配电网故障定位系统的研究与应用

【前言】配电网故障定位系统的研究与应用由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。本系统用于相间短路和单相接地故障时，仅故障检测原理部分不同，通讯系统、故障处理及显示部分均为公用。故障指示器安装在配电线路适当位置，系统出现短路或接地故障时，指示器检测到短路故障电流或特定接地信号电流流过，指示器动作，通过短距离无线通信模式，将故障...

【摘 要】配电网是整个电力系统直接面向用户的最后一个环节。随着我国社会经济的持续发展，电力用户对供电可靠性的要求越来越高，配电自动化系统的推广势在必行。配网故障定位、隔离及恢复系统作为馈线自动化系统的核心部件，其目的是为了故障后及时对故障区域加以定位和隔离，并尽快恢复非故障失电区域的供电。本文重点对配电网故障定位及负荷监测系统的原理和运行效果进行重点阐述。

【关键词】配电网;故障定位系统;自动研判

中压供配电线路分布范围广，每条线路较短、供电区域较小。与输电线路相比，一条线路停电对系统的安全性不会造成重大影响，因此一直未受到足够的重视。线路发生故障后，基本上是靠人工沿线寻找故障点。智能配网线路故障定位系统， 对配电网线路运行的运维管理发生了巨大变化，故障查找模式从原来的故障报修或调度告知，升级为系统自动研判并告知，为线路故障抢修发挥了极为重要的作用。

1 系统工作原理

配电网故障定位及负荷监测系统，以二遥故障指示器为基础，应用无线通信技术，实现故障点的快速定位和线路负荷波动的实时监测，属于一种经济实用型馈线自动化技术。能实现故障的快速定位，减少故障巡查和故障处理时间，同时监测负荷电流波动情况。系统构成主要包括：二遥故障指示器、二遥数据转发站、可变负荷柜、中心站、主站和通信系统。故障指示器具有检测故障及通信功能，采用短距离无线通信，解决了高压绝缘问题。

本系统用于相间短路和单相接地故障时，仅故障检测原理部分不同，通讯系统、故障处理及显示部分均为公用。故障指示器安装在配电线路适当位置，系统出现短路或接地故障时，指示器检测到短路故障电流或特定接地信号电流流过，指示器动作，通过短距离无线通信模式，将故障信号传送给配套通信终端。通信终端在收到动作信息后，将动作分支的故障指示器地址信息通过GPRS无线公网通信实时发给主站（后台）系统，主站（后台）系统进行网络拓扑计算分析，将故障信息以短信方式通知有关人员，并与地理信息系统（或配网线路图）相结合，可以直接显示出故障点位置信息，运行维修人员可以直接到故障点排除故障。

2 故障检测原理

2.1 短路故障检测原理

二遥故障指示器短路动作判据采用负荷电流自适应智能突变法，原理是根据配电线路故障时，线路电流一般会有如下变化规律：

（1）从运行电流突增到故障电流，即有一个正的I变化;

（2）上级断路器的电流保护装置会驱动断路器跳闸或熔断器的熔丝熔断，其故障电流维持时间是断路器的故障电流清除时间（=保护装置动作时间+开关动作时间+故障电流息弧时间），或熔断器的熔断及燃弧时间。

（3）线路停电，电流和电压下降为零。

根据这个特征，自适应型短路故障指示器的短路故障检测判据可概括为

（1）IF>Iset

（2）T1

（3）IH=0、UH=0

上式中IF为故障电流分量，或电流变化量，Iset 是内部缺省值，不同型号的指示器根据使用的的场合不同会略有差别。T 为故障持续时间，T1、T2 是内部缺省值，由配电系统的保护、开关性能等决定; T1为故障可能切除的最快时间，T2为故障被清除所需的最大可能时间，IH、UH为故障后的电流和电压值。上述判据可以描述为：当线路上的电流突然发生一个正的突变，且其变化量大于一个设定值，然后在一个很短的时间内电流和电压又下降为零，则判定这个线路电流为故障电流。显然它只与故障时短路电流分量有关、而与正常工作时的线路电流的大小没有直接关系。因此是一种能适应负荷电流变化的故障检测装置。它的判据比较全面，可以大大减少误动作的可能性。

2.2 接地故障检测原理

目前中国大多数配电网采用的是中性点不直接接地系统，这类系统发生单相接地故障时，因故障电流较小，故障特征复杂，因而故障点的查找非常困难。

不对称电流法检测单接地故障的原理就是按照小电流接地系统单相接地故障的特点，通过检测使故障线路上产生的不对称电流信号的特征来实现故障选线和故障点定位的。当线路上任何一点发生单相接地故障时，装在变电站内或线路上的不对称电流源检测到故障信息后，首先判断出故障相，然后对故障相施加特定信号，安装在线路上的故障检测装置检测流过本线路的特定信号，若满足故障特征则故障检测装置给出报警，从而指示出故障位置。

不对称电流源由K1、K2、K3三个真空开关、高压二极管和限流电阻组成，三个真空开关分别接线路的A、B、C三相。当线路上的某处发生接地故障时，变电站的PT零序电压升高，接地相对地电压降低，非故障相对地电压升高，不对称电流源控制器控制相应的开关动作，使故障线路（段）上流过脉动单向特征电流，而其它的非故障线路无该特征电流流过，安装在线路上和变电站的故障检测装置检测到该信号后即可检测出故障线路和位置，从而实现接地选线和定位。

不对称电流源在永久性接地故障发生时，在变电站短时投入阻性接地负载，在变电站和现场接地点之间产生特殊的小的信号电流（频率为50Hz），不但可以产生可供检测的信号电流，而且有利于消除谐振过电压。另外，不对称电流源在故障时延时投入保证了消弧线圈可以发挥消弧作用，保证从而瞬时性故障可以自动消除。

3 系统网架结构实现及运行效果

配电网故障定位及负荷监测系统由系统层、通信层和终端层三个部分组成，如下图所示。在充分满足故障抢修所需功能的同时，还要考虑与其它信息系统的衔接、过渡和集成，避免造成信息孤岛和系统建成即落后的尴尬。

站端设备（“二遥”故障指示器）以准确快速的检测配网中常见的两种故障____短路和单相接地故障为主，重点解决长期困扰电力系统的单相接地故障检测难的问题。

2014年底，该系统在南京六合地区试运行，共计安装架空二遥监测设备投运数量为194套，设备在线率为100%，该系统自投运截至目前共执行18次此故障判断，配电网故障定位及负荷监测系统故障定位准确率为100%。系统运行至目前故障定位极为准确，为我辖区故障抢修发挥了巨大的作用，供电可靠性大为提高。

4 系统投运后带来的效益

配电自动化系统能提高供电可靠性和电能质量、改善对用户的服务，具有显著的经济优越性和良好的社会综合效益。通过该系统对配网线路改造后，在提高配网供电能力的同时，也在显著提高供电可靠性和电能质量。一方面通过多售电可以为供电企业带来直接效益，同时也为改善投资环境和工作生活环境做出了积极的贡献。随着该系统的实施，实现对配电网的实时监测以及设备工况的监视，大大减少运行人员的巡视、测试等工作量，节约运行成本。根据对系统元件参数的监控，将检修工作从计划检修向状态检修过渡，降低设备运行维护成本。故障分析及处理方案更加准确，可以在将来发生类似故障时进一步减少损失，降低运行维护费用。

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