10kV配电网故障定位系统的研究

李国才

(石林供电有限公司,云南石林 652200)

10kV配电网故障定位系统的研究

李国才

(石林供电有限公司,云南石林 652200)

现如今,随着电力系统的发展,对配电网供电可靠性要求逐渐提高,要求能够根据配电网传送的实施信息,定位配电网故障点,本文以10kV配电网为例,对配电网的故障定位系统进行研究,分析故障检测方法达到及时消除故障的目的。

10kV配电网 故障检测 定位

随着当今经济社会的全面发展，对整个电力系统的供电可靠性提出了更高的要求，由于配电网直接接触最终用电客户，服务对象从居民到工业、商业等广大用户，覆盖面很广，除了给人们供应基本的生活用电，还为中小企业提供电能供应，几乎所有的用电客户都是由中低压配电网接入，占每年售电量的四分之三还多。然而配电网的重要性在电网发展的过程中前期并没有引起足够的重视，随着电力设备多样化的出现，电能供应的可靠性、和电能质量逐渐引起人们重视。伴随着这样的现象，配电网自动化开始得到快速发展。配电网自动化利用电子技术、计算机技术、材料学、通信技术对配电网的运行进行监控，其中的故障定位系统能够检测故障发生的范围，在故障发生时，检测故障点，隔离故障区，减小停电范围，使电网能够安全可靠、经济有效的运行，为广大用户提供稳定、可靠的电能。

1 10kV配电网线路特征

本文着重对10kV配电网故障定位系统进行研究，10kV配电网特点具体如下。

(1)线路分支多，网络结构复杂。10kV配电网分支较为复杂，过多的分支，使得信号的传输能力变弱，较难检测出故障点的具体位置，容易出现对故障点的误判断。

(2)接地电阻较大。10kV配电网受接地介质的影响，接地电阻很大，配电网如果发生单相接地，故障信号微弱，使得故障较难发现。如何克服高电阻的影响是配网故障定位研究的重点。

(3)对地电容过大。10kV配电网线路过长，一般由几公里到几十公里。线路越长，线路对地电容越大，电容对注入交流信号分流越大，而定位是需要的电流信号较小，这就给定位也带来了困难。

2 配电网故障分析

配电网中影响正常供电的原因有很多，有自然原因如：雷、雨、雪、凝冻等引起；有设备方面的原因，包括设备老化、过负荷等；还有人员责任的原因，包括运行维护不当、外力破坏、盗窃等；最后是小动物影响。从影响配电网停电时间上大体可以分为两类：暂时性故障和永久性故障，一般暂时性故障的处理是通过变电站出口处的断路器一次重合闸进行消除。永久性故障则要进行配网故障排查及处理直至恢复电网运行。

配电网故障定位系统是指在故障发生后，根据配电网采集到的信息进行汇总，结合电网的实际运行，判断出故障点所在位置，反映在电网的拓扑结构上。智能配电网将会沿着可能导致故障点的电路进行排查，检查开关的正常状态，设备的正常运行，得到故障点的具体位置之后，将故障点隔离，进行修复。在对故障点进行修复的同时，为了尽快恢复故障点的电力供应，需要采取备用设备，重新调配到配电网中，回复区域供电。

配电网发生故障，有时故障时间长达数小时，严重影响了用户的正常用电，在农村，这种现象更是较为常见，为了提高整个配电网的可靠性。就需要提高配电网自动化智能水平，使配电网动化做到自动检测到配电网故障点，自动隔离，自动切换重构配电网结构，最大限度的缩短停电时间。为了进一步提高配电网故障电位的可靠性，现在可以采取的措施有：优化配电网的网络结构，对一些设备进行新老更替，增加智能化采集，保证网络传输信息的可靠性，实现主要设备的实时测试和控制，为提高配电网自动化故障定位系统的可靠性，提供坚实的物质基础。

3 故障定位方法研究

目前，我国中低压配电网大多采用中性点非有效接地运行方式(俗称为小电流接地系统)。配电线路故障，尤其是单相接地故障的快速、准确定位，不仅对修复线路和保证可靠供电，而且对保证整个电力系统的安全稳定和经济运行都有十分重要的作用。配电网故障定位法据配电网网架结构来看主要分电力电缆故障定位法、架空线路故障定位和适用于架空线与电力电缆混合敷设的故障定位方法。

