宋友文，趙繼光

(中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510623)

0 引言

近幾年，隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展和人民群眾對(duì)供電質(zhì)量要求的不斷提高，國(guó)家和行業(yè)對(duì)配電網(wǎng)的建設(shè)與運(yùn)行逐漸重視，并開(kāi)始了配電網(wǎng)自動(dòng)化試點(diǎn)建設(shè)。配電網(wǎng)故障復(fù)電是影響供電可靠性和客戶滿意度的關(guān)鍵因素，是客戶、社會(huì)衡量供電企業(yè)管理水平和服務(wù)理念的重要標(biāo)準(zhǔn)。

配電網(wǎng)故障快速?gòu)?fù)電包括:故障快速報(bào)告、快速診斷、快速定位、快速隔離、非故障段快速?gòu)?fù)電和故障快速修復(fù)。根據(jù)分析，故障定位和故障隔離時(shí)間約占總故障停電時(shí)間的33%，利用技術(shù)手段減少故障定位和故障隔離時(shí)間是提高配電網(wǎng)故障快速?gòu)?fù)電效率的關(guān)鍵。

2010年，廣東電網(wǎng)公司啟動(dòng)了配電網(wǎng)快速?gòu)?fù)電機(jī)制建設(shè)，在技術(shù)、流程等6個(gè)領(lǐng)域提出具體工作要求，努力實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障的快速?gòu)?fù)電。提出了“以提高供電可靠率為總抓手，建立配電網(wǎng)故障快速?gòu)?fù)電”的工作機(jī)制，其中，以故障定位為主的饋線自動(dòng)化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)快速?gòu)?fù)電工作的關(guān)鍵舉措。

1 故障定位模式探討

1.1 故障定位模式的選擇

配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)是通過(guò)安裝故障指示器裝置，在配電線路發(fā)生故障時(shí)，相關(guān)人員通過(guò)人工巡視或根據(jù)上報(bào)的故障信息，確定故障區(qū)域的系統(tǒng)。該系統(tǒng)僅僅在故障時(shí)起作用。

綜合目前國(guó)內(nèi)外的故障定位建設(shè)模式，大致可分為三類:就地顯示的故障定位模式、帶有通信功能的“一遙”故障定位模式、帶有遙測(cè)功能的“二遙”故障定位模式。就地顯示的故障指示器沒(méi)有故障信息的遠(yuǎn)傳功能，主要是通過(guò)就地顯示功能減少人工巡線發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)的時(shí)間，后兩種模式均帶通信系統(tǒng)，是目前主要應(yīng)用模式，具有便于升級(jí)為三遙的優(yōu)點(diǎn)。

以故障指示器為基礎(chǔ)的“一遙”故障快速定位系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的快速、準(zhǔn)確定位，節(jié)約大量的故障查找時(shí)間，是一種最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方案。可廣泛應(yīng)用于一般供電網(wǎng)絡(luò)的架空、電纜線路。

以故障指示器自動(dòng)檢測(cè)短路故障和接地故障的功能為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上增加通訊功能，可以將故障指示器的動(dòng)作狀態(tài)發(fā)送到故障監(jiān)控中心或配電自動(dòng)化子站，同時(shí)也可接入已有配電自動(dòng)化系統(tǒng)后臺(tái)，在監(jiān)控中心的后臺(tái)系統(tǒng)地理圖上或主接線圖上直接定位故障點(diǎn)，同時(shí)將定位結(jié)果以手機(jī)短信的形式分組發(fā)送給相應(yīng)的管理人員和運(yùn)行維護(hù)人員的手機(jī)上。大大提高了故障指示器定位故障的自動(dòng)化程度和故障處理效率，是一種最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的自動(dòng)化方案。故障指示器的通信可以采用GSM網(wǎng)絡(luò)的短信方式、GPRS或者CDMA等公共通訊平臺(tái)進(jìn)行通訊，也可在這一平臺(tái)上申請(qǐng)VPN等專網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)，保證通訊網(wǎng)絡(luò)的信息安全，這兩種方式均無(wú)需專門建設(shè)和維護(hù)通訊通道。

以故障指示器為基礎(chǔ)的“二遙”故障快速定位系統(tǒng)是在“一遙”方案的基礎(chǔ)上增加了負(fù)荷電流、開(kāi)關(guān)狀態(tài)遙信等檢測(cè)功能，滿足大多數(shù)配電網(wǎng)運(yùn)行需要，不需要一次設(shè)備進(jìn)行改造，實(shí)施難度小，整體性價(jià)比高。普遍適用于不易改造的電纜線路設(shè)備:環(huán)網(wǎng)柜、分支箱、箱式變電站和配電房。

