配电线路故障在线识别与诊断系统的设计探讨

2023-12-01西南油气田分公司川中北部采气管理处张小刚刘富权

电力设备管理 2023年19期

西南油气田分公司川中北部采气管理处古勇张小刚黄希魏瑞刘富权

1 引言

在社会经济快速发展的背景下，用户自身的用电需求也明显增大，因此对配电线路的故障识别和诊断也有了全新要求。在电网系统中，配电线路是十分重要的组成部分，但同时也相对脆弱，一旦受到外力破坏，或者人员出现操作失误，将会引发大面积停电事故，严重情况下甚至造成电网瘫痪，进而给电力企业造成严重的经济损失。因此，需要合理构建在线识别与诊断系统，确保有效识别和诊断线路故障问题，从而有效处理故障问题，使供电系统运行得到快速恢复，进一步保证供电质量。

2 配电线路故障在线识别与诊断系统特性

对于配电线路故障在线识别与诊断系统，可以在配电线路上安装监测装置，以此来对配电线路的运行状态信息进行实时记录，有效落实状态监测，准确识别故障，并完成具体的在线操作。通过有效研发和应用故障识别技术，可以更好地实现状态检修，此系统对无线通信、互联网、故障定位与相关的电力传感器进行了充分融合，针对故障制定智能化的解决方案。如果配电网出现故障问题，例如接地、线路老化、短路以及雷击等，系统能够及时报告故障类型，并显示具体位置，确保维护人员能够快速排查此类故障，使供电能够恢复正常。针对配电线路故障的在线识别与诊断系统特性展开分析，具体包括以下几个方面。

2.1 监测范围广

针对配电线路故障的在线识别与诊断系统，可以对各个监测点电流具有的状态信息进行实时采集，具体需要涉及负荷、短路和接地等电流，并向主站系统上报这些信息，对接地和短路等故障监测参数实现在线调整，全面监控辖区当中的配电线路，确保对线路故障问题作出准确和及时的判断[1]。

2.2 适应严苛的外部环境

在监测配电线路的故障问题时，需要确保相关监测装置可以有效适应严酷的外部环境，避免影响到监测精度。在系统中安装具体的监测装置后，所使用的电源寿命通常为5年，而且具有较高的防护等级，可以有效解决老化问题，并承受-40～70℃的工作温度，而且在海拔高度不超过4000m，相对湿度在95%以下，风速低于34m/s，可以维持正常工作，具有极为广泛的适用范围，而且运行可靠性相对较高。

2.3 具备远程操控功能

对于系统的通信方式，具体需要采用双向短距离无线调频通信模块，在远程通信过程中需要运用GSM网络通信监测中心，以此来远程配置、监控和调试现场故障，并对配电线路的接地电流、短路电流和负荷电流进行实时监测[2]。

2.4 智能化故障监测

此系统能够实时冻结和查询故障监测器的相关数据信息，并严格监测相应暂态下的电流冻结采样信息，从而对三相暂态电流信息进行获取，准确判断故障，防止在重合闸时由于负载变化而造成非故障分支误报，使故障的诊断精确性得到提高。

3 配电线路故障类型

电网运行的正常与否，对人们自身的生活和生产具有重要影响，一旦配电线路出现故障问题，除了会影响到人们正常生活和工业生产以外，还会给电力企业带来严重损失。现如今，比较常见的配电线路故障问题具体包括间歇性故障、高空线路故障、高阻接地故障以及中性接地故障等，需要有效运用配电线路故障在线识别与诊断系统，结合故障的具体类型，从而对故障发生位置加以判断，有效排除与处理故障问题[3]。

3.1 中性接地故障

针对10kV电网，其需要合理采用电流接地方式，为了使单相的接地电流得到降低，保证电网的稳定运行，应采用变压器接地方式。在此情况下，可以将变压器电位有效固定成地电位，一旦出现单相接地故障，将会增大非故障相电压，暂态过电压水平相对较低，具有较大的故障电流，可以在跳闸后快速发生漏电保护动作，使故障得到有效切除，使系统当中设备的过电压时间得到缩短。对于电力系统故障而言，中性接地对电网系统的继电保护、供电可靠性、绝缘水平、通信稳定性等具有直接影响。变压器参数见表1。

表1 变压器参数

3.2 高阻接地故障

针对高阻故障展开分析，一般是指配电线路和高阻抗地面出现接触或者能够正常运行的物体以及电缆线路。例如，建筑物和树木在绝缘子闪络、短路或者雷击等因素影响下出现的故障问题。当电缆出现高阻故障时，电流与直接短路所产生的接地故障电流相比要较低，一旦对传统监测方法进行采用，则无法使监测结果准确性得到保证，一旦线路故障时间较长，则会造成相间的绝缘击穿，进而出现相间故障问题，给电力企业造成巨大损失[4]。

3.3 间歇性故障

对于间歇性的故障问题，其具体表现为配电线路的间歇性放电，在对故障进行监测后，相关故障问题可能会消失，但实际上故障仍然存在。间歇性故障表现出重复性与瞬时性的特点，因此使用传统继电保护装置，无法有针对性地处理间歇性故障。除此之外，由于间歇性故障的电弧无法自熄，而且具有较大的单相接地电流，持续时间相对较短，因此容易出现永久性的接地故障问题，严重危害到电网系统的正常运行。

