用在线监视器的配电网故障定位法

王存树

【摘  要】分支辐射型的配电系统存在中性点不接地的故障定位问题，为解决这一问题专家组使用分布式探测器的定位方法来在线监测故障，并综合整理分析数据研制出了具体的探测器方案。分布式探测器由数字载波扩频通信装置、光电式零序电流互感器和微处理器控制电路三部分构成。探测器所收集到的测量信息是由变电站主机操控完成的，根据信息处理系统结合网络结构的各分支点的零序电流大小进行故障分支的综合分析，进一步确定故障分支的位置，从而证实探测器操作的可行性。

【关键词】在线监测;配电线路;故障定位

电网中存在多种隐形多发的故障问题，其中单相接地故障所发生的频率相对较高。输电网的网络结构为单支模型，形式单一，结构简单，所出现的问题也比较简单，所使用的解决方式是基于阻抗的两端和单端测距算法、行波法;而配电网的网络结构为多分支型，构成框架相对来说较为复杂，故障类型也五花八门、多种多样，因此输电网故障的解决方式在配电网上的故障定位很难实现。实行分布式探测器的实时监测，故障的定位可以很直观的呈现出来，实际操作简单实用，为配电网的故障排查及维修做好了准备工作[1]。

1 分布式探测器结构原理

分布式探测器的主要功能是零序电流的测量，电流互感在传统的操作上成本高、体积大，不适用于变电站外的架空线路;电流互感器二次侧加上三相电流信号形成传统的零序电流的测量方式，然而这中间存在一点的问题，由于架空线路处于高压绝缘的状态，所以无法与三相电流信号直接相加，为了解决这一问题，分布式电流互感器开始实际运行。

分布式探测器结构

目前，分布式电流互感器的应用绝大多数在射频通信技术上，射频连接技术彻底实现了测量配电网电流、电压的绝缘，从而使用电供电更安全，用户用电更放心。分布式探测器实时监控配电网络中的主要节点，以无线射频的方式综合分析数据并将其传输给中转设备，中转设备再结合三相电流的测量值最终得到零序电流值。电流测量单元的结构原理如下所示：

电流测量单元的原理结构图

电流测量单元是射频电路和中转设备传输电流信号的中间介质，当没有信号通过时休眠待机，信号通过时，微处理器会启动测量的程序，辅助整体电流处理程序的运行。A/D转换器即模数转换器，或简称ADC，是将模拟信号转换为数字信号的电子元件，其工作过程需要经过取样、保持、量化及编码四个步骤合并进行完成。

2 检测故障的实际措施

在三相电流线路中，三相电流可以分解成三个分量，其向量和等于零，计算公式为：Ia+Ib+Ic=0。当电流系统发生故障的时候，三相电流出现不对称的现象，此时三相电流的增益不一致，其电流向量不等于零，即产生了零序电流，公式为：Ia+Ib+Ic=1[2]。零序电流的产生主要基于电流的单向运行和不对称运行。根据实际情况所产生的故障问题，使用分布式探测器实时在线监测故障信息并对其进行判断分析时，可以通过监测零序电流来从而排除故障。电路母线是整体线路的枝干，所有分线汇集在母线上，当母线的网线结构复杂错乱时，其故障点区段的零序电流值基本是相等的，并且其数值远远大于正常线路所产生的零序电流值。

当发生这种情况时，需要在每个分布式监测点进行在线监测探测器的安装，并保证监测探测器的各方面性能的正常使用;设置安装主机系统，其功能包括信息处理、地理信息管理和GPRS通信。配电系统在正常工作运行的过程中，检测器不参与运行，时时保持待机;当电路出现故障时，主机监测到故障信号，从而传递到探测器，探测器再监测零序电流的数值，将此数值反馈给计算机主机，网络系统对传递回来的数值进行对比分析，从而锁定故障区间并实施故障维修。

配电网络系统的程序错综复杂，大多数的节点在室内无法被监测检验到，在线检测探测器就起到了至关重要的作用。在线检测探测器不但具备实时监测的多项功能，而且体积小，成本低，功耗的要求也相对较小，很适合室外的运行辅助工作。

3 通信技术实行方案

当前通信技术在我国被广泛普及，其网络费用低廉、覆盖范围广，服务的同时需要有高速传输数据的能力，GPRS成为了这一领域的首选方案。

在数据传输的过程中，设备与设备之间需要做到链形连接，而SIM300模块就很好的起到了连接的作用。SIM300支持通信个频率赫兹的传导且功耗很低，可以为语音通信提供高质量的服务，还可以实现高速数据传输。SIM300的成功建立连接系统需要在指定计算机上建立联络端口，且计算机的IP 必须与公网的IP 保持一致。建立端口后，计算机就会执行相应的运行程序，SIM300模块得以成功建立连接，分布式探测器就可以在校检测数据了。

通信的覆盖需要从主机出发，对多台设备进行操控，实现一对多、点对点的运行方式。主机需要读取某一段补点的分布式探测器数据就与相对应的分布式探测器建立连接，并将数据反馈给主机。

4 主机的监控作用

当配电网的电路运行良好的情况下，此时产生的零序电流值计算机会作为参考数值将其保存，这一做法可以有效的消除三相电流不对等的数值偏差;在电路发生短路故障时，主机所的得到的零序电流值会发生异常，这时主机会先行启动通信程序联络各个分机，各个分机则将所处故障阶段设备的反馈回主机。

整套系统的监控主站需要通信模块与计算机主机相互配合完成运行，计算机连接通信模块的RS端口，构成GPRS信息终端，从而做到无线收发、集驱动控制[3]。计算机主机在这种状态下就能够支持数据业务与短消息业务，从而为分布式探测器发布命令信息。

计算机上的监控软件是由VC编写的，由工具软件、应用软件和数据库管理软件三部分组成，共同完成原始数据的处理与终端设备的通信工作。用户在使用软件进行操作时，可以轻松、简单地制作配电网线路图，并修正各设备的初始数据形成可观的数据库网络，并对各类数据进行管理整合。

5 结束语

近年来，我国的配电供电技术在持续发展，分布式探测器的在線监测功能很好的解决了配电网接地故障问题，整理分析零序电流的数值变化，可以准确有效的确定故障位置。其具体的实施操作与通信技术结合，很大程度上满足了当前配电供电的要求，为我国配电网的开发奠定了基础。

参考文献：

[1]林功平.配电网馈线自动化解决方案的技术策略[J].电力系统自动化，2001，25（7）：52-55.

[2]周荣光.电力系统故障分析[M].北京;清华大学出版社，1988.

[3]吴敏，朱锡贵，徐为纲.无信道馈线故障处理技术[J].电力系统自动化，2000，24（6）：39-41.

（作者单位：莲都供电公司大港头供电所）