配電網(wǎng)故障自動定位系統(tǒng)的應(yīng)用研究

林育錦

（廣東電網(wǎng)汕頭潮陽供電局，廣東 汕頭515100）

配電系統(tǒng)位于電力系統(tǒng)電能輸送的末端，直接承擔(dān)為用戶的供電，因此，其對居民供電質(zhì)量有較大影響。近兩年來，我國電力公司在不斷發(fā)展的過程中，逐漸進(jìn)入到了買方市場，電力用戶對供電的可靠性以及電能質(zhì)量也有了非常高的要求。國家電力公司為了提高公司運(yùn)行的規(guī)范性，充分展現(xiàn)“人民電業(yè)為人民”的最高宗旨，針對供電可靠性方面做出了相應(yīng)的規(guī)定［1］。而傳統(tǒng)的配電網(wǎng)運(yùn)行及管理方式中出現(xiàn)故障后的定位技術(shù)無法適應(yīng)當(dāng)前電力企業(yè)發(fā)展以及市場的需要，因此，要實(shí)現(xiàn)相關(guān)規(guī)定的目標(biāo)，迫切需要新的故障自動定位系統(tǒng)來改善這一現(xiàn)狀，使其能夠非常迅速的查找到故障點(diǎn)，避免由于故障導(dǎo)致用戶供電質(zhì)量下降。

1 配電網(wǎng)故障自動定位系統(tǒng)構(gòu)成

1．1 帶通信功能的故障指引器（FI）

當(dāng)線路出現(xiàn)故障時，故障分支上的故障指示器能夠迅速被觸發(fā)，并通過發(fā)光以及紅色翻牌的方式來進(jìn)行指引，發(fā)光指引往往是以1．3 s的頻率不停閃爍，再經(jīng)由光纖通信單元等來將所獲得的數(shù)字信號進(jìn)行編碼，通過無線電波等方式及時傳送出去。安裝故障指示器時，通?？蓪⑵浒惭b到架空絕緣線、架空裸線以及電纜線路等，主要用于對單相接地故障以及短路故障的檢測。根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際情況可以選取不同型號的指示器。

1．2 通信終端（子站ST）

本次研究中所提到的通信終端，均屬于低功耗設(shè)計(jì)，它在不同的系統(tǒng)中也有一定的差異，其中架空系統(tǒng)主要由太陽能實(shí)現(xiàn)供電，而在電纜系統(tǒng)中則運(yùn)用CT進(jìn)行供電，但無需再運(yùn)用PT，較好地解決了電源問題。通信終端往往是安裝在線路分支點(diǎn)處，它能夠較好地接受各個支路所裝置的故障指示器的編碼信息，與故障指示器形成了一對多的模式，并且在接收動作信息經(jīng)過處理后，通過時序控制和地址編碼，再經(jīng)由GPRS或者GSM通信裝置即可將相關(guān)信息傳送到中心站。對于架空線路，通信終端的設(shè)計(jì)同樣能夠在全戶外進(jìn)行運(yùn)行，考慮到電源系統(tǒng)獲得電源的方法更加便捷，直接將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，來對通信終端所涉及的電容以及電池進(jìn)行充電，有效保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，也可將其稱之為架空型通信終端［2］。

1．3 中心站（CS）

中心站同樣經(jīng)由GPRS或者GSM通信裝置來實(shí)現(xiàn)對通信終端傳輸信號的接收，或者對相關(guān)信息進(jìn)行解碼，并對獲得的數(shù)據(jù)給予相應(yīng)的處理。與此同時，它還可對協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再將所能夠獲得的信息直接傳送到主站中，以此來實(shí)現(xiàn)主站設(shè)備以及站端設(shè)備的有效通信。中心站在進(jìn)行通信時，則主要依靠GPRS或者GSM，只需要通過插入相應(yīng)的SIM卡，即可充分運(yùn)用移動網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行及時連接，這就能夠?qū)崿F(xiàn)對通信終端所發(fā)出的信息或者數(shù)據(jù)等進(jìn)行及時接收，還可將故障定位信息傳送至主站。

