10kV配電網(wǎng)故障在線監(jiān)測(cè)與定位技術(shù)分析

李世昌

摘 ?要：配電網(wǎng)作為輸電網(wǎng)當(dāng)中的一個(gè)應(yīng)用，因?yàn)槠渥陨斫Y(jié)構(gòu)比較特殊，因此，需要不斷對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。隨著我國(guó)社會(huì)發(fā)展對(duì)電力需求的不斷擴(kuò)大，配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，一旦出現(xiàn)故障，會(huì)產(chǎn)生極大影響。本文分析了10kV配電網(wǎng)故障在線監(jiān)測(cè)與定位系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，接著闡述主要方法，望具有一定參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng);在線監(jiān)測(cè);定位

前言：

配電網(wǎng)是指從發(fā)電廠或輸電網(wǎng)接受電能，通過(guò)配電設(shè)施就地分配或按電壓逐級(jí)分配給各類用戶的電力網(wǎng)，主要應(yīng)用在生產(chǎn)和生活領(lǐng)域。為保障電力供應(yīng)的持續(xù)性和高效性，對(duì)配電網(wǎng)故障在線監(jiān)測(cè)與定位技術(shù)的應(yīng)用就顯得尤為重要，不僅可以快速發(fā)現(xiàn)故障所在，還可以極大降低維修難度，最大程度上減少斷電損失。

1 10kV配電網(wǎng)故障在線監(jiān)測(cè)與定位技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

1.1實(shí)現(xiàn)在線取電

傳統(tǒng)配電網(wǎng)系統(tǒng)安裝有故障指示器，用以當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)給予維修人員及時(shí)的提示。故障指示器工作時(shí)需要電池提供電量，由于電池需要防水來(lái)維持工作的穩(wěn)定，因此，安裝電池時(shí)需要做防水密封處理，這便導(dǎo)致電池不能替換，增加了整個(gè)配電網(wǎng)的維護(hù)成本。但故障在線監(jiān)測(cè)與定位系統(tǒng)使用材料較為新穎，在電流達(dá)到10A的條件下，能夠獲取到0.5W的功率，同時(shí)只相當(dāng)于之前重量的1/6[1]。另外，互感器在使用過(guò)程中可以測(cè)量整個(gè)電網(wǎng)的功率，當(dāng)電網(wǎng)功率較小時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉自身輔助模塊，從而達(dá)到節(jié)省電量，延長(zhǎng)使用壽命的目的。

1.2實(shí)現(xiàn)線路更新及監(jiān)測(cè)運(yùn)行環(huán)境

在配電網(wǎng)系統(tǒng)中，故障主要是通過(guò)小波的形式被故障在線監(jiān)測(cè)和定位系統(tǒng)所發(fā)現(xiàn)的。故障中包含著大量的動(dòng)態(tài)參數(shù)，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)被故障在線監(jiān)測(cè)和定位系統(tǒng)捕獲后，需要更正的動(dòng)態(tài)參數(shù)在后臺(tái)處理器的捕獲下傳遞給集中數(shù)據(jù)大平臺(tái)，集中數(shù)據(jù)平臺(tái)將動(dòng)態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字參數(shù)傳遞給故障指示器，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的一鍵修改。在故障指示器內(nèi)安裝有溫度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配電網(wǎng)線路的運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)線路環(huán)境的監(jiān)控，增加配電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，溫度傳感器向故障指示器傳送信息，故障指示器根據(jù)溫度指示器傳來(lái)的溫度參數(shù)判斷故障發(fā)生的可能性，及時(shí)反饋給后臺(tái)處理器，達(dá)到配電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)的目的。

1.3實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量負(fù)荷電流數(shù)值

故障在線監(jiān)測(cè)和定位系統(tǒng)中在電纜上安裝了導(dǎo)磁金屬，當(dāng)導(dǎo)磁金屬處于閉合狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)磁金屬內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，當(dāng)將導(dǎo)線纏繞在導(dǎo)磁金屬上時(shí)，根據(jù)右手螺旋定則，可以生成以導(dǎo)線和導(dǎo)磁金屬為感應(yīng)架的感應(yīng)電壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷電流值的準(zhǔn)確測(cè)量。