圖1 帶通信功能的故障定位系統(tǒng)示意圖

1.2 故障指示器的故障判據(jù)

故障指示器的判據(jù)應(yīng)該考慮全面，以減少拒動(dòng)作和誤動(dòng)作的可能性。下面是過(guò)負(fù)荷跳閘的線路情況，故障指示器需要正確判斷，以防止誤動(dòng)。其中的電流值和其持續(xù)時(shí)間應(yīng)該根據(jù)各地區(qū)的線路和負(fù)荷情況具體設(shè)置，見(jiàn)表1。

其他有可能使指示器拒動(dòng)的線路情況如表2所示。

表1 可能引起誤動(dòng)的線路情況

表2 可能引起拒動(dòng)的線路情況

2 故障定位關(guān)鍵技術(shù)

2.1 故障定位系統(tǒng)的取電技術(shù)

2.1.1 故障指示器取電

故障指示器取電，主要有兩種取電方式:太陽(yáng)能電池板方式和線圈取電方式。

太陽(yáng)能電池板方式是直接在故障指示器上加裝小型太陽(yáng)能板，但考慮到故障指示器的體積較小，而且需要專用的工具帶電掛裝，其結(jié)構(gòu)較難處理，在現(xiàn)實(shí)的使用中不好操作。

線圈取電方式下，為了方便掛接故障指示器，都是采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的硅鋼片。這種方式導(dǎo)致線圈不能完全閉合，漏磁嚴(yán)重，磁能轉(zhuǎn)換的效率低，線路的負(fù)載要達(dá)到10 A以上才能正常工作。而架空線的分布廣泛，很多支線的電流達(dá)不到10 A，這種結(jié)構(gòu)的故障指示器就不能完全覆蓋整條線路。而且在需要檢測(cè)電流上傳后臺(tái)，兩遙方案時(shí)，精度過(guò)低不能達(dá)到要求。

采用高精度線圈，需要重新設(shè)計(jì)故障指示器的外形和結(jié)構(gòu)，故障指示器采用雙磁芯TA，一組檢測(cè)故障電流，一組專門用于取電，在安裝完全正確的情況下，線路上只需要2 A的負(fù)載電流就可正常工作，而且測(cè)量精度達(dá)到1%，能滿足兩遙的要求。

2.1.2 通信終端取電

由于通信終端是通過(guò)抱箍固定在高壓桿上，它的體積和結(jié)構(gòu)不會(huì)受到太大限制，取電相對(duì)簡(jiǎn)單?，F(xiàn)在最常用最成熟的取電方案時(shí)使用太陽(yáng)能電池板供電，配備高容量充電鋰電池。在夜晚或陰雨天氣時(shí)，由電池供電。電池在充足電后的情況下，可以維持子站連續(xù)15 d工作而不需補(bǔ)充能量。在日照不是太充足的地方，為進(jìn)一步確保電源的可靠性，可以考慮加裝風(fēng)能發(fā)電裝置。

2.2 故障定位系統(tǒng)的選點(diǎn)技術(shù)

故障指示器在架空線的布置原則，是在主干線上分段安裝，同時(shí)在每個(gè)線路的分支點(diǎn)安裝，這樣能在故障發(fā)生時(shí)有效區(qū)分故障區(qū)域。通信終端起的僅是傳遞信息的作用，其位置和數(shù)量直接由故障指示器的位置決定;它們之間常用的通信方式是通過(guò)2.4 G或433 MHz頻段，通信距離有限。前者最多只有幾十米，后者由于功耗所限只有1～200 m。在實(shí)際應(yīng)用中，基本上是一套故障指示器配一個(gè)通信終端，而通信終端的成本是故障指示器的2～3倍。所以作為中轉(zhuǎn)信息的通信終端，應(yīng)該是數(shù)量越少越好。要減少通信終端的數(shù)量，就要增加通信終端與故障指示器之間的通信距離，使一個(gè)終端盡可能與更多故障指示器通信。

2.3 故障定位系統(tǒng)的通信技術(shù)

目前的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中，普遍采用GPRS公網(wǎng)無(wú)線技術(shù)作為主站與終端之間的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，除了無(wú)線公網(wǎng)的安全性問(wèn)題之外，GPRS通信業(yè)務(wù)一般采用按流量計(jì)費(fèi)的方式收取月套餐費(fèi)，超出套餐內(nèi)的流量限制后資費(fèi)快速上升，當(dāng)終端數(shù)量上千甚至上萬(wàn)的時(shí)候，每個(gè)月需要交給電信運(yùn)營(yíng)商的流量費(fèi)用是驚人的。