3.4 高空线路故障

对于高空中的电缆，长时间暴露于环境当中，会受到雷电、风、雪、雨等环境因素带来的影响，严重的可能出现腐蚀现象，此外电缆自身重量也会发生相应的变化，进而容易引发故障问题，甚至引发火灾，对线路的安全运行产生了严重影响。

电缆具有一定的特殊性，在被外界因素影响后，需要采取有效的防雷保护措施，防止电缆受到破坏。除此之外，在高空对电缆进行布置时，需要有效避开一些高大树木以及建筑物。高空当中的电缆通常可以对一片区域用电进行控制，因此具有较大的覆盖面积，如果没有及时处理故障问题，将会对多个地方的正常用电产生影响。所以，需要有效实现配电线路故障的在线诊断和分析，并对故障问题及时有效的进行处理，从而促进社会的和谐发展。

4 配电线路故障在线识别与诊断系统的设计对策

4.1 系统诊断流程设计

对于配电线路的故障在线识别与诊断系统，其工作流程具体涉及数据的采集和预处理、数据处理、决策诊断、技术措施等组成部分，在线诊断流程如图1所示。

图1 在线诊断流程

对于数据采集和预处理，其可以对配电线路的故障状态信息进行测取，以此来为故障诊断提供有力依据。所以，在实际监测时需要对传感装置加以使用，确保可以及时获取到被监测对象的相关状态信息。在获取到配电线路的相关参数信息后，传感装置能够通过信号调制解调器进行传输与转换，将原本连续的信号转变为离散状态，结合具体的诊断目的以及对象，选择能够反映被监测对象状态的信号，并进行具体的分类和整理，对数据信息有效采集，以此来合理构建状态信息库。

数据处理能够对被监测对象数据信息特征进行有效提取。传感器所采集的信号具体包括外部噪声、冗余信息，因此未能直接运用到故障诊断当中，需要分析和处理这些信号。例如，信号放大或压缩、噪声处理等。从而对故障状态所反映出的特征进行提取，为故障识别与诊断提供方便。

诊断决策需要参考配电网的故障数据库，可以将新获得的故障信息利用特征抽取，然后将其放入到待检模式当中，通过对数据库进行对比，可以进一步确定异常情况故障类型。在配电线路运行过程中，有着极为复杂的故障类型，需要对故障做好建档保存工作，根据基准模式详细分析故障征兆和状态，从而对故障的产生原因以及类型加以明确。

技术措施应对故障线路趋势进行分析，对其运行时间加以预估，根据故障产生原因做好维护和抢修工作，降低由于线路故障所造成的经济损失。

4.2 配网故障识别和定位设计

结合配电线路的故障类型和产生原理展开分析，通过此系统可以准确预测故障点，并进行定位追踪，是系统的重要核心功能。在该系统的运行过程中，可以针对配电网有效诊断，具有广泛的监控范围，而且线路环境十分复杂，所以在故障监测与定位过程中，需要对冲击高压闪络法、低压脉冲反射法和高压闪络法加以运用。对于低压脉冲反射法，其可以精确和快速的识别与定位低阻接地、开路故障，并严格监测配电线路电波在传播过程中的长度和速度。一旦配电线路出现开路故障，故障的等效阻抗具体包括特性阻抗与故障电阻串联。所以，开路的故障电阻无穷大，在接入低压脉冲测试仪器后，可以使脉冲信号有效形成全反射状态。测试端能够接收同极性脉冲反射信号，并在故障点发射具体的波形，对此区域的线路运行状态进行准确判断。

在对高压闪络测试法进行设计之后，能够对配电线路高阻故障进行有效监测，具体包括闪络性故障和高阻泄漏等。一旦在配电线路故障点位置存在的直流电阻，大于电缆特性阻抗后，即成为高阻故障。在配电线路的实际运行过程中，许多故障都是高阻故障。对于直流高压闪络法，其可以有效监测高阻闪络故障，有着比较直观和简单的监测波形。

对于低脉冲法进行应用，无法对高阻故障准确测试，因此对于故障点等效阻抗，其比较接近电缆特性阻抗，具有较小的反射系数，无法保证测试工作的正常开展。对于该类问题，系统需要有效应用冲击高压闪络法，提高配网线路对故障的识别率，使故障诊断结果的准确性得到提高。此方法属于高压闪络，所以试验电路具有较高的相似性，在冲击高压闪络法应用过程中，其对闪络等故障测试十分适用。对于冲击高压闪络法而言，应在配电线路与充电电容器之间，对相应的球型放电间隙加以增加。在监测系统的过程中，要有效充电电容，并在充满配电线路的电压后，确保球型放电间隙能够有效击穿放电，配电线路具有相应的瞬时高压。在此情况下，一旦配电线路的电压，大于故障点位置处的临界击穿电压，故障点将会有效击穿放电，将电流电压信号向两端有效传播[5]。