配网故障快速定位的基本方法分析及故障指示器的应用

周经纬 邓国明 阳细斌

（广东电网有限责任公司阳江供电局，广东 阳江529500）

0 引言

配网分布广、结构复杂，在城区电网架空线路多与电缆线路混合分布。对于保护不完善的线路，一旦线路某区段发生接地故障，则需要通过多次开关的操作才能将故障隔离开。故障处理时间长，易造成较大面积的停电，故亟需进一步提高故障定位和处理水平。利用配网自动化系统，能实现故障的快速定位，帮助检修人员快速找到故障点，对故障进行隔离和处理，这对加快恢复供电速度具有重要意义。

1 配网故障定位的基本方法

1.1 利用重合器和分段器

对于辐射型或开环运行的环网，其线路中间发生故障时，该线路的重合器检测到短路电流并跳闸，经过整定延时时间后自动重合。如果故障为瞬时故障，则重合器重合成功，电网恢复正常。如果故障为永久性故障，则重合器重合失败，再次跳闸并重合。经过设定的重合次数后，重合器闭锁重合，线路失电。分段器对重合器的重合次数进行计数，当达到整定值后，分段器分闸，将故障隔离开。如果分段器计数未达到整定值而故障已被隔离，则经过延时后恢复到初始状态，对下一次故障可重新计数。采用这种方法可以对故障进行定位和隔离，并且不需要运维人员操作。但是这种方法中，如果故障为永久性故障，重合器的多次重合将对电网造成较大冲击；重合器拒动时也会造成事故范围扩大。

1.2 利用FTU 和SCADA

FTU 具有遥信、遥测、遥控功能，它检测到故障电流会通过SCADA 通信网络将数据上传，由主站通过运算对故障进行定位。对于辐射型或开环运行的环网，电源侧最后一个通过短路电流的开关以及第一个通过短路电流的开关之间即为故障区段，可以通过检测沿线开关通过的短路电流对故障点进行定位。对于环网，发生故障后，各电源点的电流都会流向故障点，而在故障区段其两端的故障电流功率方向相反，通过判断短路电流的功率方向即可定位出故障点。利用这种方法能够一次性定位出故障区段，而不需要重合器进行重合。但是FTU 和SCADA 通信网络成本较高，一般只对重点线路配置。

1.3 利用故障指示器

故障指示器安装在配网线路上，具有电流电压采集、故障检测和判别、故障指示、信号输出和自动复归等功能，其结构如图1所示。

图1 故障指示器结构图

故障指示器利用空间电场电位梯度采集线路电压，利用电磁感应采集线路电流，通过电压和电流的变化对故障进行分析，如果判断为短路故障，则自动动作并做出指示，同时将故障信号利用通信系统发送给主站。如图2中的线路，S为故障指示器安装点，F为线路短路故障点，则从变压器到故障点F之间将流过故障电流，沿途的故障指示器S1～S5都会检测到短路电流，因此会发出指示信号。而S7、S8没有流过短路电流，因此不会动作。这样沿着配网线路，最后一个有指示的故障指示器和第一个没有指示的故障指示器之间的区段即为故障区段。

图2 故障指示器安装示意图

2 故障指示器在故障定位上的应用

2.1 故障指示器工作原理

过流型故障指示器在使用前会设置一个动作值，在运行过程中一旦检测到线路流过的电流I大于动作值Id，同时其持续时间T 大于设定时间Td，则会判断发生故障。Id在设置时需要大于线路正常运行时安装点可能流过的最大负荷电流，小于该条线路末端故障时安装点可能流过的最小短路电流。采用过流方案具有实现简单的优点，但在系统运行方式变化时，线路故障时所需的动作值也会变化，而提前设置的Id是固定的，因此容易出现误动或拒动的情况。

自适应型故障指示器检测的是电流的变化量。由于线路在发生故障时，电流增加幅度较大，线路保护跳闸后电压UC和电流IC会在瞬间变为0，因此自适应型故障指示器根据故障电流分量整定值Ib、故障切除可能所需最短时间T1、故障切除可能所需最长时间T2对故障进行判别，其判据如下：

ΔI＞Ib

T1≤ΔT≤T2

UC＝0

IC＝0

采用这种原理，故障指示器动作只与故障电流分量有关，对线路负荷电流的变化能够自适应，电网运行方式变化后整定值不变，减少了故障指示器误动或拒动的情况。

2.2 利用故障指示器检测单相接地故障的方案

在变电站接地变压器上安装一台动态阻性负载，如图3所示。

图3 动态阻性负载安装图

当线路发生单相接地故障时，中性点出现偏移电压，当控制器检测到该偏移电压大于整定值并持续一定时间后，则将动态阻性负载延时短时投入，使得变电站到故障点之间产生一个特殊的信号电流。而该信号电流将流过故障相，只有故障线路上的故障指示器才能检测到这个特殊信号电流，并自动指示和发送信号到主站，对故障点进行定位。

采用这种方案，能够有效地对配网故障信息进行采集。在实施该方案的过程中，要选用符合规范要求的故障指示器，沿线安装。配置通信终端和主站系统，故障指示器通过GPRS功能将信息发送给主站，经过解密认证后才能由主站系统进行处理。为故障指示器增加电流监测功能，使其同时具有故障指示和电流监测功能。

3 结语

本文首先对配网故障定位的基本方法进行了阐述。由于配网分布广的特点，依靠在开关上安装自动化装置对故障进行定位将花费大量的资金，建设和运维成本高，而采用故障指示器对线路的故障点进行检测和定位将有效降低成本。本文提出了一种特殊信号注入法，对于单相故障的定位具有较大优势。随着配网自动化的发展，故障定位的算法及故障特征的检测技术会进一步得到改进，配网的运行也将更加安全、可靠。

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