自动化设备在10kV配电线路故障抢修中的作用分析

2022-11-02何显辉

中国设备工程 2022年20期

何显辉

（广东电网有限责任公司佛山南海供电局，广东佛山 528299）

信息时代到来后，计算机信息技术发展迅速，市场上陆续出现了各种的自动化设备，这些设备在10kV配电线路故障抢修中的应用，实现了故障识别、处理的自动化，凸显了设备功能优势，彻底突破了原先的工作模式限制。随着电力事业的现代化发展，10kV配电线路的故障抢修中，应加大自动化设备的应用。

1 10kV配电线路特点

电力网络中，10kV配电线路是关键性的构成部分，但其结构一致性较差，一些为放射状，一条线路的每一个分支要与几十或者上百台变压器连接，一些为用户专线，只需要与一个或者两个用户连接即可，相当于输电线路，线路有长有短；一些线路应用在110kV变电所，一些应用在35kV变电所；线路配电变压器的电流大小也有差异，一些达到了100kVA。在电力系统的运行过程中，配电线路属于高压配电线路，在城乡发展的今天，农村、城市远郊的10kV配电线路为架空线路。为保障城市核心区域内的供配电稳定性、用电安全性，电缆线路的应用相对较多。总体来看，10kV配电线路多应用在露天环境中，呈现点多、面广、线长的特征，接线方面的技术要求较高，后续使用的过程中经常出现各种故障，影响了正常的供配电。

2 10kV配电线路常见故障和原因

2.1 接地故障和原因

10kV配电线路的使用中，出现故障的概率较高，接地故障是一类较为常见的故障，根据接地故障的原因，与线路瞬时性接地、永久性接地有着紧密的联系，一旦在10kV配电线路的使用中出现了接地故障，变电设备无法正常使用，配电网的供配电也将受到严重的干扰。结合10kV配电线路接地故障的产生原因，主要为：配电线路老化严重，电路绝缘体在长时间使用过程中出现了损坏，恶劣的环境条件下，导线与树枝、电线等接触，引起了接地故障；供电过程中，电容在极端情况下出现异常变大或者散乱的情形，电压远远低于正常参数，电流远远超过正常参数，烧断导线后也会引发接地故障。

2.2 短路故障和原因

短路故障也是10kV配电线路中较为常见的故障，许多问题都会引发这一方面的故障，如小动物筑巢、雷电闪络、断线弧光等，都会增大短路故障的发生概率。就鸟类的生活习性而言，经常在密集的配电线路上筑巢，后续鸟窝被毁、鸟类打斗、展翅飞行的情况下，配电线路无法保持在正常的条件下，可能会出现相间短路，引发短路跳闸现象。腐蚀性气体或者其他异物也会引起短路故障，如周围地区的工厂生产中，排放有腐蚀性气体，对配电杆塔或者金属配件的腐蚀，易引发短路现象。一些配电线路位于城区或者街道的恶劣地区，未做好线路保护，如线路上经常被刮上非导体、导体物质，这一情况也会引起短路。在受到外力作用影响时如果未及时处理，也可能引发短路故障，如车祸将电线杆撞倒，或者随意砍伐树木时树枝、树干跌落在导线上。10kV配电线路由于多处于室外空间，受到自然环境的影响较大，在自然因素干扰下，短路故障也难以避免，如遭遇暴雨、暴雪等极端天气时，线路可能会断裂或者击穿空气放电。

2.3 过流跳闸和原因

10kV配电线路运行中，当线路长时间存在相间短路时，线路在变电站与故障点之间的电流负荷异常大，自动保护装置被继电保护装置驱动，出现了跳闸或者断电现象，也影响了正常的供配电。一般情况下，过流跳闸故障的原因为：低压线路的短路情况下，跳闸很难避免，过小的电流保护定值下，瞬间增加线路负荷，无法与用电负荷增长的需求相符合，跳闸频繁；导线直径过小，负荷电流速度较快，当负荷电流经过导线时，导线温度异常升高，在薄弱部位可能会发生打火的现象。多种因素的影响下，容易出现跳线、熔丝熔断、烧断导线的现象，引发短路电流，最终加剧过流跳闸故障的发生。

3 10kV配电线路故障抢修中的自动化设备作用

就当下10kV配电线路故障抢修中自动化设备的应用情况来看，主要应用的是故障指示器、馈线自动化开关、智能控制器。故障指示器多应用在架空线路与电缆的特殊位置，在有关的自动化设备内布设，短路问题的出现一般与接地故障有着紧密的联系，通过故障指示器的配置，可由设备自动对发生问题的部位做好标记，指导维修工作的开展。馈线自动化开关的使用，能实现相间负载电流、短路电流、零序电流的相互隔离，保护相关零部件；也可对各个单元模块实施精准把控，灵活性更高；线路在馈线自动化开关辅助下，可稳定运行与使用，出现跳闸现象的次数明显降低。智能控制器也是线路故障抢修中应用比较多的设备，该设备中集成了许多现代化技术，如网络技术、通信技术、数字信号处理技术等，经由该设备的配置，能够在线路运行中实现电能质量检测、负荷管理、无功补偿、变压器工况监控。

4 自动化设备在10kV配电线路故障抢修中的应用

4.1 馈线自动化开关

传统10kV馈线在使用的过程中，为发挥其应有的作用，需利用柱上开关断路器、负荷开关，基于断路器的配置，可在故障发生的第一时间断开故障电流与负荷电流，但从负荷开关的角度来分析，此类开关只有分断负荷电流方面的作用。因此，从功能上来看，不论是柱上开关断路器还是负荷开关，都不具备自动切断故障的功能。

