县城配电网故障快速定位技术的研究和实践:配电网故障定位

　　摘要：配电网故障点的查找占配电故障处理非常多的时间，有效缩短故障查找时间，可以有效提高供电可靠性。利用故障指示器和无线公网通信技术，研制开发了一套切合生产实际需要的故障快速定位系统，该系统可以在较短时间内确定出故障发生的区段，彻底改变人工查找故障的落后局面，从而大大提高故障处理效率，为县城配网快速定位故障探索出一条有效的途径。
　　关键词：配电网；故障；单相接地；定位
　　作者简介：李江萍（1971-），女，河北石家庄人，石家庄市井陉矿区电力局生产技术部主任，工程师。（河北?石家庄?050100）
　　中图分类号：TM726?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）24-0154-02
　　随着经济的发展，县城10kV线路的负荷不断增大，供电半径也随之加大，分支线路增多，造成线路的结构越来越复杂，因此线路故障频繁，[1-3]导致线路的供电可靠性难以提高。停电是影响供电可靠性的主要原因，[4-7]2009年中电联对电力系统发生故障而导致的停电情况进行了统计，结果显示，在这些停电中，线路上发生故障导致的停电时间占到总停电时间的60%左右，处理故障过程中查找故障的时间占整个时间的70～90%。而且配电线路呈网状结构，故障查找更加困难，因此如何提高配电网的故障查找时间成为提高供电可靠性的主要手段。[8]
　　本文首先介绍了检测短路和单相接地故障的原理，将故障指示器的动作信息利用现代的通信技术发送给监控主站，监控主站将这些信息与实际线路中指示器的安装位置相结合，进行网络拓扑计算，从而确定出故障所在的区段，同时将该区段以特殊的形式在屏幕上进行显示和报警，并将该信息以汉字短消息的方式发送给运维人员和应急抢修车辆，抢修车辆可以根据该信息快速驱车赶赴现场，消除故障并恢复线路供电，从而提高供电可靠性，进而大大降低故障巡线人员的劳动强度，提高工作效率。
　　一、故障检测装置
　　故障检测装置可以用来指示故障电流通路，主要用来检测配网中的两大故障——相间短路及单相接地故障。该产品可以在高压导线和电缆系统中带电装卸，具有本地显示和信号远传的功能，本地显示一般采用翻牌和闪灯相结合的模式，在白天阳光充裕时可以清楚看到显示的翻牌告警，在夜间或光照不充分时可以通过超高亮的LED进行告警显示。
　　配电网的生产运行过程中经常发生两种故障：短路和单相接地故障，很多是单相接地故障，而且查找比较困难，尤其是当配变上的硅橡胶护套的避雷器被击穿后，很多外部不会出现裂痕等现象，只能靠逐个的试拉试送来查找，费时费力。
　　1.短路故障检测原理
　　检测短路故障的原理是通过电磁感应方法测量线路中的电流，根据目前负荷电流的大小实时计算过流定值的大小，当电流超过该过流定值时，再检测其持续时间，如果持续时间在4秒之内，且与过流电流满足反时限曲线的关系则判断为故障。具体判据为：
　　（1） 线路开始正常工作至少8秒钟。
　　（2）线路出现短路电流，短路电流的定值为：If=IL×K（If），且（If-IL）>120A，该短路电流持续20～4000ms，且与If成反时限特征。IL为负荷电流，K（If）为短路因子。
　　（3）线路停电。
　　它的判据比较全面，具有自适应性的特点，不会因为线路的继电保护整定值改动或者用电负荷增加而导致检测单元不适用原有线路的问题，可以大大减少误动作的可能性。同时利用短路时的其他条件（来电、停电等）来消除安装时装置与线路的相对位置可能有偏差而导致的测量不一致的问题，从而大大提高了设备的使用方便性。
　　2.单相接地故障检测原理
　　小电流接地系统单相接地故障发生后的特征信号中含有各种各样的故障信息，如稳态基波分量、高频暂态分量等。目前接地故障检测主要采用的5次谐波法、电容放电脉冲法、首半波法等[1，4]就是利用了这些故障信息构成的故障判据，这些方法依赖于发生单相接地故障前后配电网参数的变化。这些方法在变电站接地选线中已经被证明是不可靠的，而且信号本身较弱，容易受到外部的电磁干扰和谐波污染，导致获得的信号失真，而且雷击导致的电磁暂态变化往往与这些放电脉冲特征有些相似，这些都直接影响了装置检测准确性。
