10kV配电设备故障诊断及监测系统

国网山东省电力公司菏泽供电公司山东菏泽 朱露益

在实际操作中，10kV 的配电设备容易受到外部因素的影响，导致出现故障，并给电网的稳定运行带来负面效果。为了确保配电网安全可靠地运行，必须采取合理措施进行检修维护。利用智能电网的核心技术和设备，可显著提升设备故障的诊断和监测效能。因此，应结合具体应用场景，构建完善的智能监控体系，加强对配电网运行状态的实时监测。

1 故障诊断及监测系统概述

全方位分析10kV 配电设备运行状态数据，故障诊断与监测系统可以很快地识别输配电的具体情况，为确保10kV 配网能够安全可靠地运行，我们需要准确地评估设备是否有漏电、短路或断路等问题，并基于这些判断对设备的稳定性和安全性作出准确的评价。

10kV 配电设备因外界环境因素的影响，容易出现老化或损坏，这会进一步导致设备无法正常工作，从而触发区域输配电系统的中断。因此，想要提高配网安全水平，必须做好设备检修工作。为确保电力供应的可靠性和安全性，必须及时获取配电网络的状态信息，并对其进行定期检修和维护。故障诊断与监测系统具备显著的实用价值，其能为10kV 配电设备的日常管理工作提供有效的参考依据。通过建立相应的模型和算法实现对故障信息的分析处理功能，包括数据采集模块，数据分析处理模块，以及图形显示模块[1]。

2 10kV 配电设备运行中常见故障类型及原因分析

2.1 一次设备故障

我国10kV 配电网络节点多、管理设备广、故障频率高，给我国配电网络的运行维护带来了很大的困难。在这些电气设备中，与一次电气设备接触最多，主要是用来传导与转换电能的设备有开关设备、变压器、输电线路、无功补偿电容、电力电缆等。常见的设备故障类型包括短路、接地、绝缘、机械和发热等，在众多故障中，短路是最常见的一种。最容易出现问题的便是一次设备。导致设备故障的主要原因是地理环境和外部的自然环境因素（例如极端的恶劣天气条件），但也可能是设备本身存在的缺陷导致的。

2.2 二次设备故障

二次设备的故障是配电自动化系统中的一个辅助电气设备，其主要用于监测、控制和保护一次的运行，是由控制开关、电气仪表、继电器、自动化控制设备和控制电缆组合而成的。二次设备是指能够完成电力输送以及能量转换工作，并将电能传递至电网其他环节的电力设备或线路[2]。

在此基础上，还存在着部分由于管理不足、操作不当而导致的故障，而相关人员专业技术水平不足、工艺水准差、巡查防护不力、责任心不强等人为因素也是导致设备故障发生的部分原因，需要进一步关注并加以改进。

3 故障诊断及监测系统功能分析

3.1 系统架构

在进行10kV 配电设备的故障检测时，必须依靠前端的数据收集和集中式的管理系统，以确保整个系统能够高效且稳定地工作，并建立一个完整的故障诊断框架。

在该系统的操作中，前端数据采集工具采纳了智能电网的自动化技术和前沿的智能数据收集方法，其可以实时捕捉配电设备的工作状态，并通过通信工具向系统发送相关数据，从而产生完整且准确的运行监测数据，为接下来的故障检测和管理任务奠定稳固的基石。另外，也可以为配网运行管理部门制订专门的方案与对策，以此稳步提升配电网管理质量与供电的可靠性。可使用智能终端高效化分析并处理数据采集与历史数据，其能更好地评估设备的风险隐患与安全问题[3]。

3.2 功能单元

该功能单元由数据采集单元和数据管理单元组成。通过对数据的收集与整理，能够为用户提供更加全面的信息服务，同时也提高了供电质量。全面化分析数据采集单元，以此探索10kV 配电设备在电流、电压参数、振动状态、温度状态以及损坏情况等方面的主要特征。

为了可以高效采集现场10kV 配电设备的运行数据，笔者运用FTU 作为前端采集系统，并安装探伤装置、红外检测与振动检测。通过与上位机通讯以及与下位机软件通信等方式，使得整个系统具有良好的扩展性。目前，10kV 智能网的主要发展方向是通过与柱上开关联合，实现将智能电网控制要求下的故障设备进行及时隔离，以此逐步提升设备的运行管理水平，进而保障可以更加全面化地进行电力数据采集。

4 10kV 配电设备故障改进方法

4.1 全面提升10kV 配电线路的防雷水平

第一，需要全方位地增强10kV 配电线路绝缘子的耐雷能力，主要目标是提升针式绝缘子的耐雷性，可选择质量上乘、能源消耗较低且技术领先的针式绝缘子。第二，在设计中考虑采用悬挂绝缘导线或架设架空地线等措施降低杆塔接地电阻和对地电容电流，同时应注意防止雷击跳闸事故发生。由于悬式绝缘子具有较高的耐雷性，因此可以被视为一个正常的选择，有助于降低10kV 配电线路的建设和运营成本。第三，线路过电压保护器限流元件通过连接金具固定在瓷横担上，引流环套在横担上，与导线直接形成间隙，其结构如图1所示。雷击时，引流环与架空线路间的空气间隙被击穿，此时过电压保护器残压被限制在一定范围，避免绝缘子闪络。 第四，应当安装具有合适间隔距离的避雷器，并增强对其的保护措施。第五，需要根据不同负荷电流情况选择合适容量的避雷器[4]。在变压器的高压侧和低压侧都安装对应电压级别的避雷器，有助于增强10kV 配电线路的雷电防护能力，并降低由雷击引发的故障风险。

