配电网故障自动定位系统的应用研究

林育锦

（广东电网汕头潮阳供电局，广东 汕头515100）

配电系统位于电力系统电能输送的末端，直接承担为用户的供电，因此，其对居民供电质量有较大影响。近两年来，我国电力公司在不断发展的过程中，逐渐进入到了买方市场，电力用户对供电的可靠性以及电能质量也有了非常高的要求。国家电力公司为了提高公司运行的规范性，充分展现“人民电业为人民”的最高宗旨，针对供电可靠性方面做出了相应的规定［1］。而传统的配电网运行及管理方式中出现故障后的定位技术无法适应当前电力企业发展以及市场的需要，因此，要实现相关规定的目标，迫切需要新的故障自动定位系统来改善这一现状，使其能够非常迅速的查找到故障点，避免由于故障导致用户供电质量下降。

1 配电网故障自动定位系统构成

1．1 带通信功能的故障指引器（FI）

当线路出现故障时，故障分支上的故障指示器能够迅速被触发，并通过发光以及红色翻牌的方式来进行指引，发光指引往往是以1．3 s的频率不停闪烁，再经由光纤通信单元等来将所获得的数字信号进行编码，通过无线电波等方式及时传送出去。安装故障指示器时，通常可将其安装到架空绝缘线、架空裸线以及电缆线路等，主要用于对单相接地故障以及短路故障的检测。根据电网的实际情况可以选取不同型号的指示器。

1．2 通信终端（子站ST）

本次研究中所提到的通信终端，均属于低功耗设计，它在不同的系统中也有一定的差异，其中架空系统主要由太阳能实现供电，而在电缆系统中则运用CT进行供电，但无需再运用PT，较好地解决了电源问题。通信终端往往是安装在线路分支点处，它能够较好地接受各个支路所装置的故障指示器的编码信息，与故障指示器形成了一对多的模式，并且在接收动作信息经过处理后，通过时序控制和地址编码，再经由GPRS或者GSM通信装置即可将相关信息传送到中心站。对于架空线路，通信终端的设计同样能够在全户外进行运行，考虑到电源系统获得电源的方法更加便捷，直接将太阳能转化为电能，来对通信终端所涉及的电容以及电池进行充电，有效保证设备正常运转，也可将其称之为架空型通信终端［2］。

1．3 中心站（CS）

中心站同样经由GPRS或者GSM通信装置来实现对通信终端传输信号的接收，或者对相关信息进行解码，并对获得的数据给予相应的处理。与此同时，它还可对协议进行转换，再将所能够获得的信息直接传送到主站中，以此来实现主站设备以及站端设备的有效通信。中心站在进行通信时，则主要依靠GPRS或者GSM，只需要通过插入相应的SIM卡，即可充分运用移动网络来进行及时连接，这就能够实现对通信终端所发出的信息或者数据等进行及时接收，还可将故障定位信息传送至主站。

1．4 基于GIS平台的故障定位系统软件

故障定位系统的软件主要用于对中心站所转发的各项故障信息进行收集，并及时对错误进行校正和纠错，再经由计算和拓扑分析对故障通路和故障位置进行查找，最后将查找结果显示在GIS的地理背景上。监控主站往往是由一台服务器或者计算机组成，而在实际应用中，我们可结合系统容量或者环境对其进行选择。将专业故障定位系统软件安装其中，即可对中心站的转发信息进行接收，并在较短时间内，对故障信息进行汇总，同时对运行线路图进行拓扑，进而实现故障自动定位。

1．5 通讯系统

通讯系统在故障定位系统中至关重要，它将各个设备连接起来，使通信终端与指示器的连接可结合场合选择不同的光信号及无线信号来实现。而中心站与通信终端之间则可借助较为成熟的中国移动网络来完成GPRS或者GSM的传输。而主站与中心站之间则主要以RS232串口信号来进行相互传输。

