自動化設備在10kV配電線路故障搶修中的作用分析

何顯輝

（廣東電網有限責任公司佛山南海供電局，廣東 佛山 528299）

信息時代到來后，計算機信息技術發(fā)展迅速，市場上陸續(xù)出現(xiàn)了各種的自動化設備，這些設備在10kV配電線路故障搶修中的應用，實現(xiàn)了故障識別、處理的自動化，凸顯了設備功能優(yōu)勢，徹底突破了原先的工作模式限制。隨著電力事業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展，10kV配電線路的故障搶修中，應加大自動化設備的應用。

1 10kV配電線路特點

電力網絡中，10kV配電線路是關鍵性的構成部分，但其結構一致性較差，一些為放射狀，一條線路的每一個分支要與幾十或者上百臺變壓器連接，一些為用戶專線，只需要與一個或者兩個用戶連接即可，相當于輸電線路，線路有長有短；一些線路應用在110kV變電所，一些應用在35kV變電所；線路配電變壓器的電流大小也有差異，一些達到了100kVA。在電力系統(tǒng)的運行過程中，配電線路屬于高壓配電線路，在城鄉(xiāng)發(fā)展的今天，農村、城市遠郊的10kV配電線路為架空線路。為保障城市核心區(qū)域內的供配電穩(wěn)定性、用電安全性，電纜線路的應用相對較多。總體來看，10kV配電線路多應用在露天環(huán)境中，呈現(xiàn)點多、面廣、線長的特征，接線方面的技術要求較高，后續(xù)使用的過程中經常出現(xiàn)各種故障，影響了正常的供配電。

2 10kV配電線路常見故障和原因

2.1 接地故障和原因

10kV配電線路的使用中，出現(xiàn)故障的概率較高，接地故障是一類較為常見的故障，根據(jù)接地故障的原因，與線路瞬時性接地、永久性接地有著緊密的聯(lián)系，一旦在10kV配電線路的使用中出現(xiàn)了接地故障，變電設備無法正常使用，配電網的供配電也將受到嚴重的干擾。結合10kV配電線路接地故障的產生原因，主要為：配電線路老化嚴重，電路絕緣體在長時間使用過程中出現(xiàn)了損壞，惡劣的環(huán)境條件下，導線與樹枝、電線等接觸，引起了接地故障；供電過程中，電容在極端情況下出現(xiàn)異常變大或者散亂的情形，電壓遠遠低于正常參數(shù)，電流遠遠超過正常參數(shù)，燒斷導線后也會引發(fā)接地故障。

2.2 短路故障和原因

短路故障也是10kV配電線路中較為常見的故障，許多問題都會引發(fā)這一方面的故障，如小動物筑巢、雷電閃絡、斷線弧光等，都會增大短路故障的發(fā)生概率。就鳥類的生活習性而言，經常在密集的配電線路上筑巢，后續(xù)鳥窩被毀、鳥類打斗、展翅飛行的情況下，配電線路無法保持在正常的條件下，可能會出現(xiàn)相間短路，引發(fā)短路跳閘現(xiàn)象。腐蝕性氣體或者其他異物也會引起短路故障，如周圍地區(qū)的工廠生產中，排放有腐蝕性氣體，對配電桿塔或者金屬配件的腐蝕，易引發(fā)短路現(xiàn)象。一些配電線路位于城區(qū)或者街道的惡劣地區(qū)，未做好線路保護，如線路上經常被刮上非導體、導體物質，這一情況也會引起短路。在受到外力作用影響時如果未及時處理，也可能引發(fā)短路故障，如車禍將電線桿撞倒，或者隨意砍伐樹木時樹枝、樹干跌落在導線上。10kV配電線路由于多處于室外空間，受到自然環(huán)境的影響較大，在自然因素干擾下，短路故障也難以避免，如遭遇暴雨、暴雪等極端天氣時，線路可能會斷裂或者擊穿空氣放電。

2.3 過流跳閘和原因

10kV配電線路運行中，當線路長時間存在相間短路時，線路在變電站與故障點之間的電流負荷異常大，自動保護裝置被繼電保護裝置驅動，出現(xiàn)了跳閘或者斷電現(xiàn)象，也影響了正常的供配電。一般情況下，過流跳閘故障的原因為：低壓線路的短路情況下，跳閘很難避免，過小的電流保護定值下，瞬間增加線路負荷，無法與用電負荷增長的需求相符合，跳閘頻繁；導線直徑過小，負荷電流速度較快，當負荷電流經過導線時，導線溫度異常升高，在薄弱部位可能會發(fā)生打火的現(xiàn)象。多種因素的影響下，容易出現(xiàn)跳線、熔絲熔斷、燒斷導線的現(xiàn)象，引發(fā)短路電流，最終加劇過流跳閘故障的發(fā)生。

