配电线路负荷监测与故障定位系统

配电线路负荷监测与故障定位系统

作者：邹宇 邱龙富

来源：《中国科技博览》2013年第38期

[摘要]：本文首先简述了目前监测电网故障存在的主要问题，然后提出了配电线路负荷监测与故障定位系统要达到的系统设计目标，进而给出了系统的设计方案，并详述了检测部分的工作原理，最后简要总结了系统的主要特点。 [关键词]：配电线路 监测 故障定位 一、研究背景

配电网线路故障由于较难由供电部门发现，一些故障需要在用户报警后才能处理，故响应速度极慢。这使得在事故区间内的用户停电情况不能动态掌握，实施日常计划停电变得困难。

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目前，供电班、站需要投入大量维护和管理的时间，工作量很大，投入的维护管理费用也很高。

随着电力系统发展的需求， 配网的自动化升级成为当前十分紧迫的任务。现有的配网自动化系统不具备准确检测单相接地故障的功能，包括一些线路上安装的翻牌式故障指示器，人员必须到现场查看才能确认故障。这对配网中故障率排第一位的单相接地故障来说显然是一个急待解决的问题。另外，现有配网自动化系统的通讯网络大多是通过双绞线或光缆连接。在地形复杂、气候环境恶劣的地区，其施工难度大、造价高、维护困难，从其运行结果来看也不能保证系统的稳定运行。 二、系统目标

系统需要实时反映线路的运行技术参数，使配电网络运行由不透明变为透明，由被动管理变为主动管理，实现对设备状态的实时监控，为配电网络运行管理提供科学依据。

系统能够缩小事故发生的可能区域，快速、准确的定位故障点，以缩短事故停电时间。系统需要迅速、准确、直观的通过计算机反映配电线路故障区段，为线路设备故障的判断、分析提供详细的技术资料和依据。

系统设计需要预留数据接口，能够方便的实现与第三方管理系统的无缝连接、数据共享，以实现资源的优化组合。 系统要实现的功能如下：

1）依靠线路取能解决供电问题，比太阳能供电更加可靠。 2）采用低功耗无线射频通信模块，建立短距离无线通信网。

3）可实时监测线路负荷电流，包括定时回传和后台主动召测负荷电流数据。 三、系统组成

配电线路负荷监测与故障定位系统通过在配电网络中安装用于实时检测线路短路故障、接地故障和线路负荷电流等信息的自动化装置，与通讯中继器和监控管理软件相结合，完成配电网的监测、保护和控制，是一套分布监控、集中管理的智能型配电网运行管理系统。该系统由分布安装在配电网络中的数字式故障判断器、通讯中继器、特频源和监控管理软件四部分组成。

分布安装在配电网络中的数字式故障判断器一组三个，分别安装在三相线路上，每组检测器内含一套无线射频通讯系统，组成一组无线局域网，将故障信息、负荷电流信息通过无线射

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频方式传输给中继器，中继器经过数据打包通过移动公网方式上传于监控管理软件。后台管理软件完成检测数据的分析、判断、整理并生成各种管理报表。 四、工作原理

本系统通过LC串联感应式取能，采用特频注入及检测线路电压变化相结合的机理，使装置具备了线路取能及单相接地检测功能，通过短距离无线通讯和远程移动公网（GPRS/GSM）相结合的方式将检测数据上传至后台故障信息管理系统，实现配网的负荷信息、故障信息采集，及时反映线路运行状况，并可通过配电故障智能决策支持系统提供抢修决策，及时通知相关线路运行维护人员及时隔离故障区段，从而达到快速排除故障的目的。 1.短路检测原理

系统采用电流突变和速断过流法检测短路故障。当故障判断器认为线路发生相间短路故障时，向中继器发送故障信息，由中继器将故障信息返回软件管理系统。 图2 短路故障示意图

具体故障点的判断如图2所示，当D点发生短路故障时，短路电流流过2#线B相2、5、8故障判断器和C相3、6、9故障判断器，图中标记发射状态的故障判断器发出短路故障信息，11、12判断器因在短路点后，未流过故障电流，不发故障信息，系统根据故障判断器回复信息的情况，即可判断出故障区段在8、11判断器之间，即图中所示D点发生短路故障。 2.单相接地检测原理

接地故障检测采用特频注入法。当线路电压两相升高，一相降低时，特频源延时后注入异频；中继器检测到电压变化后通过无线向判断器发出检异频指令；中继器收到异频电流后判断是否超过门限，超过门限则将故障信息打包上传至主站；当发生接地故障停电以后可以强制命令特频源输出异频再检一次故障。

如上图，如果D点发生接地故障，特频源注入异频后，3、6、9号判断器检测到异频电流构成故障回路。检测故障数据发回主站后，主站进行智能分析后判断出接地故障区段 。 五、系统特点

配电线路负荷监测与故障定位系统具有以下主要特点：

1）通过故障检修决策系统，能够迅速、准确判断短路故障位置，减少故障查找的盲目性；采用特频注入检测方式判断接地故障，大大提高判断的准确性。

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2）通过高压电容取电方式提供中继器和特频源工作电源，运行稳定，免维护；故障判断器采用免维护自充电电源，使用寿命长。

3）提供非有线通信方式数据传送手段，实现了配网的实时潮流监测，单相接地监测和实时拓扑分析，能够定时自动发送和主动召测，方便了解线路负荷变化情况。

4）故障报警方式多样化，监控主站采用故障推图闪烁显示、语音提醒和手机短信相组合方式进行故障报警。

5）使用标准的绝缘操作杆带电装卸，施工和维护简单、方便。 6）高可靠低成本的实现配电智能终端现场取电问题。 六、小结

配电线路负荷监测与故障定位系统通过对配电网络的静态、动态数据的有效收集，提供一个基础的数据平台，再采用技术手段对这些数据进行分析、处理，为配网运行和维护提供准确、快速、高效的服务，使得配网管理由静态管理水平上升到动态管理水平。

配电网状态监测涉及的领域很广，其研究难度系数也较高。在实际应用当中，它不仅涉及到电力系统各专业、学科的技术问题，而且还涉及到一系列控制、管理学科上的问题。由于本人所学知识有限，文中所述解决方案尚存在很多不足，还需要在今后的实践中进一步的研究和改进。 参考文献：

[1]马宁.变电站远程监控系统研究[J].哈尔滨工业大学学报.2009（01）. [2]明瑞卿，李慧.变电设备状态检修技术的探讨[J].电气工程应用.2010（04）.