图1 线路过电压保护器结构图

4.2 加强人为监督管理力度

增强对10kV 配电线路的人为监控和管理是主要的策略。在对配电线路实施监督时，要注意做好巡视检查和检修工作。为确保10kV 的配电线路能够稳定和安全地运行，需要安排专人进行定期巡查和检查。发现问题时应该立即予以解决。发现异物，应该经迅速地进行排查和处理；处理和预防鸟害的故障都相对具有挑战性，通常是在检测到鸟害的情况下进行驱逐；雷击事故发生时，要做好防范措施。在设备损坏或发生故障的情况下，需要派遣专业的技术团队进行详细的排查和修复工作，以免给当地的10kV配电线路带来不良影响；对于运行维护人员来说，要做好日常巡视工作，及时发现并消除故障隐患。

4.3 要合理搭配检修方式

在10kV 配电设备的大修过程中，技术检测方法需要持续地更新。通过对现有检修管理模式进行优化调整，实现“状态修”管理理念是当前电力企业发展的重要趋势。例如，对原有的维修方式进行重组。将变电一次系统与配网管理系统相结合，实现远程实时监测。一方面，该系统融合了信息传输和数据监控的先进技术，可以确保变电站内的二次设备运行数据能被有效地收集和分析。另一方面，为了降低停电可能导致的负面影响，需要确保变电站的二次设备维护在尽可能短的时间里得以完成。

4.4 加强变电保护动作

10kV 配电设备由于设置保护不合理还会导致变电开关跳闸。可通过加装开关来保护变电工作时间以达到防止或提高变电开关跳闸。

4.5 对绝缘子的检查与更新

瓷器或绝缘子问题都可能引起短路，需采取正确处理措施。一是更换有问题或放电严重绝缘子时如出现问题，应由安装人员拆除更新。二是设备需经常大修保养，防止故障发生，降低因故障造成的损失。此外新建立的线路应强化绝缘子的应用。

4.6 安装优化避雷设备

当对10kV 的配电设备进行大规模维修时，必须严格按照相关的技术标准来操作，并特别关注配电设备两侧的开关位置。在进行检修时，要对电力设备本身进行仔细检查，同时还要确保其符合相应的安全要求和质量条件。在进行电力操作时，必须高度重视隔离开关的侧面部分。为了保证供电安全和可靠性，需要加强对电力设备的维护力度。在进行防御设备的安装时，必须严格按照既定的规范和标准来操作，并在此基础上对电力设施进行全面检查。就检修工作而言，必须注意避免发生雷击事故。未达到标准的避雷设备应当迅速进行完善或者升级改造。就配电线路和高压配电装置而言，都需要做好防雷击措施。在进行防雷电阻的测试时，还需要根据相关的检测准则，确保其数值不超过10Ω。当线路遭受雷击时，会导致局部停电甚至是断路的情况出现，从而给人们生活带来不便[5]。

4.7 建议应用5G 检修机器人进行配电检修

配备了机械臂膀的5G 检修机器人，在配电室DTU 柜门打开后，绿色的“扫描仪”能够迅速地检测和识别柜内装置面板灯的当前状态,并进行准确的分析。随后，机器人会伸出仪器臂，准确按下设备面板上的按钮，进行告警记录查询，从而实现设备的重新启动或光纤的通断测量。该巡检系统可在无人值守情况下实现故障检测与维修功能，具有智能化程度高、运行安全可靠等特点。这项实用新技术描述了一个5G 型的智能图像检测和自动维修机器人。其解决了目前电力系统巡检存在的效率低下以及不能实时掌握系统运行状况等问题，具有高效可靠、智能化程度高和操作方便灵活等特点。

5G 型智能检修机器人已经拥有了超过十种的操作功能，包括对设备进行定点巡查、操作设备面板、替换出现故障的附件、重新启动设备，以及对开关进行分合闸操作等。本装置采用红外遥控技术，利用单片机对开关柜中各种电气设备及相关部件信息进行实时监测，并根据检测到的数据通过继电器实现自动化控制。这项实用新技术成功克服了配电室低压侧开关不能进行远程操控和自动化设备无人维修的难题。

5 10kV 配电设备故障诊断及监测系统应用

5.1 快速隔离处理

根据10kV 配电设备的故障诊断系统所提供的各类数据，可以迅速确定故障位置，并利用GIS、GPRS 等先进技术对故障区域进行精确定位，进行后续的故障处理和维护工作。本文通过建立数据库来管理和存储相关的数据资料，一旦获取到所需数据，即可直接在接口上调用这些数据，或者直接观察和展示10kV 配电设备的当前状态。这样可以及时地了解设备运行情况及相关参数变化情况。

5.2 配合维修作业

对于10kV 配电设备的故障诊断系统，笔者在巡查过程中特别关注了容易出现故障的部分和设备。如果设备经常出现故障，建议每天检查一次，以确认设备线路是否存在二次故障的风险；如果发现问题则要立即停机并及时更换新部件，否则应采取必要措施防止事故扩大和蔓延。对于那些不常出现故障的区域，可以定期进行大规模的检查。例如，在年终和月末的维修工作中，可以将这些区域纳入巡检范围，并每年或每月进行一次全面检查，同时及时排除任何安全隐患。

6 结语

当前，依赖自动化设备的智能配电网络已崭露头角，成为输配电领域的一种创新架构。该体系以分布式监控系统为基础，实现了对配电网络各环节的实时数据采集与分析处理，并在此基础上完成配电网运行管理、故障预警及辅助决策功能。该系统具备在线监测、远程调整以及自我保护模块和设备等多种手段，能够对系统运行状况进行快速而准确的监控，并据此进行科学而高效的输配电调度，进而从根本上提升电网运行的安全性和可靠性。随着电力市场改革的不断深入，智能配电网建设已成为电力行业发展中一项重要课题。