2 10kV配電網(wǎng)故障在線監(jiān)測(cè)與定位主要方法

2.1阻抗法

工頻電氣量指的是在頻率為50Hz時(shí)，電力系統(tǒng)中各種與電相關(guān)的直接參數(shù)。當(dāng)電力系統(tǒng)法身故障時(shí)，工頻電氣量往往會(huì)出現(xiàn)電流增大、電壓降低以及測(cè)量阻抗發(fā)生變化的特征，由此可見(jiàn)，阻抗法是建立在工頻電氣量的基礎(chǔ)上。通過(guò)建立電壓平衡方程，利用參數(shù)分析得到測(cè)量點(diǎn)與故障點(diǎn)之間的電抗，據(jù)此電抗推斷故障可能發(fā)生的大致位置。根據(jù)電氣量的不同，阻抗法分為單端法和雙端法。單端法即迭代法和解二次方程法的綜合，利用迭代法求出可能出現(xiàn)的復(fù)根，或利用解二次方程法對(duì)迭代法進(jìn)行優(yōu)化，但仍存在復(fù)根問(wèn)題，由此可見(jiàn)單端法的實(shí)際精度不高，特別容易受負(fù)荷電流、故障點(diǎn)過(guò)度電阻的影響。在使用單端法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，在采用單側(cè)電流或單側(cè)電壓的基礎(chǔ)上，往往需要建立幾種假設(shè)情況，而假設(shè)常常與實(shí)際情況相反，因此單端法測(cè)量存在較大的誤差，但由于單端法簡(jiǎn)單易用，投入成本低，也存在著較為廣泛的應(yīng)用。雙端法即根據(jù)線路兩端的電氣信息量進(jìn)行故障測(cè)量，在原理上消除了過(guò)度電阻的影響。雙端法測(cè)量時(shí)，利用線路一端電流、另一端電壓或者兩端電流的方法進(jìn)行測(cè)量點(diǎn)和故障點(diǎn)之間距離的測(cè)量，結(jié)合現(xiàn)代化GPS和光線設(shè)備，可以準(zhǔn)確地測(cè)量出故障點(diǎn)所在，有著單端法無(wú)可比擬的精確度，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代配電網(wǎng)故障檢查項(xiàng)目中，但是，相比單端法，雙端法操作復(fù)雜，需要進(jìn)行龐大的計(jì)算以及大量的設(shè)備資金投入，無(wú)形之中增加了配電網(wǎng)系統(tǒng)的成本。

2.2行波法

行波法是一種較早被使用的故障測(cè)距法，它是根據(jù)行波行波傳輸理論實(shí)現(xiàn)輸電線路故障測(cè)距的。行波故障定位是利用故障時(shí)刻線路電流、電壓突然發(fā)生變化所產(chǎn)生高頻暫態(tài)行波達(dá)到兩端的時(shí)差來(lái)確定故障點(diǎn)位置的，在線路中安裝行波法故障測(cè)距裝置，利用行波到達(dá)量設(shè)備的時(shí)間差進(jìn)行故障點(diǎn)定位[2]。由于行波在導(dǎo)線內(nèi)以接近光速的速度進(jìn)行傳播，當(dāng)某一個(gè)點(diǎn)阻抗發(fā)生變化時(shí)，行波會(huì)被部分反射。在該點(diǎn)處，繼續(xù)前進(jìn)的行波與被反射的行波的電壓/電流相加等于該點(diǎn)的電壓/電流行波，在任意一點(diǎn)的波阻抗等于前進(jìn)電壓行波除以前進(jìn)電流行波。當(dāng)某一點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，該店的波阻抗會(huì)發(fā)生變化，這種變化反饋給相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理裝置，通過(guò)裝置的計(jì)算，可以測(cè)算出故障發(fā)生的位置。另外，配電網(wǎng)中存在的錨段會(huì)對(duì)行波法產(chǎn)生影響。錨段指的是接觸網(wǎng)沿線分成一定長(zhǎng)度并在結(jié)構(gòu)上有獨(dú)立機(jī)械穩(wěn)定性的分段，用來(lái)在接觸導(dǎo)線和承力索內(nèi)采用張力調(diào)整裝置，可以縮小事故范圍及便于維修。當(dāng)行波穿過(guò)錨段時(shí)，行波會(huì)在錨段處發(fā)生部分反射，進(jìn)而導(dǎo)致行波的前進(jìn)速度放緩，影響對(duì)故障點(diǎn)的判斷，若故障發(fā)生在錨段處，還會(huì)導(dǎo)致故障點(diǎn)的定位困難，降低測(cè)量的精度，因此，排除錨段對(duì)行波法的影響很重要，可以采取如下方法：首先可以通過(guò)雙端定位法測(cè)量故障點(diǎn)的位置，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性;其次，在配電網(wǎng)系統(tǒng)無(wú)故障時(shí)進(jìn)行行波法測(cè)量，在此基礎(chǔ)上，每隔一段距離設(shè)置一個(gè)錨段，觀察故障點(diǎn)到兩端距離的錨段數(shù)確定故障點(diǎn);最后，可以根據(jù)故障點(diǎn)之外某一點(diǎn)出的行波信號(hào)確定故障點(diǎn)的位置。

