線路故障在線監(jiān)測系統(tǒng)在配電網(wǎng)中的應用

楊芳 山西中醫(yī)學院

線路故障在線監(jiān)測系統(tǒng)在配電網(wǎng)中的應用

楊芳 山西中醫(yī)學院

10KV電力配電線路復雜，輸電距離長，事故隱患多。為及早排除遠距離線路輸電的線路故障，保障線路正常運行，提出了分布架設線路故障檢測裝置的方法。通過在線路上架設帶通訊功能的故障檢測終端，完成線路故障的檢測，通過GSM傳輸，再由監(jiān)控中心主機處理信息，確定故障所處位置，再將故障信息轉(zhuǎn)發(fā)給線路管理人員，及時排除線路故障，恢復供電。

配電網(wǎng)；故障在線監(jiān)測；GSM傳輸

“智能電網(wǎng)”是21世紀世界電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，國家電網(wǎng)提出“加快建設以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有信息化、自動化、互動化特征的統(tǒng)一的堅強智能電網(wǎng)”。作為“智能電網(wǎng)”重要建設內(nèi)容的輸電網(wǎng)在線監(jiān)測，實現(xiàn)各類隱患及事故的動態(tài)報警，以減少因故障引來的人力、物力損耗[1]。

線路故障在線監(jiān)測系統(tǒng)綜合運用了線路自取電、無線通信、計算機技術(shù)等新技術(shù)，主要應用于配電網(wǎng)線路在線監(jiān)測、故障報警。該系統(tǒng)能快速準確的在線檢測接地故障、短路故障，并將所采集到的故障信息發(fā)送回中心，傳輸和錄入到數(shù)據(jù)庫，供實地數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析、檢索和查詢使用，同時故障點通過GSM無線發(fā)射傳輸?shù)焦╇娋稚a(chǎn)管理部門、線路專工、線路維護等負責人的手機上，從而快速準確找到故障點[2]。從而提高工作效率，提高線路管理的信息化、自動化。

1 系統(tǒng)組成

線路故障在線檢測系統(tǒng)由主站監(jiān)控主機、雙通道GSM交換機、分布在配電線路各檢測點的故障檢測終端若干三部分組成，圖1是系統(tǒng)各部分工作流程框圖。

1.1 檢測終端由檢測電路、分析算法電路、觸發(fā)電路、無線傳輸電路模塊、電源電路等構(gòu)成。三只為一組檢測終端，負責檢測線路的數(shù)據(jù)，每組配有一臺通訊主機，可以將采集的數(shù)據(jù)信息遠傳至室內(nèi)監(jiān)控中心。檢測終端安裝在需要檢測的導線上，實時監(jiān)測線路運行情況，并將采集的特征數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心。

1.2 監(jiān)控中心后臺系統(tǒng)由軟、硬件構(gòu)成，主要通過收集、記錄、處理由檢測點回傳的數(shù)據(jù)，進行故障的事件記錄、數(shù)據(jù)發(fā)布、自動告警、日志編輯等工作。當發(fā)生故障時，對應的檢測終端圖標變色顯示故障，發(fā)出聲光告警，并通過交換機發(fā)送手機短信到指定運行人員手機。

1.3 通信交換機的主要作用是接收從檢測終端發(fā)送過來的短信息內(nèi)容。通過串口讀取到計算機，然后由計算機進行解析、處理信息；另外，還可以發(fā)送

需要發(fā)送給管理員得信息。

2 檢測終端工作原理

配電網(wǎng)線路發(fā)生故障后，線路中會流過暫態(tài)電流并且電壓會發(fā)生改變。根據(jù)這些暫態(tài)現(xiàn)象可以判斷是否發(fā)生故障[3]。

2.1 相間短路故障檢測判斷依據(jù)：

線路發(fā)生相間短路時，變電站和故障點直接的回路上會流過很大的電流，同時變電所的繼電保護裝置會按照事先設定的規(guī)則啟動保護，使得線路跳閘斷電。因此，短路故障判據(jù)有3個條件：

（1）線路中出現(xiàn)突變電流

（2）大電流持續(xù)時間不超過3秒鐘0.02s≤△T≤3s △T為電流突變時間

（3）3秒鐘后線路處于停電狀態(tài)。I=0 I為線路故障后電流

以上三個條件同時滿足，判斷該位置的線路出現(xiàn)短路故障。

2.2 單相接地故障檢測判斷依據(jù)：

線路發(fā)生單相接地時，根據(jù)不同的接地條件（例如金屬性接地、高阻接地等），會出現(xiàn)多種復雜的暫態(tài)現(xiàn)象，綜合情況，接地判據(jù)如下：

