数字化接地故障定位装置在10kV配电线路故障处理中的应用

孙飞麟，赵旭旭

（国网新疆电力有限公司芳草湖供电公司，新疆 昌吉 831208）

1 数字化接地故障定位装置的现实价值

数字化接地故障定位装置是基于现代数字化技术基础的特定装备，对准确定位配电线路故障位置、查找配电线路缺陷等具有重要作用，在保障配电线路故障高效处理等方面发挥着关键作用。在10 kV 配电线路故障处理中，数字化接地故障定位装置可为技术人员提供准确可靠的接地故障信息，以更具前瞻性的方法措施对绝缘劣化的线路予以预警，有助于降低线路接地故障的发生频次。长期以来，各级供电企业不断总结探索数字化接地故障定位装置的创新运用，在细化完善其整体化配置与构造等方面进行了卓有成效的研究和探索，充分确保数字化相关信息信号的准确性。在接地故障状态下，配电线路电流短时间的急剧增加极为显著，电流远高于额定运行电流值，依托数字化接地故障定位装置，则可对上述条件进行连续性、动态化识别，对于及时准确响应故障处置具有关键价值[1]。

2 数字化故障定位装置异动机理分析

2.1 常用故障定位装置

现代数字化接地故障定位装置的深化运用，为配电线路故障的高效快速处理提供了更为丰富的技术手段，使传统技术环境下难以达成的故障处置预期效果更具有实现可能。此外，实践中常用的故障定位装置还包括在线故障暂态录波装置和配电自动化系统远方终端等，这些不同类型的故障定位装置在构造方式、运行特点以及响应过程等方面存在显著差异，需要结合配电线路的客观实际状态予以综合择定。以配电自动化系统远方终端为例，其指定分支配电网的接地故障范围与区域，对相邻终端之间的线路状态作出判断，属于分布式控制应用范畴。

2.2 故障定位装置定位原理及异动情况

在10 kV 配电线路发生故障时，数字化接地故障定位装置可及时进入响应程序。通过数字化技术方法的执行和运用，全面记录线路中各测点的电气量数据，在剔除无效信息的同时，将实测值与阈值进行纵向对比。当二者偏离幅度超出范围时，则可断定为异动状态。在此基础上，数字化接地故障定位装置进入程序信息流转阶段，通过其自身独有的预警功能，向技术人员提供故障区段判断依据，启动相电流突变量，然后合成零序电流，辅助制定线路故障处理方案。通过上述环节，相关系数可成为故障处理的重要参考，配电线路故障处理的实效性将显著增强。

2.3 故障定位装置异动原因分析

在当前10 kV 配电线路的运行过程中，导致数字化接地故障定位装置异动的原因多种多样，其中有线路运行方式的影响，也有信号传递误差的影响等。前者需要根据电力系统运行方式进行识别，排除金属性或低阻接地故障等；后者可通过监测电场强度，判断配电线路中的电压突变量，当零序电压符合故障条件时，则启动故障指示装置。数字化接地故障定位装置还应进行数据采样及合成，排除同步误差产生的潜在条件，确保暂态录波型故障指示器始终处于完好状态，以降低故障定位装置的误差水平[2]。

3 数字化接地故障定位装置在故障处理中的应用路径

3.1 故障定位和在线监测系统的设计及应用

3.1.1 定位系统总体结构

定位系统总体结构的系统性与完善性和数字化接地故障定位装置的实际效能密切关联，结合10 kV配电线路的运行特点，细化完善总体结构，从源头上保障其在故障处理中的实际效果。通常而言，定位系统总体结构以配电线路监测中心为基本单元，通过数据基站搜集、汇总与分析配电线路的相关数据信息，各线路节点向信息采集器进行信息传输，最终汇集形成整体性的运行体系。数字化接地故障定位装置可灵活运用比幅算法、相对相位算法等进行基波零序电流选线，运用谐波电流方向法、5 次谐波法以及有功分量法等进行谐波选线，分别执行接地故障暂态分析和稳态分析等，进而准确定位故障位置，如图1 所示。

图1 定位系统总体结构

3.1.2 系统软件功能设计

从10 kV 配电线路的整体结构出发，在数字化接地故障定位装置中植入地理信息系统，充分利用其在智能分析、算法优化与故障定位等方面的现实优势，实现综合化与协同化的接地故障定位效果，满足当前高标准、高要求的配电线路故障处理需求。当10 kV配电线路发生接地故障时，数字化故障定位系统可根据监测到的故障类型和影响范围等，发出相应的预警信息，提醒技术人员及时采取响应故障处理措施。整体而言，数字化接地故障定位系统由接口子系统、配网地理信息数据库以及故障定位子系统构成，彼此之间可通过故障指示器上传检测信号，构建网络模型，对故障进行重演和分析。

3.1.3 系统通信方案

当数字化接地故障定位系统检测到相应的故障信息后，应按照特定的通信方式，通过特定通信通道对数据信息进行传输，在线路系统范围内实现配电线路接地故障状态数据信息的关联交互，彰显数据信息价值。在通信方式层面，线路电流的测量数据符合数字测量的概念要求，充分保证数据精度，减少不必要的误码率。在该过程中，应建立健全完善的数据传输机制，为配电线路故障信息传输提供基础依据，防止数据信息通信中的畸变现象。在通信组网方面，可结合数字化接地故障定位系统运行特点，在多个配电线路之间进行通信组网，定期查询指示器，在数据中心和数据单元之间建立通信关系[3]。