3.1 电力电缆故障定位

3.1.1 测量阻抗定位故障点

阻抗法的故障测距原理是假定线路为均匀线，是通过测量故障点与测量点之间的阻抗，得出所需参数，联立故障定位方程，解得故障距离。这种方法的较为简单，为广大工作人员所接受。这种测量故障距离的方法称为电桥法，电桥法分为电阻电桥法和电容电桥法。两者的测量范围不同，电阻电桥法一般用于测量电阻不高的故障点，一般要求5000欧以内，测量原理是根据电桥平衡原理得到故障距离。这两种方法原理类似，适用于电缆断线故障测量，不适合测量高电阻。电容电桥法在测量时必须知道电缆的准确长度和一些原始材料，如果电缆线路构成比较复杂，计算比较复杂；电桥法不能测量三相短路故障。阻抗法具有投资少的优点，但受路径阻抗、线路负荷和电源参数的影响较大，对于带有多分支的配电线路，阻抗法无法排除伪故障点，它只适合于结构比较简单的线路。

3.1.2 行波法

根据行波理论，无论是相间短路故障还是单相接地故障，都会产生向线路两端传播的行波信号，利用在线路测量端捕捉到的暂态行波信号可以实现各种类型短路故障的测距。行波法是通过测量故障产生的行波在故障点及母线之间往返一趟的时间或利用故障行波到达线路两端的时间差来计算故障距离。行波法也较常用于电缆故障测距，以测量速度快，精度高著称，有A、B、C、D型行波测距法。A型行波测距法原理简单，所需设备少，理论上有较高的精确度，由于需要高速采样系统和精准时间的限制，应用的广泛度不够，近来，主要用这种方法测试的有：脉冲电流法和脉冲电压法。B型行波测距需要借助于通信通道进行故障测距，应用场合较广，需要精确的故障行波到达测量端的时间。C型行波测距通过发生高频脉冲，计算脉冲信号在故障点和装置之间的距离得到故障距离，主要的测试方法有低压脉冲发射法和二次脉冲法。

3.2 交流、直流定位

直流法是通过向故障点注入定量的直流电流，保证直流电压输出在某一范围内可调，通过调节直流电压的值，保证注入的直流电流不变，之后应用直流检测器找出故障发生的路径，进一步检测缩小故障点范围，最终确定故障点位置。直流法确实有诸多优点，但为了进一步快速的确定故障点位置，将两种检测方法相结合，在用直流检测法检测出故障路径之后，利用交流法确定故障点的具体位置，通过注入的交流电流产生与电网频率相同的磁场，由磁场产生的感应电动势，实现地面检测。交流检测可以在地面进行信号检测，检测的方法非常方面，只需手持检测设备在地面就可以得到线路的电流。

采用上述方法进行故障定位，工作人员假设10kV配网单相接地故障。

3.2.1 直流判定

从故障相注入直流电流130mA，根据电网拓扑图确定监测点位置1，用直流信号检测器分别检测位置1处的电流情况，结果测量到分支线2处没有报警声，分支线3处出现报警声，如此便可确定故障点在分支线3处。用同样的方法，以分支线3处为监测点，可以确定分支线3处下属小分支故障点存在的位置，进一步精确故障位置所在。

3.2.2 交流判定

在故障相处注入交流电流150mA，通过对比各线路点的电流强度，可以看出，故障路径所在。从检测点寻迹，线路电流点即为故障点，在检测时，倘若该点的显示值瞬间减小，说明该点为故障点。交流检测法查找故障在时间上有很大优势，只用了半个小时，就确定了故障点位置，操作方便，容易控制。

4 结语

配电网是电力系统的重要组成部分，为千家万户提供用电，配电网的可靠性至关重要，本文对配电网中关键的故障定位系统进行分析研究，分析了配电网故障的危害性，结合10kV配电网，分析了10kV配电网的特点，根据10kV配电网的特殊性，给出了集中配电网故障点的检测方法，然而有的传统的方法比较局限，本文在此基础上给出了一些解决办法，相信随着电力设备的发展以及电力网络拓扑结构的不断优化，故障检测系统可靠性随之得到进一步提高。

[1]郭俊宏,谭伟璞,等.电力系统故障定位原理综述[J].继电器,2006,34(3):76-81.

[2]严凤,杨奇逊,齐郑,等.基于行波理论的配网故障定位方法的研究[J].中国电机工程学报,2004,24(9):37-43.

[3]周强辅,屈莉莉,李斌银,等.基于故障指示器的配电线路故障自动定位系统研发[J].南方电网技术,2010,4(5):97-98.

[4]张宏波,袁钦成.故障指示器在智能电网中的应用[J].能源技术经济,2011,23(1):16-20.

[5]杨明皓.配电网供电恢复系统决策的实时计算方法[J].电力系统自动化,2000,24(5):45-48.