基于SFI的10KV配电网线路远程故障自动定位系统的开发与应用

袁海雪 连冬娟 王阳

摘要：随着经济的不断发展，我国对能源的需求也不断增加，供电的可靠性和安全性成为了社会关注的热点问题。在这个越来越离不开电的社会主义国家，电网线路的及时检修是保证供电安全性和可靠性的关键点。安全，可靠的供电网影响着人们的日常生活和国民经济的发展，10KV配电网线路是连接电网的重要线路之一，因此，10KV配电网线路远程故障自动定位系统的开发与应用是非常必要的。文章先提出研究的目的，介绍了配电网中线路故障出现的原因以及常见的线路故障，提出了解决线路故障的方法，最后总结了故障定位系统开发与应用的现实意义。

关键词：10KV配电网；线路远程故障；自动定位系统

[Abstract] With the continuous development of economy，China's demand for energy is also increasing，and the reliability and safety of power supply has become a hot issue of social concern. In this socialist country，which is increasingly dependent on electricity，timely maintenance of power grid lines is the key point to ensure the safety and reliability of power supply. Safe and reliable power supply network affects People's Daily life and the development of national economy. 10KV distribution network line is one of the important lines to connect the power network. Therefore，the development and application of 10KV distribution network line remote fault automatic positioning system is very necessary. In this paper，the purpose of the research is first presented，the causes of the circuit faults and common circuit faults in the distribution network are introduced，the methods to solve the circuit faults are proposed，and the practical significance of the development and application of the fault location system is summarized.

[Keywords]10KVpower distribution network；line remote fault；automatic positioning system

一、本文研究的目的及現状

1.提高配电网线路故障定位的快速性和准确性，节省现有人工线路故障测量的人力物力及时间，迅速隔离故障恢复供电，降低因线路故障问题造成的巨大的经济损失，提高配电网供电可靠性；

2.提高配电网运行的自动化水平、可靠性、经济型和灵活性；

3.电网作为电力系统的重要组成部分，其发展对社会和经济都具有巨大的意义；

由于配电网结构从简单的辐射型、树状网、单环网到复杂多样的多环网，这对供电可靠性提出了很大挑战。此外，电气设备、元件的损坏、自然及人为事故等因素，配电网经常发生线路故障。

目前国内10KV配电网线路发生故障时，仍然以人工巡查为主，依赖人工技术和经验来进行故障定位。而国外配电网自动化程度度比较高，尤其在欧美和日本一种被称为FI的设备应用到线路故障检测，当输电线路发生故障时，故障电流超过特定水平后在有故障的分支上，FI将翻牌显示，能更快的定位故障区段。所以，传统的定位方法已远远不能满足要求，而且不适应配电网向自动化方向的发展。因此研究新的故障定位方法，势在必行。

二、常见的10KV线路故障类型

1.单相接地故障

单相接地是配电系统最常见的故障，多发生在潮湿、多雨天气。单相接地不仅影响了用户的正常供电，而且可能产生过电压，烧坏设备，甚至引起相间短路而扩大事故。

2. 短路故障

线路中不同电位的两点被导体短接起来，或者其间的绝缘被击穿，造成线路不能正常工作的故障，称为短路故障。按照不同的情况，短路故障又分为金属性短路、非金属性短路；单相短路、多相短路。

3. 断路故障

断路是最常见的故障，最基本的表现形式是回路不通。在某些情况下，断路还会引起过电压，断路点产生的电弧还可能导致电气火灾和爆炸事故。

三、线路故障形成的原因

1.外力破坏因素

主要有树线矛盾、搭在线路上的异物、车辆撞断、撞斜电杆、超高车挂断导线、动物危害等等。

2.自然方面的因素

（1）春季风大，容易造成10KV架空线路（非绝缘导线）之间短路放电或绝缘子闪路等故；

（2）夏季雨水多，由于配网电杆多为土埋，如遇大量雨水冲刷和浸泡，易形成电杆倾斜及基础下沉等故障；

（3）雷雨季节因为10KV架空线路的路劲较长，加上沿途地形较空旷，附近少有高大建筑物，所以经常遭受雷击，由此产生的事故是10KV架空线路最常见的；

（4）冬季冰雪多，气温低，导线会覆冰，当覆冰脱落可能会引起导线跳跃，导线故障。

3.设备方面的因素

（1）配电变压器故障，由于配电变压器本身故障或操作不当引起弧光短路；

（2）绝缘子破裂导致接地，绝缘子脏污导致闪络、放电、绝缘电阻降低，引线烧断搭到横担上；

（3）避雷器、跌落保险、柱上开关质量较低或运行时间较长未能定期进行校验或更换，击穿后形成线路停电事故。

4.管理方面的因素

运行维护经验不足，巡视检查不能到位。一方面，员工业务技术水平不足，运行经验不够丰富，在日常的巡视和维护当中抓不住主要环节，查不出线路缺陷和事故隐患；另一方面，由于运行中的配电线路存在有高压引线、线夹、刀闸的连接处不牢，受外界环境影响后，易发热、发红，如不能及时发现处理，最终烧损或烧断引发线路故障。

四、故障指示器定位系统的工作原理

1.故障指示器的特点

故障指示器由于结构、性能等存在差异，实际的指示功能也有所不同。故障指示器一般配设于电力线路，用来提示、提醒故障的智能化设备，能够自动化回归原位。传统故障指示器指示精准度相对落后，通常仅设置一个电流定值，在实际运转中容易受到多重因素的干扰，比如励磁、谐波、电磁等。所以，基于SFI的故障指示器就显得尤为重要，它相比较于传统的故障指示器有以下几个方面的优点：