3 10kV配電線路故障搶修中的自動化設備作用

就當下10kV配電線路故障搶修中自動化設備的應用情況來看，主要應用的是故障指示器、饋線自動化開關、智能控制器。故障指示器多應用在架空線路與電纜的特殊位置，在有關的自動化設備內布設，短路問題的出現(xiàn)一般與接地故障有著緊密的聯(lián)系，通過故障指示器的配置，可由設備自動對發(fā)生問題的部位做好標記，指導維修工作的開展。饋線自動化開關的使用，能實現(xiàn)相間負載電流、短路電流、零序電流的相互隔離，保護相關零部件；也可對各個單元模塊實施精準把控，靈活性更高；線路在饋線自動化開關輔助下，可穩(wěn)定運行與使用，出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象的次數(shù)明顯降低。智能控制器也是線路故障搶修中應用比較多的設備，該設備中集成了許多現(xiàn)代化技術，如網絡技術、通信技術、數(shù)字信號處理技術等，經由該設備的配置，能夠在線路運行中實現(xiàn)電能質量檢測、負荷管理、無功補償、變壓器工況監(jiān)控。

4 自動化設備在10kV配電線路故障搶修中的應用

4.1 饋線自動化開關

傳統(tǒng)10kV饋線在使用的過程中，為發(fā)揮其應有的作用，需利用柱上開關斷路器、負荷開關，基于斷路器的配置，可在故障發(fā)生的第一時間斷開故障電流與負荷電流，但從負荷開關的角度來分析，此類開關只有分斷負荷電流方面的作用。因此，從功能上來看，不論是柱上開關斷路器還是負荷開關，都不具備自動切斷故障的功能。

客觀角度，通過在10kV配電線路中應用常規(guī)斷路器、負荷開關，可凸顯經濟性方面的優(yōu)勢，但同樣也存在著很多的問題：主干線與分支線，永久性故障或者瞬時故障的發(fā)生，往往會導致開關頻繁跳閘；饋線出現(xiàn)開關要多次分閘與合閘，長時間頻繁分合閘，會增加停電次數(shù)，久而久之也會對整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成巨大的干擾；不論發(fā)生的是大故障還是小故障，負責故障處理的人員，都需要開展全線的故障檢查，逐段對負荷開關實施分閘或者合閘，以實現(xiàn)故障的精準定位。因此，不論是斷路器還是開關工作狀態(tài)，都不具備實時監(jiān)控的功能。

在10kV配電線路的故障搶修中，饋線自動化開關實際上就是在饋線中添加了自動化開關，當前的市場上，主要包含以下幾種：

（1）智能柱上斷路器，這類型的斷路器，是在充分結合饋線效果的前提下，又安裝了保護單元、自動化控制電源而形成的，兼具對短路電流、零序電流、負荷電流的切斷功能；能與帶時限的過流保護高度配合，實現(xiàn)對重合閘的科學保護，從這一作用出發(fā)，多應用在饋線的干線、支線上?；趥鹘y(tǒng)負荷開關中與之相匹配的自動化控制單元安裝，可在配電線路運行時出現(xiàn)負荷電流、零序電流的情況下立即將其切斷，還兼具其他設備無法比擬的壓延時合閘、無壓延時分閘功能，當發(fā)生故障時，該設備可立即讓故障區(qū)域與正常區(qū)域分離。

（2）饋線自動化智能控制器，在這種類型的設備應用中，多是與斷路器、重合閘、負荷開關相連接的，且需嚴格根據(jù)實際需求進行參數(shù)的設置，最后通過各種各樣的通信形式，保障實時通信。饋線自動化智能控制器允許安裝各種保護功能，可安裝速斷保護、零序保護；分支用戶分解斷路器。當了解了實際使用需求后，利用整定保護定值，能夠使饋線斷路器與自動化斷路器之間保持高度的配合，即使發(fā)生了故障時，也能夠快速處理，減少停電問題的出現(xiàn)。

