故障定位系统在10 kV配电线路上的应用探讨

顾得军

摘  要：随着科学技术的不断发展，用户和用电设备对供电企业供电可靠性的要求不断提高。10kV配电线路作为用户电源点的供电线路，由于配电线路运行环境复杂多变、用电设备参差不齐等制约因素，配电线路故障频发。如何快速查找、隔离故障已成为现代供电企业面临的严峻挑战和供电系统研究方向。近年来，在线监测技术已成为配电线路的稳定运行必要的技术保障。该文主要以兰州市榆中县区域10kV配电线路故障定位系统为研究对象，对在线监测技术系统的优缺点和存在问题进行分析，并提出一些改进方法，有望为配电线路故障快速排查提供有力支撑。

关键词：在线监测技术  故障定位系统  线路故障  配电线路

中图分类号：TM7                              文献标识码：A                   文章编号：1672-3791（2021）02（c）-0068-03

Discussion on the Application of Fault Location System in         10 kV Distribution Line

GU Dejun

（State Grid Yuzhong County Power Supply Company， Lanzhou， Gansu Province， 730000 China）

Abstract： With the rapid development of science and technology， users and electrical equipment have higher and higher requirements for the reliability of power supply. The 10kV distribution line serves as the power supply line of the user's power source point，due to the complex and changeable operating environment of distribution lines， uneven electrical equipment and other constraints， distribution line faults occur frequently. How to find and isolate faults quickly has become a serious challenge faced by modern power supply enterprises and the research direction of power supply system. In recent years， on-line monitoring technology has become a necessary technical guarantee for the stable operation of distribution lines. In this paper， the fault location system of 10kV distribution line in Yuzhong of Lanzhou City is taken as the research object.It analyzes the advantages and disadvantages and the existing problems of the online monitoring technology system and puts forward some improvement methods， which is expected to provide favorable support for the rapid fault troubleshooting of distribution lines.

Key Words： On-line monitoring technology; Fault location system; Line fault; Distribution electric line

目前，變电站和10 kV配电变压器之间，主要依靠10 kV配电线路联络起来，运行稳定的配电线路对于保证电网的安全性具有重要意义。由于榆中县国民经济支柱产业的多元化、地域分布行业化、电力需求不均衡等因素影响，使得10 kV及以下配电网架结构日益复杂化，设备故障频发。同时，随着道路建设、房地产开发等市政工程的落地实施，乡村振兴工程逐步推进，配电网面临的环境日益复杂化，外力破坏时有发生。快速排查配电线路故障成为棘手的难题，恰恰故障定位在线监测系统为快速排查故障提供了有力的技术保障。

1  10 kV配电线路故障类型

10 kV配电线路在正常运行过程中常常会受到各种扰动，其中对配电线路运行影响较大的是系统中发生的各种故障。常见的故障有短路、断线和各种复杂故障（即在不同地点发生短路或短线故障）[1]。

2019—2020年，榆中县10 kV配电线路单相接地故障发生的概率最高，可达70%，两相短路约为20%，两相接地短路约占5%，三相短路故障约占5%。

2  10 kV配电线路故障人工排查方法

接地故障排查方法包括5种：一是分段试拉法[2];二是人工巡线法[2];三是仪器、仪表应用法[2];四是线路绝缘抽测遥测法[3];五是整体遥测绝缘判断法。

短路故障排查法包括2种：一是分段巡视法;二是全面巡视法。

断线故障排查法包括2种：一是客户咨询法;二是锁定区间法。

可见，查找故障点的方法基本均采用人工巡视方法，依靠配电线路运行维护人员沿线路巡视查找故障点，当故障发生在大风、雷雨、大雪等恶劣的天气或者线路处于林区、山沟、河流等地形复杂地区以及故障发生在夜间时，将给巡视人员查找故障带来一定的困难，往往查找到故障点要花费很长的时间，而故障却很容易处理[4]。这种查找故障的方法不但消耗了大量的人力、物力，更会造成线路停电时间过长。为了向用户提供连续可靠的电能，故障点的及时发现和快速消除故障、尽快恢复供电就显得尤为重要，科研人员在尝试某种程度上采用信息系统代替人工巡视线路的方式，准确判断故障点。

3  电线路故障定位系统

3.1 概述

10 kV配电网中性点不接地，属于小电流接地系统。配电网在实际运行过程中，发生接地和相间短路故障时，电网中存在大量的故障信息，可以利用一些量化的信息对故障点进行定位，同时，将故障或可疑线路与无故障发生的线路分开，保证其他线路的供电。该文结合榆中县配电网故障定位系统（一种基于计算机和通信技术，实现配电线路故障快速定位）构建及应用，探讨如何快速、准确地排查10 kV线路的故障[5]。

3.2 系统结构功能介绍

3.2.1 系统构成

故障指示器、数据转发站（通信终端）、监控主站和通信系统。其中通信系统又分为：故障指示器到数据转发站之间的短距离无线通信、数据转发站到监控主站的无线公网通信。在需要判断接地故障时，还需要增加一个外施信号发生装置（榆中县县域10 kV电网使用不对成电流源），用于在接地故障发生时，使得系统产生一个用于故障点探测的特征信号。

