配電線路故障自動(dòng)定位系統(tǒng)

文/李萌華，國網(wǎng)河南省電力公司漯河供電公司

1 前言

由于線路的相間短路故障,同時(shí)出現(xiàn)過電流,一般可通過檢測線路電流突變量判斷出故障發(fā)生。但是,單相接地故障由于故障電流微弱,電弧不穩(wěn)定,使得定位其故障點(diǎn)成為難題,且單相接地故障是發(fā)生幾率最高的故障類型,所以單相接地故障點(diǎn)的準(zhǔn)確、快速定位對于提高供電可靠性至關(guān)重要。對于故障點(diǎn)的檢測,給出了利用故障指示器檢測相間短路故障的故障啟動(dòng)條件,介紹了根據(jù)故障電流幅值大于正常情況電流幅值的現(xiàn)象,實(shí)現(xiàn)電纜線路故障定位的故障指示器。

本文通過檢測過流現(xiàn)象判斷線路是否出現(xiàn)相間故障,通過在中性點(diǎn)投入中電阻的方法,實(shí)現(xiàn)單相接地故障的檢測。利用戶外線路上懸掛的故障指示器檢測相間短路故障及單相接地故障信息,故障指示器信息通過通用分組無線業(yè)務(wù)(GPRS)無線通信網(wǎng)絡(luò)將故障信息送至監(jiān)控中心故障定位服務(wù)器,實(shí)現(xiàn)線路故障的快速自動(dòng)定位。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于故障指示器的配電線路故障自動(dòng)定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

測單元可以由單個(gè)故障指示器節(jié)點(diǎn)組成，也可以由幾個(gè)故障指示器節(jié)點(diǎn)共同組成。故障指示器掛裝于線路上，可在系統(tǒng)不停電的情況下直接利用操作桿進(jìn)行裝卸。一般安裝在以下地點(diǎn)：在變電站出口處，用于判斷故障是在站內(nèi)還是站外；在分支

入口處，用于判斷故障是在主干線上還是在分支線上；在電纜與架空線連接處，用于判斷故障是在電纜段還是在架空上；在平原或空曠地帶，減輕尋線人員的工作壓力。

檢測單元正常情況下處于休眠狀態(tài)，當(dāng)線路狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，通過故障檢測電路檢測到上電、斷電、短路和接地信息時(shí)觸發(fā)電路將單片機(jī)喚醒，單片機(jī)被喚醒后采集狀態(tài)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，將信息以數(shù)據(jù)包的形式安全準(zhǔn)確的發(fā)送出去。每組檢測單元配有一臺(tái)信號(hào)傳輸終端。信號(hào)傳輸終端主要由單片機(jī)系統(tǒng)、GSM模塊，無線射頻通信模塊和太陽能供電裝置構(gòu)成，其作用是接收檢測終端發(fā)送過來的信號(hào)，并通過中國移動(dòng)GSM將信息發(fā)送到監(jiān)控中心。信號(hào)傳輸終端為全金屬外殼噴塑處理，安裝在距離檢測單元100m內(nèi)的桿塔上，直接利用抱箍固定，要求與高壓導(dǎo)線距離3m之外，以便有效地隔離線路磁場的影響。

中央信息處理機(jī)由本文自主開發(fā)，作為通信傳輸設(shè)備，其功能之一是負(fù)責(zé)接收信號(hào)傳輸終端發(fā)射的數(shù)據(jù)信息，并將信息通過串口發(fā)到計(jì)算機(jī)上；二是將后臺(tái)算機(jī)系統(tǒng)需要發(fā)送的事故內(nèi)容短信通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到設(shè)定的手機(jī)上，便于線路運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路故障情況。其通信傳輸系統(tǒng)是依靠移動(dòng)手機(jī)卡，利用無線數(shù)據(jù)傳輸方式，實(shí)現(xiàn)信息的及時(shí)傳輸。