表3 若干配電網(wǎng)自動(dòng)化項(xiàng)目中GPRS通信業(yè)務(wù)的收費(fèi)方式

因此，結(jié)合2.2中最優(yōu)選點(diǎn)的原則，當(dāng)大規(guī)模地進(jìn)行故障定位系統(tǒng)建設(shè)的時(shí)候，需要考慮的一個(gè)重要問(wèn)題就是遠(yuǎn)程通信終端的成本和每月的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用問(wèn)題，如何選擇合理的通信組網(wǎng)模式，使得故障定位系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性與通信可靠性并重，是目前的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。

傳統(tǒng)的組網(wǎng)方案:架空故障指示器內(nèi)置2.4 G通信模塊，通過(guò)短距離無(wú)線編碼信號(hào)與通信終端架空子站通信，通信距離在3～10 m之間。通信終端一般安裝在線路分支點(diǎn)處，它只能接收兩套故障指示器的編碼信息，收到的動(dòng)作信息通過(guò)處理后，經(jīng)過(guò)地址編碼和時(shí)序控制，通過(guò)GSM通信裝置發(fā)送給中心站。

由于故障指示器與通信終端的通信距離有限，一個(gè)通信終端最多只能覆蓋兩個(gè)故障檢測(cè)點(diǎn)，一條典型10 kV線路按主干線加分支線共30個(gè)故障檢測(cè)點(diǎn)計(jì)算，必須至少配備15+3=18臺(tái)通信終端，其中3臺(tái)為冗余配置。

改進(jìn)的組網(wǎng)方案:目前有技術(shù)采用長(zhǎng)、中、短距離相結(jié)合的通信組網(wǎng)模式，若干套(每套含A、B、C三相)故障指示器通過(guò)中距離RF490信道與單模式通信終端進(jìn)行信息交互，按照配電線路的結(jié)構(gòu)走向，每?jī)蓚€(gè)單模式通信終端之間放置一個(gè)雙模式通信終端，單模式通信終端與雙模式通信終端通過(guò)RF490信道通信，最后由多模式通信終端通過(guò)GSM/GPRS無(wú)線通信方式發(fā)送至遠(yuǎn)方監(jiān)控中心。

圖2 故障定位系統(tǒng)新型通信組網(wǎng)模式示意圖

通過(guò)中距離490 MHz的無(wú)線單?；镜臄?shù)據(jù)匯聚和轉(zhuǎn)發(fā)，可以大大減少雙模通信基站的數(shù)量，僅需要10臺(tái)左右的基站，其中單模和雙模交替分布，可大大降低通信系統(tǒng)的建設(shè)費(fèi)用和后期的公網(wǎng)無(wú)線通道運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。

該方案存在的問(wèn)題:通信模式的混合采用，導(dǎo)致了通信可靠性的不足，實(shí)際運(yùn)行中通信通道發(fā)生故障的問(wèn)題較多，而且也較難排查出故障點(diǎn)，給運(yùn)行維護(hù)帶來(lái)較大問(wèn)題;另外，該種方案擴(kuò)展性不強(qiáng)，每次有新的故障監(jiān)測(cè)點(diǎn)加入的時(shí)候，都要求通信通道進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)展。

因此，如何進(jìn)行更合理地布點(diǎn)和組網(wǎng)，使得在以可靠性為基本的同時(shí)，能夠兼顧到建設(shè)與運(yùn)維的經(jīng)濟(jì)性，以及系統(tǒng)后期的可擴(kuò)展性，是需要進(jìn)一步深入研究的問(wèn)題。

3 結(jié)語(yǔ)

故障定位系統(tǒng)直接減少故障定位時(shí)間、故障隔離時(shí)間，與其他模式比較具有明顯的經(jīng)濟(jì)性，適合處在配電自動(dòng)化建設(shè)起步階段的地區(qū)使用。故障指示器是故障定位系統(tǒng)的核心部件，目前仍需在故障判據(jù)、取電和通信等技術(shù)問(wèn)題上進(jìn)一步發(fā)展完善。

［1］秦絲，胡厚欲.電纜故障指示器的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)［J］.廣東輸電與變電技術(shù)，2008，4(12):49-52.

［2］袁欽成.配電系統(tǒng)故障處理自動(dòng)化技術(shù)綜述［J］.電力設(shè)備，2007，8(12):1-5.