3.2.2 模块介绍

（1）故障指示器。在线路发生故障时，故障指示器在现场翻牌并闪灯，同时将故障信息通过短距离无线通信方式发送给附近的数据转发站。一是短路故障检测：故障指示器检测到短路瞬间电流异常增大之后线路停电，指示器给出告警信息。二是单相接地故障检测：当线路上任何一点发生单相接地故障时，装在线路上的外施信号发生装置（榆中县县域10 kV电网使用不对称电流源）对故障相施加特定信号，故障指示器检测到该特殊信号后，给出翻牌和闪灯指示，同时发出无线告警信息给附近的数据转发站。

（2）数据转发站。数据转发站一般安装在故障指示器附近（一般与指示器同杆，最远不超过15m），接收故障指示器发射的故障信息后以无线公网（短信通信卡）的方式转发给监控主站系统。

（3）用户监控信息系统。接收数据转发站转发的信号，判断出故障区间并显示告警，同时发送告警短信给10 kV线路设备主人、供电所负责人、生技部主任等相关運维、管理人员。

3.2.3 系统工作原理

系统出现短路故障时，故障指示器检测到短路故障电流流过，通过短距离无线将动作信号传送给就近的数据转发站。系统出现接地故障时，外施信号发生装置使得故障线路产生特定电流信号，故障指示器检测流过该线路的该信号后，通过短距离无线将动作信息传送给就近的数据转发站。数据转发站在收到动作信息后，将故障信息通过无线公网信号发送给监控主站进行处理和显示。监控主站依据收到的故障信息进行分析，可以直接显示出故障区段，并在单线图和运维人员手机上显示出来（短信方式+单线图方式），按照这个提示信息，运行维修人员可以直接到故障点排除故障[6]。

4  10 kV配电线路故障定位系统优缺点分析

4.1 10 kV配电线路故障定位系统优点

（1）故障指示仪、数据转发站（导线悬挂型转发站、杆塔型数据转发站）、不对称流源安装简单，监控主站搭建容易。

（2）日常维护方便，难度较小。结合线路巡视，观察故障指示仪的动作复归情况，定期联系运营商，确保通信卡片运行正常。

（3）故障判断准确，快速。故障指示仪、数据转发站、监控主站层级提交故障信息，由监控主站自动分析数据，判定故障区域，反馈至线路设备管理人员。

（4）数、图结合，明确展示故障点，提升故障排查、处理效率。

（5）将人从大量的体力劳动中解放出来，通过信息化系统履行运维人员判断、管理职责，提高工作质效。

4.2 10 kV配电线路故障定位系统缺点

（1）故障定位系统可视化界面单一[7]。故障定位系统借助于三大运营商网络，服务器布置在调度指挥中心，虽然系统短信发布至供电所设备主任、生技部相关人员、公司领导，但是故障区域仅以杆塔编号显示区域，不直观。故障点区域单线图仅仅依靠调度人员进行发布。

（2）故障指示器寿命短，好多故障指示器故障“翻牌”后不复归，长时间处于变色状态，对其他时间段故障排查制造误区。

（3）故障指示器误动时有发生，尤其是短路故障监测。正常情况是指示器检测到短路瞬间电流异常增大之后线路停电，指示器给出告警信息。但是大多情况是指示器检测到短路瞬间电流异常增大，线路未停电，指示器也给出告警信息，故障指示器“翻牌”。

4.3 10 kV配电线路故障定位系统优化建议

（1）开发多元化可视化界面，尤其是手机APP软件，与榆中县供电公司布置的服务器链接，第一时间通过故障定位系统将故障区域图示化于设备管理相关人员手机界面。

（2）不定期地对系统进行在线升级，确保故障定位系统快速、准确地监测故障位置。

（3）加强资金投入，对老旧硬件设备进行升级改造，确保各类硬件、软件兼容性。

（4）继续探讨研究，防止由于线路切割之后故障定位系统故障点判断出现误区。

4.4 应用效果

如图1所示：以国网榆中县供电公司某条10 kV线路故障定位系统应用为例，说明故障定位系统效果。榆中县供电公司XX kV XX变电站XX线，24 km安装一组故障指示器和数据转发站，部分安装点如图1所示。故障点到变电站沿途故障指示器动作（1～5号指示器动作），故障点后的指示器不动作（6号指示器不动作），故障区域就在5～6号之间（通俗讲故障区域就在翻牌与不翻牌之间）。

5  结语

10 kV配电线路在线监测技术对于电力系统的正常运行具有重要意义。目前，架空10 kV配电线路的在线监测技术系统主要是一遥架空的故障定位系统。其中，单相接地检测，采用信号源注入法;短路接地检测，采用自适应法。该系统在榆中县10 kV配网线路中投入使用，大大提高了供电可靠性，也为今后榆中县配网自动化的建设提供主流的技术保障，提升配电线路故障排查效率。

参考文献

[1] 尹守德.配电线路接地故障的探测及定位方法研究[J].科学技术创新，2019（28）：189-190.

[2] 马宝甜，郑微微，石丽红.配电线路故障点快速查找方法探析[J].电子制作，2017（20）：90-91.

[3] 夏道止.电力系统分析[M].北京：中国电力出版社，2011.

[4] 赵世杰.10kV配电线路的接地故障及快速定位方法研究[J].电子制作，2020（24）：90-91.

[5] 贾科，赵其娟，冯涛，等.柔性直流配电系统高频突变量距离保护[J].电工技术学报，2020，35（2）：383-394.

[6] 谢言.配电线路运行维护以及故障处理的探讨[J].科技视界，2018（36）：257-258.

[7] 李稳洲.农村地区配电线路运行故障分析及防范措施优化研究[D].吉林大学，2019.