2.310kV配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)

配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)即采用現(xiàn)代化信息數(shù)字技術(shù)，把配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)上傳到大數(shù)據(jù)平臺(tái)，大數(shù)據(jù)平臺(tái)對(duì)配電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，在配電網(wǎng)某處發(fā)生故障時(shí)，大數(shù)據(jù)平臺(tái)會(huì)自動(dòng)找到故障點(diǎn)并將信息反饋給維修人員，極大地提高了電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。另外，對(duì)于配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)來(lái)說(shuō)，還有一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)就是區(qū)域性隔離，一旦配電網(wǎng)發(fā)生故障，故障區(qū)域會(huì)在第一時(shí)間被隔離進(jìn)而讓配電網(wǎng)的電力處理不會(huì)影響其他區(qū)域正常用電造成影響[3]。配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)的主要應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集以及配電網(wǎng)系統(tǒng)的監(jiān)控與管理。首先，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涵蓋多個(gè)環(huán)節(jié)，依靠傳統(tǒng)方法獲取某個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)幾乎不可能實(shí)現(xiàn)。利用自動(dòng)化技術(shù)，在以整個(gè)配電網(wǎng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)構(gòu)建的大數(shù)據(jù)平臺(tái)上進(jìn)行搜索，可以快速找到對(duì)應(yīng)的環(huán)節(jié)，輕松獲得該環(huán)節(jié)的全部數(shù)據(jù)，極大地提高了操作人員的工作效率。另外，利用配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理。在以整個(gè)配電網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)為基數(shù)構(gòu)建的大數(shù)據(jù)平臺(tái)上，整個(gè)配電網(wǎng)系統(tǒng)的狀況會(huì)被實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到，當(dāng)某處發(fā)生故障時(shí)，大數(shù)據(jù)平臺(tái)會(huì)及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，確定故障點(diǎn)所在并及時(shí)反饋給操作人員;大數(shù)據(jù)平臺(tái)可以依據(jù)配電網(wǎng)不同部分所處不同環(huán)境，評(píng)估配電網(wǎng)的健康狀態(tài)，預(yù)測(cè)該部分是否會(huì)發(fā)生故障，在最大程度上減少故障發(fā)生所帶來(lái)的損失;大數(shù)據(jù)平臺(tái)還可以對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的管理，例如，針對(duì)不同地區(qū)用電狀況的不同，大數(shù)據(jù)平臺(tái)會(huì)合理調(diào)節(jié)電量分配，滿足不同地區(qū)的用電需求。

結(jié)束語(yǔ)：

隨著時(shí)代的進(jìn)步，用戶對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，如何持續(xù)提高配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的高效性與可靠性，需要相關(guān)部門不斷去探索。10kV配電網(wǎng)故障在線監(jiān)測(cè)與定位技術(shù)的應(yīng)用為推動(dòng)配電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展提供了一條有效路徑，在極大降低配電網(wǎng)系統(tǒng)故障率的同時(shí)，也減少了成本消耗，提升了社會(huì)價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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