配网工程中线路故障定位与诊断技术应用研究

鄂尔多斯市碳中和研究应用有限公司 张云鹤 内蒙古电力（集团）有限责任公司鄂尔多斯供电分公司 万浩浩

随着电力系统的不断发展和配电网络的规模扩大，线路故障定位与诊断技术在配网工程中变得日益重要。线路故障不仅会导致电力设备损坏和停电，还可能对用户造成安全隐患和经济损失。因此，如何快速、准确地定位和诊断线路故障成为电力行业面临的重要挑战[1]。

1 线路故障对配网工程的影响和挑战

线路故障是指在配电网络中，由于各种原因导致电力线路发生短路、断线、接触不良等问题。这些故障会给配网工程带来一定的影响和挑战。

第一，线路故障会给供电可靠性带来影响。供电可靠性是配网工程的核心目标之一，而线路故障会导致部分或全部用户停电，严重影响用户的用电需求。尤其是对于重要用户，如医院、工厂等，一旦发生线路故障可能会造成严重的经济损失和人身安全风险。第二，线路故障给配网工程的维修和恢复工作带来了较大的挑战。由于配电线路常常铺设在建筑物或地下管道中，维修人员需要面临复杂的环境和作业条件。同时，线路故障往往发生在高压环境中，存在一定的安全风险。第三，当线路故障发生时，需要定位故障点并及时修复，这对维修人员的技术水平和应急处理能力提出了较高的要求。第四，线路故障也对配网工程的设备和材料造成了不可忽视的损害。电力线路故障可能导致绝缘子、导线等重要设备损坏，需要及时更换和修复。第五，由于线路故障可能带来瞬态过电压和电流，还会影响到电力变压器、开关设备等其他配网设备，进一步增加了维修和替换的成本和困难。

面对线路故障给配网工程带来的影响和挑战，需要采取一系列措施应对。第一，加强对配网线路的定期检修和维护，减少故障发生的可能性。第二，提高配网维修人员的技术水平和应急处理能力，确保能够快速定位故障点并进行有效修复。第三，增加备用设备和材料的储备，以便及时替换损坏的设备。第四，加强对配网工程的监控和管理，及时发现故障并进行预警和处理[2]。

2 线路故障定位技术

2.1 传统方法

传统的线路故障定位方法主要包括单点检测法和区间测量法。

单点检测法是一种简单直接的线路故障定位方法。通过在电力线路上设置多个探测点，并利用电阻进行故障点的检测和定位，如图1所示。当线路出现故障时，通过测量不同探测点处的电阻值变化来确定故障发生的位置。然而，这种方法需要人工操作，且存在定位误差较大的问题。另外，在某些情况下，故障点的电阻变化可能非常微弱，很难通过单点检测法准确定位。

图1 线路故障定位图

区间测量法相对于单点检测法较为精确。是利用传感器在线路上进行连续的电压和电流测量，并通过比较故障前后的测量数据来确定故障点的位置。区间测量法具有实时性强、准确度高的特点，可以有效地缩小定位范围。然而，该方法也存在一定的局限性，例如，对支路故障和隐性故障的定位效果较差。

2.2 高级方法

高级故障定位方法是指通过引入新的技术手段和算法来提高线路故障定位的准确性和可靠性。其中，常见的高级方法是基于物理场的故障定位技术。这种技术利用线路上产生的电磁场或电力频谱特性来定位故障点。例如，可以通过监测电流波形和电压波形的变化来判断线路上是否存在短路或过载现象，并进而确定故障位置，如图2所示。另一个高级方法是利用智能监测装置进行线路故障定位。智能监测装置如故障指示器、故障录波器等可以实时监测电网的状态和信号，当线路发生故障时，这些设备会发出警报并记录详细信息，帮助工程人员快速定位故障点。

图2 电流波形与变化

此外，随着电力自动化技术的不断发展，还出现了基于远程监控和遥测的故障定位方法。该方法通过监测配电网络的各个节点的数据，并利用远程通信技术传输和处理这些数据，实现对线路故障的快速定位。该方法中，智能变电站、智能终端等设备起到了关键作用[3]。

3 线路故障诊断技术

3.1 传统方法

配网工程是指电力供应系统中的用户侧电力配电网络，随着城市化进程的加快和电力需求的增长，配网工程的建设和维护变得尤为重要。然而，在配网工程中经常会出现线路故障，这不仅影响了电力供应的连续性，还会导致电力损失和安全隐患。在传统的配网工程线路故障诊断中，常使用以下几种方法。

