基于暂态录波型故障指示器的配电网故障事前管控应用研究

国网北京通州供电公司 闫承山 刘德坤 钱叶牛 张 楠 郭 琦 张鹏程 赵 薇 张国瑞

随着通州城市副中心建设推进，通州城区规模不断扩大，通州区域用电需求也不断增加。通州地区配电网的网架结构也越来越复杂，配电线路的故障数也同比处于历史高位，已经成为影响通州公司供电可靠性的重要因素之一。通州公司传统的配电网抢修多为被动式抢修，依靠人力逐步排查线路故障点，成本高、效率低下，亟需改善。配电网的自动化建设全面提升了通州地区的配电网管理水平，将配电网的运行状态，特别是故障信息与实际线路相结合，实现了故障抢修快速准确，从技术层面上保障配电网的稳定性运行。

国家电网公司提出以公司“十三五”配网规划为依据，全面推进配电自动化建设，提高配电网供电可靠性、供电质量和效率效益。配电自动化建设的推进，在技术层面有多种方式可选择，如开展一二次设备融合、推广智能配变终端、就地型馈线自动化的应用以及配电线路故障指示器的应用等。其中，配电线路故障指示器成本最低、功能丰富、安装便捷且无需停电安装，在投资成本、建设周期、运维成本等多个方面具有较好的优势，特别是在配电自动化建设初级阶段最具竞争优势[1]。

配电网直接面向用户，是维持供电质量的同时提高电网运行效率以及创新用户服务的关键环节，提高配电网设备运维水平、降低故障率是保障安全和高效运行的基础。现有配电网运维整体上还是以传统的周期性巡视和故障抢修为主，其中配电网架空（架混）线路是运维管控重点，超过85%跳闸故障在发生前有短时接地、短时放电现象，不需要人工处理能够自行恢复，具有较大的隐蔽性。因此迫切需要转变运维管理模式，将运维管控的工作方式由事后抢修巡检转变成事前预警主动处理，提高配电网运维管控能力和供电服务水平。

1 暂态录波型故障指示器

由采集单元和汇集单元组成暂态录波型故障指示器。采集单元具备异常区段录波、微功率无线组网功能，可通过本地无线网络将异常区段信息上传到远程汇集单元，然后汇集单元将异常区段信息实时上报到配电自动化主站。暂态录波型故障指示器通过电流互感器取电，当线路负荷电流大于3A时，即可从架空线上获得稳定可靠的电源。电流、电场采样频率可达12.8kHz，实现暂态波形数据捕捉[2-3]。

暂态录波型故障指示器目前是最新一代的产品，它具有远程通讯功能，还可记录故障发生前、发生时以及发生后的电气量波形和电力系统参数。故障指示器与自动化主站相互配合构成的故障指示器定位系统，可将故障定位的功能交给主站处理。这样就可利用故障信息远传的方式，故障区段可直接由主站确定，然后主站提前通知工作人员故障位置来及时处理。故障排查直接转变为提前已知故障区段，不需要再由原来的沿线被动查找，很大程度上降低了处理故障的时间、缩短了停电范围，变得更加符合配网自动化的要求。

暂态录波型故障指示器在配电架混线路上的布点原则为：据暂态录波型故障指示器技术规范要求，线路负荷电流不小于5A时，TA取电5s内应能满足装置全功能要求，根据架空线路特征，布点原则如下 ：

变电站出线主干线主要分段、大分支线首端：安装间隔1～2km，对于地理环境恶劣、故障巡查困难、故障率较高的线路，适当减少安装间隔；主干线路分段：安装处线路半日内平均负荷电流大于3A，长线路无开关的主干线中段，主干分段不少于3段、每个分段不超过2km，对架空线路采用故障定位装置分段，可缩小故障区段范围；主干线路分支：线路重要分支入口处，对于支线长度超过2km或者支线承担重要负荷，用于监测支故障。

线路分段和分支开关：对于超过2km的大分支，在支线首端和中间位置各安装1套，可在不具备录波或小电流系统接地故障判断功能开关负荷侧，用于指导故障后的停电检修；电缆线与架空线连接处：电缆和架空线路连接处加装，可确定故障点是否在电缆段；重点用户产权分界点：重点用户专线、专用支线、专用变压器等重点用户产权归属他人的用电设备处，可通过安装故障定位装置．以提高重要用户供电可靠性[4]。