當下人們對供配電提出了較高的要求，為保障電網的安全、可靠運轉，需結合線路的具體功能，進行自動化開關的配置，以利用自動化開關對10kV配電線路加以實時監(jiān)督，發(fā)揮故障分段隔離技術的優(yōu)勢，確保設備能與變電站間的保護高度配合，從根本上減少負荷開關的動作次數(shù)，定位故障點，確定范圍。以分支線分界斷路器ZBI與分支線用戶分界負荷開關作為研究對象，在位置上存在永久性故障，存在帶時限保護及重合閘功能的分界斷路器ZBI第一個出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，隨后分支開關YSW1和YSW2在失壓以后也陸續(xù)發(fā)生了跳閘現(xiàn)象。這一現(xiàn)象主要是因為永久性故障問題所導致，ZBI在發(fā)生二次跳閘的過程中閉鎖合閘，在此條件下，故障點與其他正常區(qū)域內處于分離條件下，如圖1。

圖1 工作流程圖

根據(jù)圖1，針對YSW1、YSW2，利用配網通訊模塊可進行相應的信息傳輸，當有關信息被傳輸給指定部分時，相關部門就能在第一時間發(fā)現(xiàn)并處理故障，組織專人進入現(xiàn)場開展故障搶修，搶修人員能在小范圍內以最快的速度恢復正常，保持整個電網系統(tǒng)的可靠運轉。

4.2 故障指示器

故障指示器作為一種應用相對普遍的自動化設備，多布設在架空線路、電路電纜、環(huán)網開關柜上，從設備本身來看，為組成指示故障電流通路的裝置。經由該設備的使用，能夠預警短路故障、單相接地故障、相間短路故障，為達到最佳的應用效果，在分支點用戶進線等特殊部位，也可布置與自身相符合的指示器。故障指示器能定位監(jiān)測線路故障，具體的應用過程中，需綜合考慮諸多因素，如轄區(qū)內配電線路的供電情況，利用故障指示器、故障定位主站與通信終端，可達到對該區(qū)域內全部配電線路的智能化、可視化管理，在發(fā)生故障的情況下，快速鎖定故障類型并精準定位。

依據(jù)配置情況，針對故障點的處理，一般包含3種：

（1）故障指示器模式，在此模式下，需在配電線路上安裝故障指示器，分配專門的運營與維護人員，對配電線路加以實時監(jiān)控。

（2）故障指示器與通信終端結合的模式，基于無線通信技術的應用，運維人員不需要開展線路巡視，一旦線路運行中發(fā)生了故障，故障指示器會立即進行故障信息的采集，進而根據(jù)信息分析結果，對故障情況加以初步與精準判定，將故障信息與判定結果同時傳輸給配網管理人員，通知專業(yè)人員進行故障的處理。

（3）故障指示器與故障定位主站、通信終端的結合模式，以無線傳輸?shù)姆绞綄⑦b測故障電流信息傳輸給主站、配網管理人員，如果監(jiān)測到的數(shù)據(jù)存在異常，系統(tǒng)自動進行信息的自動采集與分析，進行故障類型、原因與位置的判定，鎖定故障后發(fā)出預警信號。

一旦電網中10kV配電線路中安裝了故障指示器，當10kV配網在運行時發(fā)生了接地或者短路方面的故障時，在故障區(qū)域內的全部故障指示器將持續(xù)閃爍，以提醒相關管理人員注意，并讓這些人員在最短的時間內鎖定故障位置。故障指示器向配網管理人員發(fā)射信息，實際上就是預警過程，當管理人員接收到了這些信息后，能夠快速組織專業(yè)的故障處理人員，進入現(xiàn)場進行故障檢修與處理，這種故障搶修模式下的效率更高，從故障發(fā)現(xiàn)到恢復，時間消耗較短，不會引起更大范圍內的故障。

4.3 智能控制器

10kV配電線路的故障搶修中，智能控制器也有著一定的應用，該設備具備各個層次的線路保護功能，工作原理與柱上斷路器高度相似。當利用智能控制器實施線路保護時，該設備與重合閘、斷路器處于相互連接的狀態(tài)，但為達到最佳的應用效果，需做好相關參數(shù)的設置，以保障智能控制器能夠全面、細致地保護線路通信。不論是對于饋線自動化還是該設備而言，如果能夠在具體的應用中保障銜接效果，也就可在零序保護、速斷保護等方面發(fā)揮作用。在開關選型與故障檢查時，需采取恰當?shù)姆绞綄崿F(xiàn)全面控制，以達到對故障的精準識別與控制，保障故障處理的及時性。

5 結語

現(xiàn)階段的市場上，陸續(xù)出現(xiàn)了各種各樣的自動化設備，10kV配電線路中的故障搶修與處理中，自動化設備的應用為故障定位與處理提供了便捷。未來隨著技術的不斷進步，10kV配電線路中的故障處理，必將對自動化設備有更大的依賴性。