10kV配电网故障在线监测与定位技术分析

李杰 王一鸣 林海 宋志冬

摘要：用户对用电可靠性及质量提出更高要求，因为配电网自身因素影响了对故障的及时定位，故障定位技术无法直接用于定位配电系统的故障，如此，配电网故障定位技术的进步严重影响了电力系统可靠及真实性，决定电能质量的提升，因而配网自动化建设备受重视。10kV配电网故障在线监测和定位分析是一个非常重要的研究方向，基于此，许多学者以电网故障定位技术为中心，做出了认真细致的分析，给出了各种定位方法，希望达到电网自动化与智能化。

关键词：10kV;配电网故障;在线监测;定位技术

配电网自身比较特殊，使得故障定位不易进行，且当前社会要求更高的供电可靠性及电网质量，为高精确定位，许多研究学者给出了许多手段。而单一算法自身有一定局限性，无法较好地符合定位需求，为此，配电网故障在线检测与定位的研究很要必要。需从不同方法原理及其客观条件入手，结合配电网结构情况，考虑到自动化发展规模，把各类算法较好地协同在一起，产生系统化的故障定位方案，更好地应用在电网故障定位中。系统化的配电网故障定位方案使各类算法相互补充，使定位准确且可靠，极大地降低配电网故障效率，减少成本消耗，提升经济及社会价值。

1配电网故障在线监测系統构成

配电网故障在线监测系统主要由主站系统和故障监测远控单元两部分构成，其中每套故障监测远控单元包括1个远程通讯单元和3个在线监测单元。

2系统技术原理及主要功能

2.1技术原理

远程通信单元通过短距离无线跳频通信方式，实时采集在线监测单元的运行数据和故障信息，通过GPRS通信方式，将数据发送到主站系统，进行分析和处理。当线路发生故障时，在线监测单元根据线路中流过的稳态和暂态故障电流以及线路电压的变化，判断该位置的线路是否发生短路或接地故障。

2.2主要功能

故障监测远控单元在线监测、判别接地故障和短路故障，并将所采集到的故障信息传输和录入到主站数据库，供实时数据统计、分析、检索和查询使用;同时给出声光和短信报警，将故障点信息告知调度人员和电力运行人员，从而引导工作人员迅速准确地找到故障点。

该系统在主站计算机线路模拟图上直接显示故障类型、故障电流途径、故障点位置，在线实时监测显示线路电流等运行参数及绘制历史曲线图，并提供故障后事故分析和总结功能等，以帮助电力运行人员及时掌握线路的正常运行情况和故障发生过程。

3故障在线监测和定位的主要方法分析

3.1在线检测定位阻抗法

电路具备电阻、电感、电容前提下，阻碍电路中电流的作用称之为阻抗。阻抗一般以Z表示，为一个复述值，也就是真正意义上的电阻，也可称之为电抗，其中电路中电感阻碍交流电作用被称之为感抗，电路中电容阻碍电流的作用被称作容抗，电路中电容与电感阻碍交流电的作用被称之为电抗。阻抗以欧姆为表示单位。阻抗含义在电路中有存在，且出现在力学振动系统当中。依照产生故障过程中测出的电压及电流来计算故障回路阻抗，与线路长度和阻抗的正比例关系保持联系，预估出故障距离。以算法为参照，划分阻抗法为两种，一种是双端数据，另外一种是单端数据。在精准分布参数模型的使用下采用双端数据测距算法，应逐步优化数据，和伪根判断保持同步协调。因为模拟技术不完善，使得单侧电压信号和电流应用到单端数据测距算法当中。

3.2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。

3.3在线检测定位行波法

行波（travellingwave）平面波属于一种传输状态，它的幅度顺着传播方向以指数规律发生改变，相位以传输线为方向，呈现线性规律改变。由临近的t1时刻与t1+△t时刻来分析及观察，能够看到：时间不断延长时，波形移向传输线的终端。行波法也就是行波与故障距离从故障点传及检测点的时间形成的正比例，一般有下述5种类型。

原理1，现代行波故障测距原理，详细而言，即采用故障暂态生成的行波得到双端测距，从线路内形成的故障形成了行波初期浪涌，如果它处在线路两侧测量点时，能够得到彼此之间绝对时间差值，继而算出从故障点到故障点两侧测量点距离。

原理2，断路器合闸位于故障线路上，生成暂态行波，处于测量点上永久性的故障点相互之间往返时间来算出故障距离，在该点利用下，能认识到其对线路利用重合闸传输高压电十分必要，应对故障产生的零初始角电压，它也可以较好地完善小时引起的测距不成功。

原理3，第4种行波定位为单端故障形成行波，继而对故障做出定位处理。如果线路发生了故障，母线与故障点内电压、电流一来一回地反射，按照考虑到故障点和行波二者之间单次往返时间，且结合行波波速，便可准确无误地对故障点实施定位。

原理4，在利用故障点的条件下，生成行波，逐步完成线路两端时间差，通过第1个行波波头的使用，让线路两侧时间计算双端定位得以实现，所以，无需考虑它的折射及反射，仅需获取第1个行波波头，且行波发生了比较大的幅值，辨别较易进行。

原理5，结合注入端信号，考虑各故障点相互单次往返时间，算出故障距离，也就是发生故障后，以人工方式发送针对故障信号的脉冲信号，接着主动检测脉冲信号发送及故障点反射至检测点的用时。

4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。

结论

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。

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