（1）自动化程度更高，提高定位装置的智能型，更能适应配电网自动化；

（2）兼容性更强，系统基于开放式的系统结构和标准化的设计模式，能确保应急指挥系统和其它电力自动化设备间的过渡和连接，系统具有开放性的特点；

（3）互动性能好，开发手机用户平台，线路故障时可以及时将信息发到维护人员的手机中；

2.常用的10KV配电网故障检修方法

（1）电流动态监测法

运行于配网线路中的电流处于动态变化中，当线路发生故障时，会形成突变性故障电流。如果出现一个正向突变，同时变化量高出某一个设定值，此时电流值与电压值如果同步降到零，说明线路中出现了故障电流。这种方法的优势在于对电流的变化较为敏感，当短路电流较小的时候，检测能力较弱。

（2）传统故障判断法

此方法和继电保护理论相当，都是通过标准化、高效化的熔断，科学合理的设计相关参数，确保所有短路都发出提示，提高故障判断的准确性。这种方法的优势体现在：适用于更广的电力线路，环境适应力较强，但需要维修人员具有较高的专业水平，熟悉线路的分布，而且要确保参数设置的准确性、合理性。

（3）单相接地故障检测法

目前，單相接地故障检测法有五次谐波法、首半波法、电容电流脉冲幅值法。主要采用的是谐波法、首半波法，但谐波法由于数值较小，易于受外界干扰，而首半波法可能会导致极性的错误判断，适用能力相对有限。

3.基于SFI的故障定位方法

（1）工作原理

故障快速定位系统是由多项电气设备、系统综合配合下及时、高效定位的系统。主要设备包括故障指示器、通讯主站、子站。通讯主站可以同时采集来自于多个故障指示器的编码信息，再通过子站来解调、编码无线信息，把信息传输给主站。主站接收来自子站的信号，科学、合理的处理应用程序，在人机交流的屏幕中，故障点会出现变色现象，对应的呈现故障信号，然后对应调动警示系统，发出故障信息，发送给检修人员随身携带的通信设备。

SFI由FI、接地信号源（EFS，earthed fault signal source）组成。EFS实时监测中性点电压，发生单相接地故障时通过母线向各条馈线注入特殊的低频信号。FI在发生单相接地故障或短路故障时故障指示器检测到信号源的异常信号后翻转为红色（正常为白色）并闪烁，同时发出蜂鸣。

（2）故障指示器的定位功能

一方面，故障指示器能采集线路上3A以上的负荷电流（或1A以上的零序电流），同时监测线路首半波法接地尖峰突变电流和线路对地电场的大小和变化；另一方面，当线路出现短路故障时，变电站出口保护跳闸后，故障指示器能准确的检测到线路故障，本地翻牌、指示灯闪烁，同时通过GRRS立即上报主站监控中心，主站监控中心实现故障信息和实时数据的显示、数据的存储、故障定位、动态着色及故障推屏报警，同时发出短信通知若干运行人员，找出故障点，及时检修线路故障。

五、自动化故障定位系统开发与应用的现实意义

电网作为电力系统的重要组成部分，其安全、可靠、经济运行具有重要的社会意义和经济意义。随着我国国民经济的快速发展，电网的规模由简单到复杂，由小型规模转向大型化、广域化方向发展。但由于我国地域广阔，地形复杂，电网所处环境复杂易变，在自然因素以及其它因素的影响下，我国的10KV配电网常发生线路故障，对我国的社会经济发展及人民的生活带来很大影响。

目前，针对配电网短路故障故障定位已经提出很多方法，但大部分方法效果不是很理想，人工巡查的方法依然较为普遍，这浪费了很大的人力、物力、财力。而美国、日本和欧洲的许多国家在使用线路故障指示器进行故障监测，结合馈线自动化终端FTU确定故障发生的区段，再由人工方式查找故障点。但配电网馈线自动化投资巨大，维护复杂，在我国不能得到广泛应用。由于我国配电网庞大复杂，分支繁多、结构复杂的10KV配电网线路来说，不在电力SCADA系统的监测管理下，不能进行快速故障定位及精确定位，只能在故障指示器的辅助下，进行人工巡查。

因此，简单、可靠、快速精准的线路故障定位法，是解决当前配电网可靠、安全、经济运行的迫切需要。所以，针对配电网线路故障问题，研究配电网线路故障快速、精准的定位技术，对提高线路安全运行水平、提高自动化程度、减少运维人员工作强度，保证社会生产和人民生活正常进行，具有重要的价值和实际意义。

参考文献

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[2]贾贞，张维，王焕文.10KV配电网故障系统的研究与设计[J].广东电力，2013，26（2）：69-72.

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[4]黄智春.10KV线路馈线自动化和故障定位“二遥”综合系统的研究与应用[J].中国高新技术企业，2015，（9）：57-58.

作者简介：袁海雪，生于1999年1月，汉族，云南文山人，江苏大学，电子信息工程方向。

连冬娟，生于1996年9月，汉族，甘肃天水人，江苏大学，电子信息工程方向。

王阳，生于1997年10月，汉族，江苏扬州人，江苏大学，电子信息工程方向。

基金项目：本文系江苏大学电气学院第十七批科研立项题目，项目编号：17A097

（作者单位：江苏大学）