架空線路故障綜合監(jiān)測(cè)裝置及區(qū)段定位系統(tǒng)

黃一騰

摘 要：采用故障綜合監(jiān)測(cè)裝置及區(qū)段定位系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)架空線路故障的全面防控，提高運(yùn)維檢修效率。文章將對(duì)架空線路故障綜合監(jiān)測(cè)裝置及區(qū)段定位系統(tǒng)在中性點(diǎn)小電流接地10kV架空線路中的應(yīng)用進(jìn)行研究，首先分析其故障特點(diǎn)、技術(shù)應(yīng)用需求及優(yōu)勢(shì)，在此基礎(chǔ)上，探討具體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，以期為相關(guān)工程提供參考。

關(guān)鍵詞：架空線路;故障綜合監(jiān)裝置;區(qū)段定位系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM727 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）19-0165-02

0 引言

10kV配網(wǎng)架空線路在運(yùn)行過(guò)程中容易出現(xiàn)多種故障問(wèn)題，在故障檢測(cè)和判別過(guò)程中，需要排除電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等方面的影響，快速確定故障類型及發(fā)生位置，從而為故障檢修工作提供依據(jù)。在社會(huì)用電需求及配電供電質(zhì)量要求的快速提高下，應(yīng)積極更新10kV配網(wǎng)架空線路的故障監(jiān)測(cè)技術(shù)手段，推廣先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用。

1 中性點(diǎn)小電流接地10kV架空線路故障特點(diǎn)

中性點(diǎn)小電流接地10kV架空線路的故障問(wèn)題主要是單相接地故障和相間短路故障。在發(fā)生單相接地故障時(shí)，三相間線電壓對(duì)稱，故障電流較小，不會(huì)對(duì)負(fù)荷的連續(xù)故障造成影響，可以繼續(xù)運(yùn)行1～2小時(shí)。但是相電壓會(huì)明顯升高，如果長(zhǎng)時(shí)間在故障狀態(tài)下運(yùn)行，容易損害電力設(shè)備，引發(fā)兩點(diǎn)接地短路等故障問(wèn)題，進(jìn)而威脅配電系統(tǒng)運(yùn)行安全。在故障排除過(guò)程中，由于單相接地故障的電流表變化較小，增加了故障選線難度，在故障區(qū)段定位時(shí)往往要花費(fèi)較多的時(shí)間。從10kV架空線路的實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，單相接地故障問(wèn)題經(jīng)常出現(xiàn)，快速實(shí)現(xiàn)單相接地故障區(qū)段定位，對(duì)于提高配網(wǎng)運(yùn)行效率及供電可靠性有重要意義。在故障判別過(guò)程中，應(yīng)排除電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、過(guò)渡電阻、運(yùn)行方式和中性點(diǎn)接地方式等方面的影響。故障綜合監(jiān)測(cè)裝置及區(qū)段定位系統(tǒng)根據(jù)相電流和相電廠的暫態(tài)特征分析結(jié)果對(duì)線路單相接地故障進(jìn)行識(shí)別。通過(guò)將故障綜合監(jiān)測(cè)裝置與區(qū)段定位軟件配合使用，能夠有效縮短單相接地故障的排查時(shí)間，避免引發(fā)相間短路故障，從而提高配電系統(tǒng)運(yùn)行安全性[1]。

2 架空線路故障綜合監(jiān)測(cè)裝置的應(yīng)用需求及優(yōu)勢(shì)

2.1 應(yīng)用需求分析

本次研究的10kV配網(wǎng)采用中性點(diǎn)非有效接地運(yùn)行方式，經(jīng)消弧線圈接地。由于10kV配網(wǎng)架空混合網(wǎng)規(guī)模不斷增加，而且架空線的絕緣化率較低，在其運(yùn)行過(guò)程中，單相接地故障的發(fā)生幾率較高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，超過(guò)70%的非計(jì)劃停電事故都是由單相接地故障引起的。在故障發(fā)生時(shí)，由于故障電流較小，為故障選線和故障區(qū)段定位帶來(lái)較大難度。應(yīng)用架空線路故障綜合監(jiān)測(cè)裝置及區(qū)段定位系統(tǒng)的目的就是提高單相接地故障識(shí)別效率，同時(shí)提高配網(wǎng)運(yùn)行的自動(dòng)化水平，為故障巡線工作的開(kāi)展提供支持。在此情況下，能夠有效降低由單相接地故障引發(fā)非計(jì)劃停電事故的幾率，確保配網(wǎng)的可靠運(yùn)行，提高供電質(zhì)量。另一方面，傳統(tǒng)配網(wǎng)架空線路中采用的故障監(jiān)測(cè)產(chǎn)品，無(wú)法準(zhǔn)確、有效的識(shí)別單相接地故障，這也是需要引進(jìn)新技術(shù)軟硬件設(shè)備的主要原因。在更換故障綜合監(jiān)測(cè)裝置和區(qū)段定位系統(tǒng)，單相接地故障的準(zhǔn)確識(shí)別率要達(dá)到90%以上[2]。