　　本文介绍的单相接地故障检测是采用可变负荷法，与信号注入法有相似之处，其原理如下图1所示。
　　
　　上图中可变负荷由三个可以独立操作的高压真空接触器和高压电阻R组成，真空接触器的进线侧分别接10kV母线的A、B、C三相，另外一端短接后与高压电阻相连，高压电阻的另外一端接地。假设系统发生了单相接地故障（如C相），可变负荷检测到系统零序电压升高到设定值后，控制相应的高压接触器（B相）闭合，这样使电阻R（负荷）通过大地接在故障相与其他健全相 (如图中的C、B两相)之间，相当于使得这两相之间的负荷发生了变化，这个变化的负荷使故障线路上的负荷电流又叠加一个有特殊规律的电流信号，具有特殊规律的电流流经故障线路、接地故障点和大地返回可变负荷。安装在10kV线路上的故障检测装置检测到该信号后给出告警指示，从而确定出故障所在的区段和分支。
　　二、县城10kV电网故障定位
　　县城10kV电网故障定位系统包括：故障检测检测装置FD、通讯系统和监控中心。通讯系统又分为：近距离无线故障信息传输系统、无线公网传输系统、GSM网关和监控主站。整个系统的原理如图2所示。
　　
　　故障检测装置FD一般安装在10kV线路分支处的主干和分支线上,当系统发生过流短路或单相接地故障时，故障检测装置会向数据转发站发送不同的编码信息，从而区分开这两种故障。当发生故障时，FD检测到短路故障电流满足前面提到的几个条件或特定信号电流流过，进行本地报警显示，同时对外发送短距离无线信息，将动作信号传送给附近的无线收发数据转发站。无线收发数据转发站也安装在线路的分支处，最多可以接收9只FD发送过来的动作信息。无线接收及发射数据转发站在收到动作信息后，将动作分支的FD地址信息通过无线公网（SMS或GPRS）系统发送给控制中心。GSM网关可以接收数据转发站发来的短信息，对其进行解码，并判断是否接受完成后，将这些信息通过RS232通信口送给监控中心。
　　监控中心将从通信网关收到的这些动作信息进行处理，存入相应的数据库，并与线路的逻辑接线图进行结合，直接显示出现场装置动作情况，同时进行网络拓扑计算，确定出故障区段信息，在监控中心的工作站上给出声光显示，同时将该位置信息以汉字短消息的方式发送到运维人员的手机上。运行维修人员可以直接到故障点排除故障。
　　三、结束语
　　本系统在用于检测短路故障时，检测装置能够根据负荷电流的变化来自动调整装置过流定值的大小，因而不需设定值，可以适应各种负荷情况。用于检测单相接地故障的可变负荷法，由于产生的特殊信号是靠系统自身的电源产生，因此不会对系统造成任何谐波污染，而且由于产生的信号能量很大，容易被检测，准确率很高。系统自动化程度较高，故障后能够自动地在控制中心显示出故障位置、故障时间等信息，并给出声光报警，同时将该信息以汉字短消息的方式发送给相关运行人员，从而使运维人员能迅速到达故障点，极大地提高供电可靠性。
　　参考文献：
　　[1]贾清泉,刘连光,杨以涵,等.应用小波检测故障突变特性实现配电网小电流故障选线保护[J].中国电机工程学报,2001,21(10):78-82.
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　　[6]庞清乐,孙同景,穆健,等.基于神经网络的中性点经消弧线圈接地系统故障选线方法[J].电网技术,2005,(24).
　　[7]齐郑,艾欣,王炳革,等.基于粗糙集理论的小电流接地系统故障选线方法的有效域[J].电网技术,2005,(12).
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　　（责任编辑：刘辉）