10kV配网故障快速定位系统

肖鹏 姜浩

摘 要：随着经济的快速发展，人民生活水平不断提高，居民用电负荷与日俱增，对供电可靠性的要求越来越高。配网系统因其分支线多且复杂，发生故障的概率较大。当配网系统发生故障时，如果不能迅速、准确地实现故障定位，检修工作人员就无法及时赶到故障发生点检修故障设备，不利于缩短停电时间、减少停电面积，严重影响配网的供电可靠性指标。如何准确、快速故障定位是提高配网运行可靠性的关键问题。

1 配网故障定位现状

随着城市配网规模和供电区域的不断扩大，运维人员相对不足的矛盾逐渐突现出来，尤其是在重工业污染比较严重的电网区域，设备腐蚀程度高，线路损坏现象严重，属于配电线路故障频发和易发供电区域，需要采用先进的科技手段和管理手段，以提高电网的运维效率，实现减员增效。

由于城市中配网中绝大多数是以中性点非直接接地的小电流接地系统，单相接地故障是發生几率最高的故障类型，接地故障的特征量较为复杂，不易判别故障，而且相间短路故障特征较为明显，容易识别该故障，所以，配网故障定位主要难题是解决单相接地故障的准确定位。

2 配网故障快速定位系统拓扑结构

配网故障快速定位系统拓扑结构主要由故障指示器、不对称电流源、馈线终端单元（FTU）、数据转发站、等组成。现在主要以故障指示器、馈线终端单元（FTU）作简单介绍。

3 配网故障快速定位系统原理

3.1 故障指示器的工作原理

在线路的主要分支上加装故障指示器，数据转发站安装在线路的分支处，可以接收9只故障指示器（分别在三个分支的9相线路上）发送过来的动作信息，实现故障数据的传输。

3.2 短路故障检测原理

短路故障标准更全面，可以在更多的角度上可以大大降低故障发生的可能性。比如当前系统运行结构发生变化时，负荷一时大，一时小，变化率很高时，特别是负载变大，以及电机负载输入大或者在系统若干外界环境条件下出现短时励磁涌流时，当大负载投入时，只有流量通过短路电流给出故障指示。该指示器可有效防止励磁涌流闭合引起的误动现象。进行来判别相间短路故障主要靠安装在架空线的故障指示器来实现，目前还有其它相关的判断方法还待进一步诊断。

相间短路故障的识别主要通过安装在架空线上的故障指示器来实现。故障指示器检测短路故障的原理是根据短路的特性，通过测量线路中电流的突然变化和故障持续时间来确定故障。因此，它是故障检测装置，其适应负载电流的变化并且仅在故障情况下与短路电流分量相关。

配网相间短路时，当相间发生短路时，故障相电流瞬时增大，故障指示器对突变电流进行判断，若Is-If>120A，Ts<40ms故障分支线路上的故障指示器在故障后将被触发，给出红色翻牌信号和灯光显示，同时，故障指示器将故障信息通过短距离无线发射单元以无线电波的方式发送给架空线路数据转发站，数据转发站利用移动专网GPRS/GSM向系统层发送动作的故障指示信号，经过信号处理可以在监控端弹出故障信息窗口。检修人员可借助指示器上的报警指示迅速确定故障区段、分支及故障点，快速排除故障，恢复正常供电。

3.3 单相接地故障检测原理

目前，大多数配电网采用不直接接地的中性点接地系统。当这种系统发生单相接地故障时，故障电流较小，故障电流较小，故障特征较为复杂。存在使用5次谐波，从某种角度上来说，这种方法对寻找失败点非常困难。不对称电流法检测单接地故障的原理就是在系统发生单相接地故障后，不对称电流源控制内部的对应高压接触器闭合，使得在故障线路的变电站出口、故障段、接地点和不对称电流源之间形成回路，产生一个脉动的直流信号，该信号叠加在原来的负荷电流上，安装在变电站的保护监控装置检测到该信号后，通过站内的通信网络向调度汇报接地线路，完成接地选线。安装在线路上的故障指示器检测到该信号后，给出翻牌和闪光指示，从而查找出故障区段。

非对称电流源在发生永久性接地故障时，通过相关检测手段可以检测到一信号电流，这个电流等价是在变电站中短时间施加电阻性接地负载，变电站和现场接地点之间会产生一个特殊的小信号电流（频率为50Hz），不仅产生可检测的信号电流，而且还有助于消除谐振过电压。另外一方面，故障期间不平衡电流源的延迟输入确保了消弧线圈可以起到消弧的作用，从而可以自动实现瞬时故障淘汰。

4 系统实现方式

在重点负荷线路原有柱上开关上通过装设FTU，实现对线路的故障快速查找与隔离定位，每条重点线路加装故障指示器，用于检测单相接地故障，检测结果通过FTU上传到主站系统，或者由FTU直接动作，切除单相接地故障。其余线路加装故障指示器，实现对故障点进行快速定位，将故障范围准确定位，同时故障指示器还能检测单相接地故障，检测结果利用目前较广泛应用的通信技术，将数据转发站上传到主站系统，对接地故障快速可以得到定位效果。

5 结论与展望

基于不对称电流源和故障指示器的配网故障快速定位系统是一种理想的故障定位系统，通过故障指示器，采用短路特征识别法进行相间短路故障定位。目前电力系统中经常采用基于故障指示器的不对称电流源法，结合配网运行实践中可以迅速的解决配网故障检测中单相接地故障查找难的问题，可以从本质上解决这一难题，其意义性比较深远，对电力系统缩短停电时间、减少停电面积、以及供电可靠性有极其重要的意义。

通过多线程故障处理机制，可以并发处理短时间内的多个环网故障，为大规模配网提供了快速高效的故障处理平台，特别是对雷雨、冰雹、暴雪等极端恶劣天气下发生大面积停电时的故障应急处理，将会发挥重要作用。

参考文献：

[1]王丽娟.基于小波分析的小电流接地系统单相接地故障选线和测距研究[D].西安理工大学，2005.

[2]张志刚.基于小波变换和神经网络的小电流接地故障检测方法研究[D].哈尔滨工业大学，2009.

[3]刘家伟.消弧线圈接地系统暂态能量故障选线研究[D].重庆大学，2009.

[4]孟庆宇.基于多点信息的配电线路单相接地故障定位方法的研究[D].天津大学，2009.