2 配电网故障自动定位系统关键技术

2．1 故障指示器

通过故障指示器可有效掌握接地故障信息以及短路故障信息，尤其是针对接地故障能够较为准确的进行检测，故障指示器检测判据如下：

2．1．1 短路故障检测判据

以上三个条件同时满足时，即判定为短路故障。电缆线路的短路故障判据也同上。

双电源线路：对于线路中环网运行或者双端供电的系统，除了上述三个判据，还加入了功率方向判据。

2．1．2 接地故障检测判据

架空线路：接地相电压降低3 kV以上，零序电流突变为10 A以上；分机通过无线射频与主机进行数据通信，零序电流通过三相电流比较计算后得出。

电缆线路：检测零序电流大于一定数值，即三相不平衡电流20 A以上。电缆由于电感、电容的作用，本身零序电流较大，且是个相对稳态值。

接地分析：采用电压跌落和零序电流的两个判据检测接地，提高了故障判断的准确性，减少了故障的误报率。

2．1．3 过流或负荷电流越限报警

过流：线路瞬时过流跳闸，但又正常供电；没有造成永久短路。

电流越限报警：负荷电流超过设定值时，系统报警，线路超负荷运行，应及时控制调整。

2．1．4 停电

检测原理：（1）监测点电压跌落为0；（2）监测点电流为0；以上2个条件同时发生，可检测出停电故障。

2．2 通信系统

故障指示器检测到故障之后，需要将所捕获的故障信息经由通信系统传输到通信终端。系统主要运用射频技术通信，通信终端随时能够对故障指示器的无线信号进行接收。这就将配网与通信终端一次系统全部隔离开来，不会因系统是否带电而受到影响，故维护和安装的便捷性也更高。

2．3 通信终端

通信终端在接收到故障指示器发出的故障信息后，会及时将相关情况传递到中心站。因通信终端与故障指示器大多安装得较为分散，加之其数量较大，既要实现系统的升级和正常运转，还要达到缩减投入成本的作用，那么通信终端利用移动网络即可实现快速且准确的信息传递。

2．4 通信终端的电源系统

通信终端处于不间断的运行之中，需要采用较为可靠的电源系统来进行支持。由于故障指示器往往与通信终端配套使用，需要较大的电源，但PT电源却无法大规模使用。而故障指示器却能够由电流来获得电源，另通信终端也是一种微功耗设计，但因无法直接使用移动网络，故在进行登录时会出现大功耗现象。将太阳能电池与后备电源运用到架空线路通信之后，有效解决了供电问题，加之电缆线路通信终端运用CT超级后备电容供电技术以及CT取电技术，它能够有效确保通信终端始终处于运转的状态，不至于出现供电短缺的情况。

2．5 网络拓扑技术

应用基于地理信息系统GIS的网络拓扑技术，首先在控制中心安装相应的软件系统，该系统应当结合GIS技术。通过对该系统的安装，能够有效实现对各项信息的汇总处理，再经由纠错与校正，其能够结合所掌握的地理信息系统GIS信息对出现故障的位置进行准确及时的定位。

3 配电网故障自动定位系统的应用

3．1 某架空线路故障定位系统的应用实例

某变电站出线通常为农村架空线路，这种线路极易出现接地故障，并且在出现故障之后，故障点往往都位于田地中，给故障查找造成极大的影响。将故障自动定位系统应用其中，可根据当地线路实施要求以及运行环境，明确架空线路故障。同时，将通信终端安装在杆塔上，运用架空线路故障指示器无线传输来实现各种数据的上传和故障的定位。首先运用故障指示器将故障信息传输到通信终端，再经由GPRS或者GSM网络将信息传输到中心站，主站根据软件的分析对故障点做出判断，再将相关情况通过主站界面显示出来，再通过短信的方式将信息传递到巡线人员中。通过故障定位系统的运用，使得该地区的配电网水平得到了显著提升，并最大程度缩减了故障巡线人员的巡线时间，使得工作效率也明显提高。

3．2 某市电缆线路故障定位系统的应用实例

某市城区配电网线路经过网架优化改造后，已经了具备了一定的规模，大多数的线路都已经实现了电缆落地，这使得三电源或者双电源的系统已经基本形成，从某种程度上来说供电可靠性得到提升。但由于电缆供电系统非常庞大，会经常出现各种设备故障现象，这就需要提高线路的自动化水平，使其更加满足供电可靠性要求。

该市通过对国内外优秀经验进行总结，发现大部分的线路规划考虑更多的是项目以及系统的功能，这使得实用性以及可靠性被忽略。鉴于此，该市最后决定采用电缆线路故障自动定位系统，并将其作为提升自动化水平的重要方法。为了实现故障自动定位，需要将电缆故障指示器装到配电站、分支箱以及环网柜等设备上，同时安装相应的电缆通信终端，其能够根据GPRS或者GSM通信通道来实现通信，并将故障信号及时传输到后台主站中，以此来实现故障自动定位系统的有效运用。故障自动定位系统的应用使得城区电缆系统的故障查找水平得到了很大程度的改善。

［1］ 许 娴．智能电网故障定位及在线监测技术在10 kV城市配电网的应用探讨［J］．广东科技，2014，22（3）：57－58．

［2］ 唐金锐，尹项根，张 哲，等．配电网故障自动定位技术研究综述［J］．电力自动化设备，2013，40（5）：7－13．

［3］ 任成立．故障自动定位系统在农村配电网管理中的应用［J］．农村电工，2012，20（10）：21．