客观角度，通过在10kV配电线路中应用常规断路器、负荷开关，可凸显经济性方面的优势，但同样也存在着很多的问题：主干线与分支线，永久性故障或者瞬时故障的发生，往往会导致开关频繁跳闸；馈线出现开关要多次分闸与合闸，长时间频繁分合闸，会增加停电次数，久而久之也会对整个电力系统的稳定性造成巨大的干扰；不论发生的是大故障还是小故障，负责故障处理的人员，都需要开展全线的故障检查，逐段对负荷开关实施分闸或者合闸，以实现故障的精准定位。因此，不论是断路器还是开关工作状态，都不具备实时监控的功能。

在10kV配电线路的故障抢修中，馈线自动化开关实际上就是在馈线中添加了自动化开关，当前的市场上，主要包含以下几种：

（1）智能柱上断路器，这类型的断路器，是在充分结合馈线效果的前提下，又安装了保护单元、自动化控制电源而形成的，兼具对短路电流、零序电流、负荷电流的切断功能；能与带时限的过流保护高度配合，实现对重合闸的科学保护，从这一作用出发，多应用在馈线的干线、支线上。基于传统负荷开关中与之相匹配的自动化控制单元安装，可在配电线路运行时出现负荷电流、零序电流的情况下立即将其切断，还兼具其他设备无法比拟的压延时合闸、无压延时分闸功能，当发生故障时，该设备可立即让故障区域与正常区域分离。

（2）馈线自动化智能控制器，在这种类型的设备应用中，多是与断路器、重合闸、负荷开关相连接的，且需严格根据实际需求进行参数的设置，最后通过各种各样的通信形式，保障实时通信。馈线自动化智能控制器允许安装各种保护功能，可安装速断保护、零序保护；分支用户分解断路器。当了解了实际使用需求后，利用整定保护定值，能够使馈线断路器与自动化断路器之间保持高度的配合，即使发生了故障时，也能够快速处理，减少停电问题的出现。

当下人们对供配电提出了较高的要求，为保障电网的安全、可靠运转，需结合线路的具体功能，进行自动化开关的配置，以利用自动化开关对10kV配电线路加以实时监督，发挥故障分段隔离技术的优势，确保设备能与变电站间的保护高度配合，从根本上减少负荷开关的动作次数，定位故障点，确定范围。以分支线分界断路器ZBI与分支线用户分界负荷开关作为研究对象，在位置上存在永久性故障，存在带时限保护及重合闸功能的分界断路器ZBI第一个出现跳闸现象，随后分支开关YSW1和YSW2在失压以后也陆续发生了跳闸现象。这一现象主要是因为永久性故障问题所导致，ZBI在发生二次跳闸的过程中闭锁合闸，在此条件下，故障点与其他正常区域内处于分离条件下，如图1。

图1 工作流程图

根据图1，针对YSW1、YSW2，利用配网通讯模块可进行相应的信息传输，当有关信息被传输给指定部分时，相关部门就能在第一时间发现并处理故障，组织专人进入现场开展故障抢修，抢修人员能在小范围内以最快的速度恢复正常，保持整个电网系统的可靠运转。

4.2 故障指示器

故障指示器作为一种应用相对普遍的自动化设备，多布设在架空线路、电路电缆、环网开关柜上，从设备本身来看，为组成指示故障电流通路的装置。经由该设备的使用，能够预警短路故障、单相接地故障、相间短路故障，为达到最佳的应用效果，在分支点用户进线等特殊部位，也可布置与自身相符合的指示器。故障指示器能定位监测线路故障，具体的应用过程中，需综合考虑诸多因素，如辖区内配电线路的供电情况，利用故障指示器、故障定位主站与通信终端，可达到对该区域内全部配电线路的智能化、可视化管理，在发生故障的情况下，快速锁定故障类型并精准定位。

依据配置情况，针对故障点的处理，一般包含3种：

（1）故障指示器模式，在此模式下，需在配电线路上安装故障指示器，分配专门的运营与维护人员，对配电线路加以实时监控。

（2）故障指示器与通信终端结合的模式，基于无线通信技术的应用，运维人员不需要开展线路巡视，一旦线路运行中发生了故障，故障指示器会立即进行故障信息的采集，进而根据信息分析结果，对故障情况加以初步与精准判定，将故障信息与判定结果同时传输给配网管理人员，通知专业人员进行故障的处理。

（3）故障指示器与故障定位主站、通信终端的结合模式，以无线传输的方式将遥测故障电流信息传输给主站、配网管理人员，如果监测到的数据存在异常，系统自动进行信息的自动采集与分析，进行故障类型、原因与位置的判定，锁定故障后发出预警信号。

一旦电网中10kV配电线路中安装了故障指示器，当10kV配网在运行时发生了接地或者短路方面的故障时，在故障区域内的全部故障指示器将持续闪烁，以提醒相关管理人员注意，并让这些人员在最短的时间内锁定故障位置。故障指示器向配网管理人员发射信息，实际上就是预警过程，当管理人员接收到了这些信息后，能够快速组织专业的故障处理人员，进入现场进行故障检修与处理，这种故障抢修模式下的效率更高，从故障发现到恢复，时间消耗较短，不会引起更大范围内的故障。

4.3 智能控制器

10kV配电线路的故障抢修中，智能控制器也有着一定的应用，该设备具备各个层次的线路保护功能，工作原理与柱上断路器高度相似。当利用智能控制器实施线路保护时，该设备与重合闸、断路器处于相互连接的状态，但为达到最佳的应用效果，需做好相关参数的设置，以保障智能控制器能够全面、细致地保护线路通信。不论是对于馈线自动化还是该设备而言，如果能够在具体的应用中保障衔接效果，也就可在零序保护、速断保护等方面发挥作用。在开关选型与故障检查时，需采取恰当的方式实现全面控制，以达到对故障的精准识别与控制，保障故障处理的及时性。