2.2 技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

以往在10kV配網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)中使用較多的裝置主要包括二遙型故障指示器、外施信號(hào)型監(jiān)測(cè)裝置、錄波器等。相比于這些裝置，故障綜合監(jiān)測(cè)裝置在相間短路故障監(jiān)測(cè)方面更有優(yōu)勢(shì)。比如二遙型故障指示器是根據(jù)故障突變電流對(duì)故障問(wèn)題進(jìn)行識(shí)別，但是故障判別準(zhǔn)確率較低，容易出現(xiàn)誤報(bào)的情況，而且無(wú)法識(shí)別單相接地故障，裝置使用壽命較短。外施信號(hào)型監(jiān)測(cè)裝置是通過(guò)在變電站安裝不對(duì)稱電流源，通過(guò)向接地故障線路注入特征編碼電流信號(hào)，對(duì)故障進(jìn)行檢測(cè)。但是該裝置的安裝需要在停電狀態(tài)下進(jìn)行，涉及到多部門(mén)的協(xié)調(diào)問(wèn)題。在特征編碼電流信號(hào)的注入過(guò)程中，也容易受到干擾，進(jìn)而導(dǎo)致故障判別結(jié)果的準(zhǔn)確性受到影響。還有錄波器裝置的使用，采集單元將三相電流波形合成零序，然后根據(jù)波形相似度對(duì)比結(jié)果，完成故障識(shí)別。但是由于三相同步存在較大誤差，會(huì)影響零序合成的準(zhǔn)確性。而且在對(duì)完整波形進(jìn)行上傳和判別時(shí)，對(duì)通訊質(zhì)量有較高要求，若出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題，也會(huì)影響判別結(jié)果[3]。

采用架空線路故障綜合監(jiān)測(cè)裝置可以有效解決上述問(wèn)題，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，至少前兩個(gè)周波對(duì)地電容電流方向與正常狀態(tài)下的方向相反，可以根據(jù)突變量斜率的最大值點(diǎn)，找到故障起始時(shí)刻，然后在其周波范圍內(nèi)采集多次諧波功率方向法對(duì)故障進(jìn)行識(shí)別。故障綜合監(jiān)測(cè)裝置的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面，一是監(jiān)測(cè)單元自身可以識(shí)別接地故障問(wèn)題，不需要通過(guò)后臺(tái)進(jìn)行識(shí)別，可以排除網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和接地方式等方面的影響。二是監(jiān)測(cè)單元采用進(jìn)口柔性羅氏線圈，能夠準(zhǔn)確采集線路電流參數(shù)值，確保1.73A以上的電流不失真，可以完成單相接地故障的識(shí)別工作。三是故障綜合監(jiān)測(cè)裝置配置有超級(jí)電容以及大容量電池，可以有效提升產(chǎn)品使用壽命，長(zhǎng)期為線路故障監(jiān)測(cè)提供支持[4]。

3 架空線路故障綜合監(jiān)測(cè)裝置及區(qū)段定位系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目實(shí)施條件

在綜合監(jiān)測(cè)裝置及區(qū)段定位系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程中，項(xiàng)目單位需要準(zhǔn)備好技術(shù)相關(guān)的基礎(chǔ)條件，包括人力和物力調(diào)配、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、配套設(shè)施調(diào)配等。在配套工程開(kāi)展過(guò)程中，需要明確工程選點(diǎn)和實(shí)施條件，確保項(xiàng)目的順利進(jìn)行。具體需要配備高壓帶電專業(yè)技術(shù)人員、安全操作工具等。從2017年12月開(kāi)始，昆明晉寧供電局、大理彌渡供電局和德宏隴川供電局共計(jì)在10kV架空線路中安裝了12套故障綜合監(jiān)測(cè)裝置。在發(fā)生單相接地故障和相間短路故障時(shí)，故障綜合監(jiān)測(cè)裝置都能夠及時(shí)完成故障判別工作，大幅度的縮短了故障排查時(shí)間，從而能夠減少停電檢修時(shí)間，為10kV配網(wǎng)的供電可靠性提供保障。