2 配电网故障事前管控体系

故障指示器在配电自动化建设中特点：配电线路故障指示器在投运建设过程中，配电网无需进行一次设备的改造，其适应配网系统的各种中性点接地方式，同时也适应间歇性接地故障、瞬时性接地故障、弧光接地故障等非永久性接地故障，可大幅度地提高配电线路单相接地故障的自动定位准确度。暂态录波型故障指示器故障区间定位系统的顺利运行，中心服务器的数据处理能力是关键。配电网线路分支多、网络结构复杂，所需安装的故障指示器数量众多，配网线路发生故障后同一母线上的故障指示器均会触发录波，大量的录波数据将会实时上送给中心主站服务器，中心服务器唯有具备较强的大量数据实时分析能力才能对所上送的故障录波数据进行分析，为准确定位配电线路故障原因、实现故障预警提供技术支撑[1]。

目前，通州公司已有超过1500台暂态录波型故障指示器投运，积累了丰富的暂态录波数据（跳闸前）。统计数据表明，在永久短路故障发生前的第一周，有大约75%的情况下线路中至少有一次可识别的瞬时性故障发生，有大约93%的情况下至少会触发一次暂态录波；把时间放宽到前4周，则大约有91%的情况下线路中至少有一次可识别的瞬时性故障发生，有大约98%的情况下至少会触发一次暂态录波。如果以时间轴上的分布来统计，故障前第一周线路中发生瞬时性故障或扰动的概率最大，第2周、第3周和第4周发生的概率和次数比较接近。

在树碰线、绝缘子裂损等线路异常产生后，其引起电压和电流的波动将导致配网线路上不断出现的暂态扰动波形，通过现场电杆上安装的暂态录波型故障指示器记录暂态扰动数据，上传配电自动化主站系统，由主站系统分析暂态波形的特征（如电压突变量、电流突变量、持续时间、等信号特征），做出故障区间事前预警信息，并将该信息通过接口程序推送至智能化供电服务指挥系统（以下简称供服系统）。

供服系统通过APP将巡视工单下发至班组，供服系统具备对多起同线路预警信息整合功能，并按照发生频率定级预警严重等级。具体定级原则为：以72小时为周期，周期内相同线路累计接收3次（不含）以下预警信息的判定为一般隐患，下发工单在72小时内；3次（含）至5次（不含）预警信息的判定为严重隐患，下发工单在24小时内；5次（含）以上预警信息的判定为危急隐患，即时下发工单。

通过巡视工单，由运行人员有针对性地开展重点区段隐患排查，力争把设备隐患和缺陷在萌芽状态处理，将运维管控的工作方式由事后抢修巡检转变成事前预警主动处理，大幅降低运行人员劳动强度，全面提高运检质量、效率和效益。

3 现场实际应用案例

2021年3月27至28日通州地区大风天气，供服系统供推出16条故障区间事前预警信息，涉及10条架混线路，7条线路找到运行缺陷，有效避免7次整线故障。应用举例如下：预警短信一：2021-3-28 16:19:56通州.徐辛庄10kV通营路242通营路14/2号杆小号侧故障指示器下游发生C相接地故障。在变电站、柱上开关未启动故障隔离之前，由运行人员提前APP巡线，发现在14/15号杆东边相吊瓶放电，提前进行了缺陷处置，避免发展成故障；预警短信二：2021-3-27 16:42:30通州.玉甫10kV南火垡路251南火垡路66号杆支线侧故障指示器下游发生A相接地故障。在变电站、柱上开关未启动故障隔离之前，由运行人员提前APP巡线，发现在66/1号杆增压器A相磁头搭挂树枝，提前进行了缺陷处置，避免发展成故障。

综上，配电网规模大、设备多，现场周期性巡视、缺陷查找靠人工判断主观性大，智能辅助手段不完善，巡线效率低。基于暂态录波型故障指示器的配电网故障事前管控应用，运行人员有针对性地开展重点区段隐患排查，力争把设备隐患和缺陷在萌芽状态处理，运行人员的工作量大大降低，配电网智能运检质量、效率和效益得到显著提升。下一步可进一步挖掘隐藏在故障波形中的信息，通过大数据、人工智能等技术，建立健全暂态录波数据与配网故障类型关系数据库，实现设备故障的辨识，充分发挥信息化、智能化技术在配电网运维过程及结果评估中的作用，实现数据驱动下的配电网智能化运维管控。