1．4 基于GIS平臺的故障定位系統(tǒng)軟件

故障定位系統(tǒng)的軟件主要用于對中心站所轉(zhuǎn)發(fā)的各項(xiàng)故障信息進(jìn)行收集，并及時對錯誤進(jìn)行校正和糾錯，再經(jīng)由計(jì)算和拓?fù)浞治鰧收贤泛凸收衔恢眠M(jìn)行查找，最后將查找結(jié)果顯示在GIS的地理背景上。監(jiān)控主站往往是由一臺服務(wù)器或者計(jì)算機(jī)組成，而在實(shí)際應(yīng)用中，我們可結(jié)合系統(tǒng)容量或者環(huán)境對其進(jìn)行選擇。將專業(yè)故障定位系統(tǒng)軟件安裝其中，即可對中心站的轉(zhuǎn)發(fā)信息進(jìn)行接收，并在較短時間內(nèi)，對故障信息進(jìn)行匯總，同時對運(yùn)行線路圖進(jìn)行拓?fù)?，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)故障自動定位。

1．5 通訊系統(tǒng)

通訊系統(tǒng)在故障定位系統(tǒng)中至關(guān)重要，它將各個設(shè)備連接起來，使通信終端與指示器的連接可結(jié)合場合選擇不同的光信號及無線信號來實(shí)現(xiàn)。而中心站與通信終端之間則可借助較為成熟的中國移動網(wǎng)絡(luò)來完成GPRS或者GSM的傳輸。而主站與中心站之間則主要以RS232串口信號來進(jìn)行相互傳輸。

2 配電網(wǎng)故障自動定位系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2．1 故障指示器

通過故障指示器可有效掌握接地故障信息以及短路故障信息，尤其是針對接地故障能夠較為準(zhǔn)確的進(jìn)行檢測，故障指示器檢測判據(jù)如下：

2．1．1 短路故障檢測判據(jù)

以上三個條件同時滿足時，即判定為短路故障。電纜線路的短路故障判據(jù)也同上。

雙電源線路：對于線路中環(huán)網(wǎng)運(yùn)行或者雙端供電的系統(tǒng)，除了上述三個判據(jù)，還加入了功率方向判據(jù)。

2．1．2 接地故障檢測判據(jù)

架空線路：接地相電壓降低3 kV以上，零序電流突變?yōu)?0 A以上；分機(jī)通過無線射頻與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，零序電流通過三相電流比較計(jì)算后得出。

電纜線路：檢測零序電流大于一定數(shù)值，即三相不平衡電流20 A以上。電纜由于電感、電容的作用，本身零序電流較大，且是個相對穩(wěn)態(tài)值。

接地分析：采用電壓跌落和零序電流的兩個判據(jù)檢測接地，提高了故障判斷的準(zhǔn)確性，減少了故障的誤報(bào)率。

2．1．3 過流或負(fù)荷電流越限報(bào)警

過流：線路瞬時過流跳閘，但又正常供電；沒有造成永久短路。

電流越限報(bào)警：負(fù)荷電流超過設(shè)定值時，系統(tǒng)報(bào)警，線路超負(fù)荷運(yùn)行，應(yīng)及時控制調(diào)整。

2．1．4 停電

檢測原理：（1）監(jiān)測點(diǎn)電壓跌落為0；（2）監(jiān)測點(diǎn)電流為0；以上2個條件同時發(fā)生，可檢測出停電故障。

2．2 通信系統(tǒng)

故障指示器檢測到故障之后，需要將所捕獲的故障信息經(jīng)由通信系統(tǒng)傳輸?shù)酵ㄐ沤K端。系統(tǒng)主要運(yùn)用射頻技術(shù)通信，通信終端隨時能夠?qū)收现甘酒鞯臒o線信號進(jìn)行接收。這就將配網(wǎng)與通信終端一次系統(tǒng)全部隔離開來，不會因系統(tǒng)是否帶電而受到影響，故維護(hù)和安裝的便捷性也更高。

2．3 通信終端

通信終端在接收到故障指示器發(fā)出的故障信息后，會及時將相關(guān)情況傳遞到中心站。因通信終端與故障指示器大多安裝得較為分散，加之其數(shù)量較大，既要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的升級和正常運(yùn)轉(zhuǎn)，還要達(dá)到縮減投入成本的作用，那么通信終端利用移動網(wǎng)絡(luò)即可實(shí)現(xiàn)快速且準(zhǔn)確的信息傳遞。

2．4 通信終端的電源系統(tǒng)

通信終端處于不間斷的運(yùn)行之中，需要采用較為可靠的電源系統(tǒng)來進(jìn)行支持。由于故障指示器往往與通信終端配套使用，需要較大的電源，但PT電源卻無法大規(guī)模使用。而故障指示器卻能夠由電流來獲得電源，另通信終端也是一種微功耗設(shè)計(jì)，但因無法直接使用移動網(wǎng)絡(luò)，故在進(jìn)行登錄時會出現(xiàn)大功耗現(xiàn)象。將太陽能電池與后備電源運(yùn)用到架空線路通信之后，有效解決了供電問題，加之電纜線路通信終端運(yùn)用CT超級后備電容供電技術(shù)以及CT取電技術(shù)，它能夠有效確保通信終端始終處于運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，不至于出現(xiàn)供電短缺的情況。