（1）線路中有突然增大的暫態(tài)電容電流

（2）接地線路電壓降低3kV以上

（3）接地線路依然處于供電狀態(tài)

以上三個條件同時滿足時，檢測終端判斷該位置的線路后出現(xiàn)接地故障。

2.3 過流判斷依據(jù)：

過載：雷擊及線路松動等原因，造成線路瞬時過流跳閘，但又正常供電,沒有造成永久短路。

3 故障檢測技術(shù)

利用單片機作為內(nèi)核，計算速度達到每秒鐘500萬次運算；10位數(shù)字采樣，可以準確測量線路電流；所有測量均為數(shù)字方式，不用模擬電路作為判斷依據(jù)，干擾少，精度高。

a.短路采取突變電流作為判斷依據(jù)，解決了適用性問題，不會因為線路的繼電保護整定值改動或者用電負荷增加而導致檢測單元不適用原有線路的問題。

b.接地檢測的電容電流的啟動值降低。

對于架空線路的穩(wěn)態(tài)接地電容電流值的計算，電力系統(tǒng)提供了經(jīng)驗計算公式：其中，UP為線電壓（kV），L架空線路長度(km）；系數(shù)2.7，適用于無架空地線的線路，系數(shù)3.3適用于有架空地線的線路。暫態(tài)電容電流是穩(wěn)態(tài)電容電流的3倍。根據(jù)上面的公式，接地檢測的電容電流啟動值降低到穩(wěn)態(tài)1A即可，這就意味著只要同一母線下10kV線路超過40kM，該檢測單元即可生效，比通常要求的10A啟動值大大降低，也使得系統(tǒng)適用范圍更廣。

圖1 線路故障在線監(jiān)測系統(tǒng)工作流程框圖

檢測終端檢測電壓升高或降低、線路是否帶電、零序電流、接地瞬間的電容電流、接地瞬間高次諧波電流的信號是否出現(xiàn)，且出現(xiàn)的先后順序，通過通訊裝置把信息返回中心。中心軟件通過把整條線路每組故障檢測終端發(fā)回的數(shù)據(jù)進行橫向和縱向的比較，綜合分析出接地故障及故障位置。

4 監(jiān)測終端的使用環(huán)境及技術(shù)參數(shù)

4.1 檢測終端使用環(huán)境條件：

海拔高度不超過4000米；

周圍空氣溫度：-45℃ ～+75℃；

風速不大于34m/s （相當于風壓700PA）；

安裝場所：無易燃、爆炸危險、化學腐蝕的場所、地震強度不超過8度。

4.2 檢測終端技術(shù)參數(shù)：

使用電壓等級：6kV～500kV

使用額定頻率：50Hz

使用負荷電流：0～1500A

使用導線：25～400平方米毫米

短路故障報警率：98%以上

接地故障報警率：70%以上

抗老化時間：10年

5 效益分析

該系統(tǒng)實施后，對運行中配電線路的故障點能進行有效地檢測，不需人工查線，能對配電線路故障點進行準確判斷，可以大量減少人力、物力、汽車臺班費用。

如：該項目實施線路已查出故障8次，照此估算，平均每次減少查找故障時間約2個小時，平均負荷為4000kVA.將累計增加售電量64000kWh，平均電價按0.7199元/ kWh計算，增加售電金額46073.6元。

結(jié)論：通過分布式架設故障檢測終端檢測線路故障，線路管理人員根據(jù)告警短信內(nèi)容，即可知道線路故障區(qū)段及故障類型、發(fā)生故障時間等信息，從而快速排除故障。該系統(tǒng)實現(xiàn)了配電網(wǎng)的故障檢測和定位一體化，減少了停電時間，降低了損失，減輕了勞動強度,提高了供電效率，提高了電網(wǎng)的可靠性，為實現(xiàn)配網(wǎng)智能化管理打下堅實的基礎。

[1]胡學浩. 智能電網(wǎng)——未來電網(wǎng)的發(fā)展態(tài)勢[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2009(14）

[2]王海鵬.利用GSM網(wǎng)絡實現(xiàn)配電網(wǎng)遠程數(shù)據(jù)采集的可行性分析[J].高壓電器，2002，38(5）：12～15

[3]羅俊華，邱毓昌，楊黎明. 10kV及以上電力電纜運行故障統(tǒng)計分析[J]. 高電壓技術(shù), 2003(06）

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.07.066