35 kV电网线路断线监测技术系统的应用

杨俊峰

（阳泉煤业（集团）有限责任公司发供电分公司，山西阳泉045000）

0 引言

35 kV电网系统的故障类型主要是短路、断线和接地。短路对电网的影响最为严重，通常采取继电保护装置动作切除的方式对电网进行保护。接地故障虽然对电网和用户影响较小，但发生概率较高，所以也采取了多种方法进行监测、警示、隔离等。而断线对于电网、用户的不利影响和发生概率均不突出，目前还无法由变电站内单侧出线的继电保护、自动化装置进行故障判断。国内对断线故障的处理方式主要是依靠用户失电和人员巡线发现，通过电话告知相关部门，值班人员再通知生产人员进行故障巡查确认，最后通过用电企业故障报修实现断线故障受理，使电力调度、运维人员十分被动，获取故障信息滞后，故障确认和处理花费时间较长，在此期间会影响到用户正常生产经营和人身安全。在线路缺相运行期间，对供电质量要求较高的生产场所，可能会造成设备的报废；而悬空的导线直接威胁生产人员的生命安全。在深夜或恶劣的天气里发生线路断线故障后，由于无法及时发现并上报故障，会造成更加严重的事故。

1 35 kV供电线路断线的原因

根据某城市配电网2011—2015年间故障统计，累计发生配电网异常7 248起，其中断线故障469起，占比6.5%（含电缆），断线原因主要有以下几类：一是雷击断线；二是车辆、树木挂线，施工等外力断线；三是过负荷烧断线。断线故障由于发生频次较低，一直被人们所忽视，对其故障特征及其处理方法的研究也没有深入开展下去，但断线对用户供电可靠性和电压质量的影响不容忽视，对生产、生活用电和人民的生命安全影响很大，且被归类为电网企业恶性事故，所以对其进行监测和管控是非常必要的。

2014年7月22日，阳煤集团某煤矿黄北双回线发生停电事故，造成芦北站、保安站停电，其原因是35 kV黄北1#线发生断线并接地事故。该事件说明，一旦发生断线故障，对煤矿的安全生产影响很大，特别是高瓦斯矿井失电更为危险，故对35 kV电网断线故障进行研究，分析判断定位，尽早排除故障至关重要。

2 35 kV电网线路断线监测技术系统的应用

2020年，阳煤集团在35 kV电网中安装了一套断线故障监测系统，实现了阳煤35 kV电网断线故障监测分析定位，效果良好。

（1）对阳煤35 kV电网结构进行分析，建立典型断线故障模型并进行仿真计算比较，确定断线故障判据，通过对多端多种信号采集及研究，取得运行状态计算分析的数据，提出断线故障监测终端的技术要求，研发断线故障监测终端。

（2）将35 kV断线故障监测终端和变电站设备采集的故障信息通过有线和无线的方式上传至故障监测服务器。通过系统逻辑运算实现断线线路和故障区段准确判断，在监测中心工作站发布故障信息，并通过移动手机客户端通知相关人员。

35 kV电网线路断线监测技术系统通信架构如图1所示。

图1 35 kV电网线路断线监测技术系统通信架构图

阳煤电网有三种网络架构：

（1）三级不回环线路（矿北线、北吴线、吴杨线）。

（2）接有发电厂且与主网双环系统连接线路（矿电线、电黄线、矿黄线）。

（3）多级母线串接且含发电厂线路（矿刘线、刘贵线、广粉线、广电线、电粉线）。

三级不回环线路是不含发电厂的一种典型线路，该线路中的北吴线和吴杨线是串联结构，若上级线路北吴线发生断线故障，不仅影响吴家掌站，也影响杨坡堰站，所以对北吴线进行重点监测；另外，在这一典型线路的应用有推广到其他线路的示范价值。同时，该线路自然地理环境复杂，分布在地形复杂的山区，线路距离长；该线路所处地区气候环境恶劣，线路结冰情况时有发生，且雷击线路情况较多，是一条故障多发的线路，故对这条线路的故障情况进行监测很有必要。

另外两种网络架构（接有发电厂且与主网双环系统连接线路、多级母线串接且含发电机线路）均含发电机组，若发生断线故障，除了影响煤矿安全以外，其故障时产生的序电流会对发电机组产生严重危害，故对这两种网络架构的断线故障进行监测也很有必要。

为了实现断线故障区段的准确定位，需要结合线路CT，并在线路中段安装故障指示器，同时与35 kV线路原有的母线PT相结合，集中监测与分布式监测相结合，从而保证监测数据的完整性，来对故障进行识别，并提高监测的准确性和精确度。根据被监测线路的长短、线路自身的健康状况及外界的环境影响，阳煤集团初步确定了故障指示器终端的配置情况（表1）。

表1 阳煤集团35 kV电网断线故障监测终端配置表

3 35 kV电网线路断线监测技术系统的优点

（1）准确率高。针对35 kV供电网络，发生断线故障的区段实现99%判定，断线指示器与主站采用双向通信技术，增加了主站与指示器的下行通道，利用现场数据的同时又可对现场指示进行修正，实现了数据的双向交互，采用拓扑分析和现场研判相结合的方式，避免了现场误报的发生，提升了准确率。

（2）响应速度快。从故障发生到确定故障区段并将信息发送至相关人员小于等于90 s。

（3）信号抗干扰能力强。在传感器所处环境恶劣（在通信、谐波、电压突变、电磁场干扰等因素的影响下，测量信号的精度和数据不稳定）的情况下，采用切断干扰传播路径、提高测量装置的抗干扰性能及采用软件进行数字滤波等技术手段，提高了传感器在采集及通信过程层的抗干扰能力，从而使测量数据灵敏、稳定、可靠。

（4）断线故障研判方式及算法先进。利用各相的序电流及故障点两侧的序电流，相邻相的序电压、母线序电压与故障点两侧的序电压等多种信号的采集、汇集及分析比较，并通过对二叉树、能量测度法的相互印证，综合判断断线故障，最终确定断线故障的性质、相别、区段。

4 结语

35 kV电网线路断线监测技术作为电网系统采用的综合自动化技术手段，不仅减少了故障处置的时间，而且避免了电网系统中设备损坏和人员伤亡事故的发生，为电网系统的安全可靠运行提供了技术支持，虽然在实际现场使用中暴露出一些不足之处，但它发挥的作用和优势十分明显，通过技术的不断发展和完善，将能够更好地为电网系统提供服务。