監(jiān)控中心由計(jì)算機(jī)和本文自主開發(fā)的專用監(jiān)控軟件組成。軟件由故障短信息采集、數(shù)據(jù)運(yùn)算分析處理和配電線路狀態(tài)顯示及報(bào)警三部分組成。短信收發(fā)裝置的GSM模塊接收故障信息并通過串口將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)上，計(jì)算機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后，在運(yùn)行界面上顯示故障線路名稱、具體桿位、報(bào)警時(shí)間等信息，并在線路拓?fù)鋱D上閃爍提示報(bào)警，同時(shí)用短信通知值班人員。系統(tǒng)支持分布式數(shù)據(jù)庫，可查尋歷史記錄，具有生成報(bào)表、打印等功能。

3 系統(tǒng)工作原理

首先,對各個(gè)檢測節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一編碼其地址信息,各

檢測節(jié)點(diǎn)上報(bào)的故障信息包含其地址編碼信息。圖2中,當(dāng)線路F點(diǎn)發(fā)生故障時(shí),故障點(diǎn)F上游的各檢測節(jié)點(diǎn)檢測到故障信息,而F下游和其他分支線路的檢測節(jié)點(diǎn)均檢測不到故障信息。故障自動(dòng)定位系統(tǒng)服務(wù)器根據(jù)獲取的各檢測節(jié)點(diǎn)的報(bào)警信息通過矩陣算法就可確定出故障發(fā)生在節(jié)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)4之間,從而定位出故障所在區(qū)段。

圖二 系統(tǒng)工作原理圖

4 故障檢測原理

本系統(tǒng)采用短路和接地二合一故障指示器，在線路上電、停電、接地、短路時(shí)可以將信息上報(bào)。

4.1 短路故障檢測原理。短路故障檢測原理是利用線路出現(xiàn)故障時(shí)電流正突變及線路停電來檢測故障。根據(jù)短路時(shí)的特征，通過電磁感應(yīng)方法測量線路中的電流突變及持續(xù)時(shí)間判斷故障。

短路故障的檢測采用突變電流作為判據(jù)，可以大大減少誤動(dòng)作的可能性，不會(huì)因?yàn)榫€路的繼電保護(hù)整定值改動(dòng)或者用電負(fù)荷增加而導(dǎo)致檢測單元不適用原有線路的問題。

4.2 接地故障檢測原理。目前接地故障的檢測原理基本還是沿用小電流接地系統(tǒng)單相接地選線的原理，主要的檢測方法有首半波法、5次諧波法、電流突變法和零序電流法。本系統(tǒng)接地檢測主要是采用首半波原理，其直接的判據(jù)是對地電容電流變化、電壓降低和線路不停電。該方法對接地瞬間的電容電流首半波采樣，當(dāng)電容電流突變且大于一定數(shù)值，并且與接地瞬間的電壓首半波同相，同時(shí)導(dǎo)線對地電壓降低時(shí)，判斷線路發(fā)生接地。

5 故障自動(dòng)定位方法

對輻射狀網(wǎng)、樹狀網(wǎng)和兩端供電設(shè)計(jì)單端供電運(yùn)行的開式網(wǎng)絡(luò)，只需根據(jù)饋線是否通過故障電流判斷故障位置，即故障位置應(yīng)當(dāng)在從電源沿潮流方向最后一個(gè)經(jīng)歷了故障電流的故障指示器和某個(gè)未經(jīng)歷故障電流的故障指示器之間。因此，故障定位時(shí)，首先找到發(fā)生報(bào)警的所有線路的干線，從干線開始分析，若該干線上不存在報(bào)警的支線，則直接分析該干線；否則必須分析干線與支線的報(bào)警數(shù)據(jù)的關(guān)系，最后根據(jù)分析結(jié)果報(bào)警。

5.1 放射式線路故障定位

5.2 拉手式線路故障定位

5.3 多電源故障定位

6 結(jié)語

本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的結(jié)果表明：利用簡單、成本低廉的通信手段將故障指示器所采集到的故障信息上傳，配合所開發(fā)的故障自動(dòng)定位系統(tǒng)軟件，能夠?qū)收蠀^(qū)段進(jìn)行迅速定位和顯示，可縮短人員查找和處理故障的時(shí)間，節(jié)省人力、物力，提高工效和電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)的配網(wǎng)自動(dòng)化相比，系統(tǒng)有較好的性價(jià)比，適合在農(nóng)村電網(wǎng)推廣使用。