3.2 技術(shù)應(yīng)用情況

從該項(xiàng)目的故障綜合監(jiān)測(cè)裝置及區(qū)段定位系統(tǒng)應(yīng)用情況來(lái)看，在多次故障事故中，故障綜合監(jiān)測(cè)都能夠做到對(duì)故障原因的準(zhǔn)確識(shí)別，并通過(guò)短信報(bào)告故障定位結(jié)果和故障類型。比如在小董站那學(xué)線發(fā)生絕緣子擊穿故障時(shí)，經(jīng)過(guò)故障綜合檢測(cè)裝置的采集和識(shí)別，由區(qū)段定位系統(tǒng)發(fā)出故障報(bào)警信息，將故障點(diǎn)準(zhǔn)確定位在那學(xué)線01#和13#之間，同時(shí)識(shí)別出具體故障問(wèn)題為A相接地故障。在新坪線發(fā)生線路跳閘停電事故時(shí)，經(jīng)過(guò)線路排查，沒(méi)有查找出故障原因，然后進(jìn)行試送電成功。由此推斷出故障類型為瞬時(shí)性相間短路故障。故障報(bào)警信息顯示，故障發(fā)生在新坪線34#和李家廠之間，故障原因?yàn)锽相永久短路故障。新溪二線發(fā)生持續(xù)時(shí)間超過(guò)3min的瞬時(shí)性故障時(shí)，故障報(bào)警信息顯示故障位置發(fā)生在F18_港口和F18_上洞之間，是A相接地故障。還有新溪二線發(fā)生短路故障跳閘事故時(shí)，綜合故障監(jiān)測(cè)裝置準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)出故障發(fā)生位置為F18_港口和F18_上洞之間，屬于A相永久短路故障。在故障綜合監(jiān)測(cè)裝置和區(qū)段定位系統(tǒng)的故障判別過(guò)程中，能夠較為精準(zhǔn)的確定故障發(fā)生位置，報(bào)告故障原因，從而為故障排查工作提供直接的參考，縮短故障恢復(fù)時(shí)間。從上述項(xiàng)目中的故障綜合監(jiān)測(cè)裝置和區(qū)段定位系統(tǒng)應(yīng)用情況來(lái)看，系統(tǒng)能夠在第一時(shí)間報(bào)告故障信息，而且故障定位、故障原因分析準(zhǔn)確率較高，可以滿足10kV配網(wǎng)架空線路的實(shí)際運(yùn)維管理需求。

3.3 技術(shù)推廣措施

為了充分發(fā)揮故障綜合監(jiān)測(cè)裝置及區(qū)段定位系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，應(yīng)積極推廣其在10kV配網(wǎng)架空線路中的應(yīng)用。通過(guò)替代原有落后的故障監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)單相接地故障等的有效識(shí)別，同時(shí)保證故障判別的準(zhǔn)確性，精準(zhǔn)確定故障發(fā)生位置。在故障綜合監(jiān)測(cè)裝置及區(qū)段定位系統(tǒng)的應(yīng)用推廣過(guò)程中，需要制定詳細(xì)的推廣工作計(jì)劃，明確每個(gè)階段的技術(shù)應(yīng)用目標(biāo)。具體應(yīng)分年度制定推廣進(jìn)度安排，確定推廣方式、裝置安裝數(shù)量和應(yīng)用地點(diǎn)等。對(duì)于由多家單位共同推進(jìn)的項(xiàng)目，則需要明確組織分工以及合作方式。