3.2 配电网故障监测系统的终端设计及应用

3.2.1 终端设备取能技术

数字化接地故障定位装置需要对终端设备进行取能，以保障其在连续运行过程中的基本能源需求，提高其稳定性与可靠性。在数据集中器取能方面，可为其配置太阳能电池板，通过利用源源不断的光照资源，将太阳能转换为电能，使数据集中器能够获得有效能源支持。同时，可优化配置太阳能控制器，通过技术改造与升级等，实现智能充放电控制，将数据集中器所需的电能压力控制在合理范围内。在接地故障监测终端自取能方面，则可按照同采样率、同精度要求的方法，发挥测量传感器的实际效用，将三相波形数据进行集中整合处理，以提升取能功率。在终端设备取能方案形成后，应对其可行性做出必要论证，以达到相关专业技术要求。

3.2.2 采集终端设备应用

采集终端设备的应用过程，同时也是对数字化接地故障定位装置综合效能进行优化提升的过程，需要根据10 kV 配电线路的实际特点，制定完善可行的采集终端设备应用规范，以达到电流测量范围的宽度要求。依托电流传感器的实际效用，在不改动一次接线条件的前提下，对各类相对分散的终端设备影响因素进行集中统一管控，保证后续数据采集效果的最优化。运用开合式罗氏线圈实现信号放大的效果，然后通过信号积分进行滤波处理，最终按照特定比例输出终端采集设备的信号信息。采用循环存储方式，对采集终端结构数据进行存储处理，形成相应的终端现场构造体系，如图2 所示。

图2 采集终端设备模型

3.2.3 接地故障定位装置在线监测

为快速精准地对数字化接地故障定位装置进行调整优化，需要在监测终端、通信主机和主站软件之间建立关联，通过行之有效的方法规则对采集到的数据信息进行运算和移植，实现各种后台功能。在装置功能要求方面，需根据10 kV 配电线路的电流起伏波动状态进行在线监测、采集以及合成，并通过必要的功能性测试等，排除潜在不稳定性因素。在通信主机功能方面，应形成合理化的供电方案，保证数字化接地故障定位装置数据信息的一致性和实时性[4]。

4 优化提升数字化接地故障定位装置应用效果的方法举措

4.1 精准把握装置设计要点

为进一步提升数字化接地故障定位装置的实际应用效果，应充分把握其专业技术导向，建立健全的基于数字化技术的配电线路故障定位技术体系，形成智能化的接地故障定位系统，将现代智能化技术、定位技术与感知技术等作为重要工具载体。注重对配电线路故障数据信息的全过程搜集和监测，以动态化与连续性的方式对配电线路各类数据进行实时分析，提高数字化接地故障定位装置的响应速度，并配合运用线路录入系统，对线路具体故障点进行编码处理，使其在故障处理中能够正常查询。坚持可视化的基本技术方法，将配电线路设备、线路和地理位置等信息进行仿真建模处理，将相对分散的数据资源进行分类整理，形成可视化的图形或文字等展现在定位装置系统平台中。在该基础上，发出接地故障预警信息，保障故障排除与运维效果。

4.2 优化装置系统框架

基于数字化技术方法的配电线路接地故障定位装置，需要在多个维度层面优化框架结构。在实践中，可将数字化接地故障定位装置细分为前端采集单元、数据处理单元以及运维管理单元等多个部分，通过优化衔接彼此之间的匹配关系，提升其整体效能。在前端采集单元模块中，其主要承担配电线路工况状态数据采集功能，采集各个关键节点的线路数据信息，对异常信息进行辨识处理，结合其偏离幅值大小确定是否发出预警信息。该效果的实现需要通过集中抄表、自动监测等方式形成配电网数据包，为及时高效处置接地故障提供可靠数据支撑。

4.3 优化接地故障信号的去噪处理

在当前数字化技术的支持下，如何对配电线路接地故障的信号信息进行去噪处理，提高故障信号辨识度，是数字化接地故障定位装置应用中需要综合考量的关键。对此，应根据配电线路周围环境的客观实际条件，优化选择小波函数，保证其能够有效适应电缆故障的信号特性，确保原始故障信号能够更加清晰地传递到预定位置。优化设置软阈值，针对每一层接地故障信号进行分解处理，开展处理和构建相应的小波系数，在特定范围内重新建立新的接地故障信号。在电力电缆故障区域现场检测故障信号，发现其存在不同的噪声结构，通过噪声自身的频率特性，能够处理好各个不同尺度下的小波系数，从而得到消噪信号[5]。

5 结 论

数字化接地故障定位装置的实际价值决定了其在10 kV 配电线路故障处理中的关键地位。因此，技术人员应宏观审视数字化接地故障定位装置的技术作用，精准把握其在配电线路故障处理中的应用价值，健全基于数字化接地故障定位技术的实践方法体系。摒除陈旧模式下故障定位与处理的技术框架，在终端设备与异动监测等方面实现创新优化，为全面彰显数字化接地故障定位装置的实际效能奠定基础，为促进配电线路故障处理高效化、规范化、精准化贡献力量。