2．5 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼夹g(shù)

應(yīng)用基于地理信息系統(tǒng)GIS的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼夹g(shù)，首先在控制中心安裝相應(yīng)的軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)結(jié)合GIS技術(shù)。通過對該系統(tǒng)的安裝，能夠有效實(shí)現(xiàn)對各項(xiàng)信息的匯總處理，再經(jīng)由糾錯與校正，其能夠結(jié)合所掌握的地理信息系統(tǒng)GIS信息對出現(xiàn)故障的位置進(jìn)行準(zhǔn)確及時的定位。

3 配電網(wǎng)故障自動定位系統(tǒng)的應(yīng)用

3．1 某架空線路故障定位系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例

某變電站出線通常為農(nóng)村架空線路，這種線路極易出現(xiàn)接地故障，并且在出現(xiàn)故障之后，故障點(diǎn)往往都位于田地中，給故障查找造成極大的影響。將故障自動定位系統(tǒng)應(yīng)用其中，可根據(jù)當(dāng)?shù)鼐€路實(shí)施要求以及運(yùn)行環(huán)境，明確架空線路故障。同時，將通信終端安裝在桿塔上，運(yùn)用架空線路故障指示器無線傳輸來實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的上傳和故障的定位。首先運(yùn)用故障指示器將故障信息傳輸?shù)酵ㄐ沤K端，再經(jīng)由GPRS或者GSM網(wǎng)絡(luò)將信息傳輸?shù)街行恼?，主站根?jù)軟件的分析對故障點(diǎn)做出判斷，再將相關(guān)情況通過主站界面顯示出來，再通過短信的方式將信息傳遞到巡線人員中。通過故障定位系統(tǒng)的運(yùn)用，使得該地區(qū)的配電網(wǎng)水平得到了顯著提升，并最大程度縮減了故障巡線人員的巡線時間，使得工作效率也明顯提高。

3．2 某市電纜線路故障定位系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例

某市城區(qū)配電網(wǎng)線路經(jīng)過網(wǎng)架優(yōu)化改造后，已經(jīng)了具備了一定的規(guī)模，大多數(shù)的線路都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了電纜落地，這使得三電源或者雙電源的系統(tǒng)已經(jīng)基本形成，從某種程度上來說供電可靠性得到提升。但由于電纜供電系統(tǒng)非常龐大，會經(jīng)常出現(xiàn)各種設(shè)備故障現(xiàn)象，這就需要提高線路的自動化水平，使其更加滿足供電可靠性要求。

該市通過對國內(nèi)外優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，發(fā)現(xiàn)大部分的線路規(guī)劃考慮更多的是項(xiàng)目以及系統(tǒng)的功能，這使得實(shí)用性以及可靠性被忽略。鑒于此，該市最后決定采用電纜線路故障自動定位系統(tǒng)，并將其作為提升自動化水平的重要方法。為了實(shí)現(xiàn)故障自動定位，需要將電纜故障指示器裝到配電站、分支箱以及環(huán)網(wǎng)柜等設(shè)備上，同時安裝相應(yīng)的電纜通信終端，其能夠根據(jù)GPRS或者GSM通信通道來實(shí)現(xiàn)通信，并將故障信號及時傳輸?shù)胶笈_主站中，以此來實(shí)現(xiàn)故障自動定位系統(tǒng)的有效運(yùn)用。故障自動定位系統(tǒng)的應(yīng)用使得城區(qū)電纜系統(tǒng)的故障查找水平得到了很大程度的改善。

［1］ 許 嫻．智能電網(wǎng)故障定位及在線監(jiān)測技術(shù)在10 kV城市配電網(wǎng)的應(yīng)用探討［J］．廣東科技，2014，22（3）：57－58．

［2］ 唐金銳，尹項(xiàng)根，張 哲，等．配電網(wǎng)故障自動定位技術(shù)研究綜述［J］．電力自動化設(shè)備，2013，40（5）：7－13．

［3］ 任成立．故障自動定位系統(tǒng)在農(nóng)村配電網(wǎng)管理中的應(yīng)用［J］．農(nóng)村電工，2012，20（10）：21．