比如上述區(qū)域2019-2020年的工作計(jì)劃安排包括：（1）選定技術(shù)應(yīng)用地點(diǎn)，由項(xiàng)目申請(qǐng)單位對(duì)轄區(qū)內(nèi)的架空線路進(jìn)行摸底，合理確定應(yīng)用地點(diǎn)。（2）完成方案設(shè)計(jì)，由新技術(shù)吃魚(yú)單位根據(jù)選定線路的具體情況，制定故障綜合監(jiān)測(cè)裝置及區(qū)段定位系統(tǒng)部署的詳細(xì)方案。（3）現(xiàn)場(chǎng)安裝，由新技術(shù)持有單位負(fù)責(zé)對(duì)新技術(shù)產(chǎn)品的現(xiàn)場(chǎng)安裝工作進(jìn)行指導(dǎo)，并組織施工人員開(kāi)展相關(guān)培訓(xùn)活動(dòng)。（4）搭建后臺(tái)，由新技術(shù)持有單位同步開(kāi)展區(qū)段定位系統(tǒng)搭建和系統(tǒng)使用培訓(xùn)工作，在系統(tǒng)下構(gòu)建線路拓?fù)溥B接關(guān)系。（5）項(xiàng)目驗(yàn)收，由項(xiàng)目申請(qǐng)單位對(duì)項(xiàng)目安裝質(zhì)量進(jìn)行檢查驗(yàn)收，然后利用故障綜合監(jiān)測(cè)裝置及區(qū)段定位系統(tǒng)開(kāi)展故障自動(dòng)化監(jiān)測(cè)工作。此外，對(duì)于需要購(gòu)置裝備、開(kāi)發(fā)軟件系統(tǒng)的項(xiàng)目，還要制定購(gòu)置方案，編制購(gòu)置清單和經(jīng)費(fèi)預(yù)算表。在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，應(yīng)加快故障綜合監(jiān)測(cè)裝置及區(qū)段定位系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，提升10kV配網(wǎng)架空線路故障排查及檢修效率。

3.4 項(xiàng)目預(yù)期效果

從故障綜合監(jiān)測(cè)裝置及區(qū)段定位系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)來(lái)看，引進(jìn)這種先進(jìn)的技術(shù)手段，能夠提升配網(wǎng)運(yùn)行可靠性，延長(zhǎng)用電設(shè)備使用壽命，并為客戶端的設(shè)備使用安全提供保障。故障綜合監(jiān)測(cè)裝置及區(qū)段定位系統(tǒng)本身屬于《智能電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備研制規(guī)劃》中的智能配電設(shè)備類別，可以為電網(wǎng)中的故障診斷、結(jié)構(gòu)調(diào)整和規(guī)劃決策提供支持。從故障綜合監(jiān)測(cè)裝置及區(qū)段定位系統(tǒng)應(yīng)用的直接經(jīng)濟(jì)效益來(lái)看，由于該技術(shù)解決了傳統(tǒng)技術(shù)條件下單相接地故障判別的難題，能夠防止故障升級(jí)，從而減少停電時(shí)間。在采用故障綜合監(jiān)測(cè)裝置及區(qū)段定位系統(tǒng)的情況下，對(duì)故障區(qū)段的定位較為準(zhǔn)確，假設(shè)某供電線路共劃分為10個(gè)區(qū)段，每個(gè)區(qū)段上連接10個(gè)用電大客戶。在傳統(tǒng)技術(shù)條件下，如果因某個(gè)區(qū)段故障導(dǎo)致全線路停電，從故障排查到檢修的時(shí)間，至少需要兩小時(shí)。按照電費(fèi)每千瓦時(shí)1元，用戶負(fù)荷量100kW進(jìn)行計(jì)算，一次停電的負(fù)荷損失為18000kwh，造成直接經(jīng)濟(jì)損失18000元，如果一年出現(xiàn)20次停電事故，損失則為3600萬(wàn)元。采用故障綜合監(jiān)測(cè)裝置及區(qū)段定位系統(tǒng)可以挽回這部分損失，極大的縮短故障停電檢修時(shí)間，快速恢復(fù)正常供電。此外，通過(guò)采用故障綜合監(jiān)測(cè)裝置及區(qū)段定位系統(tǒng)，也能夠減少線路故障引發(fā)的人身傷害事故，為配網(wǎng)運(yùn)維人員的人身安全提供保障。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，故障綜合監(jiān)測(cè)裝置和區(qū)段定位系統(tǒng)在10kV配網(wǎng)架空線路故障排查中的應(yīng)用，能夠有效識(shí)別單相接地故障，準(zhǔn)確報(bào)告故障發(fā)生位置及原因，從而及時(shí)安排相關(guān)檢修活動(dòng)，防止故障升級(jí)。在此情況下，能夠顯著提升10kV配網(wǎng)的運(yùn)行可靠性，為配網(wǎng)運(yùn)行安全提供保障。應(yīng)積極推廣故障綜合檢測(cè)裝置和區(qū)段定位系統(tǒng)在架空線路故障監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。

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