第一，巡检法。通过对配电线路进行巡检，观察线路周围的环境，寻找异常迹象，如路面上的明显坑洞或表面损坏。这种方法虽然简单直观，但是很难准确定位故障点，尤其是在长距离和地下线路中。第二，隔离法。将整个配电网络分成不同的线路段，逐一进行隔离，并测试每个线路段的状况，以便找到故障点。这种方法需要逐一测试每个线路段，耗费时间和人力资源，且破坏性较大。第三，试探法。使用试探器等设备对线路进行试探，通过观察电流、电压等参数的变化来判断是否存在故障。这种方法虽然精确度较高，但需要专业人员操作，并且设备成本较高。

3.2 智能化方法

智能化方法在配网工程线路故障诊断中的应用主要体现在四个方面：数据采集、特征提取、故障诊断和智能决策。第一，通过对电网的数据进行采集及实时监测，可以获取大量的电流、电压、功率等信息。这些数据被传输至智能化设备中，为后续的故障诊断提供了充足的依据。第二，通过特征提取技术，可以从大量的数据中筛选出与故障相关的关键特征。例如，利用傅立叶变换等数学方法，可以从电源质量和电力谐波等多个方面提取有关故障的特征。这些特征不仅能够帮助判断电网的运行状态，还能够辅助故障目标的定位。故障诊断是整个智能化方法中的核心环节，其需要利用专业的算法和模型对采集到的数据进行分析和处理。目前，常用的智能故障诊断方法包括人工智能（AI）、模糊理论、遗传算法等。这些方法能够根据已有的电网故障数据库，对实时线路故障进行快速准确地诊断。第三，基于智能决策技术，可以根据故障诊断的结果，制定出最优化的维修方案。智能决策技术能够根据不同的情况，评估故障造成的影响、计算修复成本，并给出维修方案的优先级，同时还能做出修复后的评估和预测[4]。

4 线路故障定位与诊断系统

4.1 系统架构和组成模块

配网安全检测系统（Distribution Network Security Detection System）是用于确保配电网络的安全运行的一种重要技术手段。通过对配电设备和网络进行实时监测和检测，及时发现并响应潜在的安全威胁，保障用户用电安全和供电系统的稳定运行。配网安全监测系统的具体架构如图3所示。以下分析了架构中几个关键组件。

图3 配网安全监测系统架构

第一，数据采集模块。该模块负责实时采集电力线路传输的数据，并将其转化为可处理的数字信号。通常情况下，数据采集模块会包括各种传感器和检测设备，如电压、电流传感器等。其能够获取线路上的电气参数信息，并将其传输给后续的处理模块。第二，数据处理模块。在该模块中，采集到的数据会被送入算法进行处理。这些算法可以是基于数学模型，也可以是基于统计学理论的方法。算法的目的是根据实时采集到的数据，通过分析和计算得出故障的类型、位置和可能原因。为了确保系统的准确性和实时性，数据处理模块通常会使用高性能的处理器和存储设备。第三，用户界面模块。该模块对外提供友好的人机交互界面，使维护人员能够直观地查看故障定位和诊断结果。用户界面通常会配备各种可视化工具，如图表、图像和地图等，以更直观地展示电力线路的状况和故障位置。同时，用户界面也会提供各种操作和控制功能，方便维护人员进行故障修复和系统设置。第四，通信模块。该模块负责系统内部各个模块之间的数据传输和通信。一个好的线路故障定位与诊断系统应该具备强大的通信能力，包括支持多种通信方式和协议，能够实现远程监控和远程操作等功能。

4.2 数据采集与处理

数据采集是指通过各种传感器、监测装置等设备，对配电网中的各种参数进行实时监测和采集。常见的数据采集内容包括电流、电压、温度、湿度等。这些数据可以传输到监控中心，供后续的故障诊断和定位使用。数据采集的过程需要保证数据的准确性和稳定性。因此，在系统设计中需要考虑如何选择合适的传感器，并确保传感器的安装位置和方式正确无误。另外，数据传输的稳定性也非常重要，可以采用有线或无线的方式进行传输，但无论采用哪种方式，都需要保证数据传输的稳定和可靠。采集到的数据需要经过一系列的处理，才能得到有用的信息。数据处理的过程包括数据清洗、数据过滤、数据校正等环节。其中，数据清洗是将采集到的原始数据进行去噪、降噪等操作，以便得到更准确的数据。数据过滤是对采集到的数据进行筛选，去除无效或异常数据，保留有用的数据。数据校正则是将采集到的数据与已知标准进行对比和调节，以确保数据的准确性[5]。

5 结语

总之，在配网工程中，线路故障的定位与诊断是一项至关重要的任务。通过不断引入先进的技术和算法，配网工程中的线路故障定位与诊断技术将获得更大的提升。这将有效地减少故障排查时间，提高维护效率，确保供电系统的稳定性和可靠性。因此，要意识到技术发展的同时，培养相关人员的专业知识和技能同样重要，只有技术与人才相结合才能推动行业的发展。