10kV配电网故障在线监测与定位技术分析

陈伟标

（广东创辉电力工程有限公司，广东佛山，528000）

0 引言

电网是指在电力系统中由变电、送电、配电设备、电力线路等组成的模块。10kV配电网一般适合于工业用电、居民用电、商业用电等场景。近几年来，配电网的规模逐渐扩大，与其相关的各种技术不断发展、提高，配电网的结构也日趋成熟，但是配电网的结构也更加复杂，同时伴随而来的电网故障也逐渐增多，由电网故障等造成的停电事件也普遍增加，给用户用电造成影响，甚至会威胁国家安全。我国的配电网技术取得了一定的成果，但与国外的技术相比仍然较为落后，相关技术仍有待提高，尤其是在电网故障检测和定位技术方面。目前，很多电力系统中仍旧通过人工的方式进行故障监测和定位，不仅需要大量的人力、物力和资金，还存在一定的安全风险，给电力工作人员人身安全带来威胁。随着用户对配电网质量和可靠性的要求提高，配电网的自动化技术逐渐受到重视，尤其是配电网在线故障监测和定位，更是其中重要的研究方向。配电网故障在线监测与定位技术的研究直接关系到配电网自动化和智能电网的建设与发展，具有十分重要的意义。

1 故障在线监测和定位的主要方法分析

1.1 阻抗法

配电网故障在线监测和定位系统当电网中发生故障时，可以详细的对电流、电压以及故障回路的阻抗值等进行计算，从而确认阻抗和线路长度的相对关系，进而判断故障距离，确认故障位置。从算法规律的角度可以将阻抗法分为双端数据和单端数据两部分，双端数据在进行故障定位时主要通过精确分布参数模型对数据进行不断完善，单端数据在进行故障定位时主要采用单侧电压信号和电流信号进行计算。

1.2 行波法

行波法是指根据行波和故障距离，从故障点和监测点传播所需的时间形成正比关系，一般分为五种。第一，利用现代波故障测距原理，主要是对故障暂态的行波进行双端测距，当线路故障时，线路中会产生行波的浪涌，当行波经过线路两端的测量点时，可以获取二者之间的时间差，根据时间差值进行故障距离的计算，进一步对其定位。第二，利用断路器在合闸时故障线路中会产生暂态行波，通过测定该行波在测量点与永久性故障点之间的来回时间，从而进行故障距离的计算。第三，利用故障点产生的行波，根据第一个行波的波头到达线路两段的时间差进行故障的定位计算。第四，利用线路故障时产生的行波在故障点和母线之间往返时间和行波的波速进行故障距离的计算。第五，在线路中发生故障时，人为的向故障线路发射脉冲信号，根据发射脉冲信号的时间，以及脉冲信号在故障点和监测点来回的时间，进行故障距离的计算。

1.3 配电网自动化技术

随着自动化技术的发展和进步，对线路故障进行监测和定位的方法逐渐增多，基于SCADA的对系统故障进行监测和定位的方法也逐渐涌现。其中大多数的方法都以配网馈线继电保护为基础，再利用断路器的关系，对整个配电网进行拓扑分解，形成相关的矩阵关系，由此而生成判别算法。

2 10kV配电网故障在线监测定位系统的优点

本文中以佛山市公安局禅城分居看守所的10kV配电网为例进行说明，该配电网的供电方式采用10kV双电源供电，在用户规划红线范围内由用户提供公用开关站用地，供电企业投资建设公用开关柜。在进行设计时，该电网中融合故障在线监测定位系统对配电网进行了保护设置。①在10kV配电网的高压柜中使用断路器开断过载电流和短路电流，采用微机保护。②采用高压计量方式，设专用高压计量柜，配装2套高压电表，并安装负荷控制装置，该装置与其他配电设备同时投入使用。计量柜要求满足有关电能计量装置的技术规范要求。该保护设置配合故障在线监测定位系统，能够有效的保护10kV配电网，下面将其几个方面的优势进行说明。

2.1 在线取电

在传统的配电网系统中都配有故障指示器，一般通过电池取电，使用过程中需要防水，在进行装配时需要对其进行密封处理，因此，电池不能进行更换，导致其使用寿命有限。而在配电网自动化系统中，故障在线监测和定位系统主要通过互感器进行监测，应用的材料较为特殊，在电流为10A时，该种材料可以获取0.5W功率，且重量较轻。同时，在使用过程中互感器还可以智能测量自身消耗的能量和电网的功率，在电网功率较小时，自动关闭辅助模块，从而节省电量，延长使用寿命。

2.2 更新故障判断

在配电网自动化系统中，故障在线监测和定位系统主要通过小波变化实现对于接地故障的判断。一般的接地故障中通常都会有容性回路，高频成分容易通过，因此，接地故障中一般都包含有大量的暂态成分。故障在线监测和定位系统利用小波变换可以实现对暂态信号的分析，同时再通过电流突变和流速断定值等方法对通过服务端搜集的数据进行分析和检测，从而实现对故障的精准判断。

2.3 优化监测运行环境

在配电网自动化系统中，故障在线监测和定位系统中在故障指示器内设置了温度传感器，在一定程度上可以优化线路监测的运行环境，使其更加稳定。在运行过程中，后台服务器像向故障指示器发送线路运行中的动态参数，系统进一步对参数进行改善优化。

2.4 准确测量负荷电流数值

故障在线监测和定位系统中在电缆上安装了导磁金属，当其处于闭合状态时，导磁金属则产生相应的感应电流，如果在导磁金属上缠绕一层导线，导磁金属和导线会形成感应架，产生形成一定的电压，从而更加准确地测定负荷电流数值。

3 结语

随着科学技术的不断进步，配电网的也不断发展，用户对电网的质量、可靠性等要求标准越来越高，配电网的自动化建设迫在眉睫。在配电网自动化发展过程中，配电网故障在线监测和定位是其中重要的环节，本文研究了10kV 配电网故障在线检测和定位技术，在电网故障发生是能够快速识别和判断故障位置，从而及时采取各种措施，保障配电网线路的安全可靠，有效减少事故的发生。