统发出声光报警信号，移动工作站将故障信息发送到运行人员的手机。

3、几种配电线路接地故障定位技术分析

3.1消弧线圈接地系统的相关单相接地故障定位分析

电力系统的故障定位通常依靠对故障引发的电流以及方向的检测，实现对故障点的判断。对于中性点接地的系统，由于接地故障的产生会导致相应相中较大电流的出现，故此种场合的故障定位较易实现。然而，对于中性点未有效接地的系统，经过相应的消弧线圈及电阻的装设，当出现单相接地故障后，对应的故障电流数值相对较小，从而不利于故障的定位。以消弧线圈接地系统的单相接地故障定位过程为例，其一般涉及故障指示器、通讯等方面的技术。

1）故障指示器的对比

当前实际应用中涉及的配网线路故障指示器基本包括机械式以及电子式两种。前者利用电子感应的基本原理实现，后者则通过相应的电流互感器，完成故障电流的采集，经过对电流数值的对比来实现，同时具有通讯和显示的功能。相对于电子式指示器，机械式设备具有结构相对简单、适应性好、便于维护等优势，然而，也存在对小电流故障的判断效果较差、不能对电网的运行进行动态监测、集成度差等不足;而电子式设备不仅能够完成复杂的运算和功能，还能够对配网线路的负荷进行检测，同时也存在结构相对复杂等不足。

2）相關的通讯技术分析

对于使用电子式故障指示器的定位系统，把故障相关数据可靠、快速的进行传输具有重要的现实意义。鉴于无线通讯技术具有受地理条件约束较小、安装及使用相对简便等优势，在配网故障指示器的通讯中具有很大的应用前景。

考虑到电力系统故障指示器复杂的周边环境，以及较远的安装距离等因素，在现有的无线通讯技术方案中，应当优先考虑基于FSK以及ASK的技术，凭借其较好的抗干扰能力和较远的传输距离，较为适宜在电力系统现场通信领域进行应用。同时，鉴于GPRS网络通信技术的日趋成熟和广阔的覆盖面积，其比较适宜用在系统的远程信息交互领域。

3.2行波故障定位及相关分析

1）行波故障定位方法简述

现有的配网行波故障定位方法包括两种，一种通过配网故障引发的行波完成，分为单端以及双端定位法，一种通过向配网故障线路人为的注入一定的行波，根据其反射现象完成。通过行波进行故障定位，具有速度相对较快、准确性好的特点。以C型行波法为例，在实际的故障定位过程中，可以从以下方面进行操作：1）高压脉冲信号的发射。通过向配网中的电力线路发射一定的脉冲信号，并对其发射信号进行采集和相应的噪声处理操作，将其中的主要能量所处频率进行科学的分析处理，对系统故障点的特征发射波的相应时刻进行确定，之后，按照C型行波定位的相关理论，求解出故障的距离;2）考虑到当配网线路中产生故障后，位于故障点下游的节点的能量将会发生衰减，利用神经网络的模式识别功能，对相关的节点特征波进行分析，能够对故障的所在区段进行判别，进而综合的对故障位置进行锁定。

2）相关的故障定位设备以及信号的采集分析

当使用C型波的方法完成故障定位时，往往应该向配网有关线路中发射一定的电压信号，并对注入的信号和发射的行波信号进行接收，故相关的信号源以及数据采集设备的质量至关重要。对此，可以从以下方面进行考虑：1）关于信号源。当采用C型波进行故障定位时，一般对使用的信号源的上升沿的要求较高，其电压由峰值的10%至90%的时间宜小于几个微妙。同时，出于方便观察的考虑，相应的故障行波波形的幅值应当较大。综合以上原因，实际中，通常选用高压脉冲类信号充当激励源;2）关于数据采集设备。考虑到待测的故障行波的传输速度极快，因此，应当根据实际的应用需求，积极的选用高精度、高速的采集设备。

4、总结

当前的电力系统配网故障定位技术日趋成熟，但实际应用中的可靠以及灵敏性等仍有待改善，针对系统故障特征较为明显的应用场合的定位算法的研究相对较多，但相关算法的容错以及适用性的研究仍需深入。

参考文献

[1]龙维民.基于故障指示器的配电网故障自动定位系统.电力设备.2006（11）

[2]刘世光.配电线路接地故障自动定位.山东大学. 2010（10）

[3]徐俊.消弧线圈接地系统单相接地故障定位研究.上海交通大学.2011（9）

（作者单位：河北省秦皇岛市秦热发电有限责任公司）