楊芳 山西中醫(yī)學(xué)院

線路故障在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用

楊芳 山西中醫(yī)學(xué)院

10KV電力配電線路復(fù)雜，輸電距離長(zhǎng)，事故隱患多。為及早排除遠(yuǎn)距離線路輸電的線路故障，保障線路正常運(yùn)行，提出了分布架設(shè)線路故障檢測(cè)裝置的方法。通過(guò)在線路上架設(shè)帶通訊功能的故障檢測(cè)終端，完成線路故障的檢測(cè)，通過(guò)GSM傳輸，再由監(jiān)控中心主機(jī)處理信息，確定故障所處位置，再將故障信息轉(zhuǎn)發(fā)給線路管理人員，及時(shí)排除線路故障，恢復(fù)供電。

配電網(wǎng)；故障在線監(jiān)測(cè)；GSM傳輸

“智能電網(wǎng)”是21世紀(jì)世界電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)家電網(wǎng)提出“加快建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化特征的統(tǒng)一的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”。作為“智能電網(wǎng)”重要建設(shè)內(nèi)容的輸電網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)各類隱患及事故的動(dòng)態(tài)報(bào)警，以減少因故障引來(lái)的人力、物力損耗[1]。

線路故障在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)綜合運(yùn)用了線路自取電、無(wú)線通信、計(jì)算機(jī)技術(shù)等新技術(shù)，主要應(yīng)用于配電網(wǎng)線路在線監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警。該系統(tǒng)能快速準(zhǔn)確的在線檢測(cè)接地故障、短路故障，并將所采集到的故障信息發(fā)送回中心，傳輸和錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)，供實(shí)地?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析、檢索和查詢使用，同時(shí)故障點(diǎn)通過(guò)GSM無(wú)線發(fā)射傳輸?shù)焦╇娋稚a(chǎn)管理部門、線路專工、線路維護(hù)等負(fù)責(zé)人的手機(jī)上，從而快速準(zhǔn)確找到故障點(diǎn)[2]。從而提高工作效率，提高線路管理的信息化、自動(dòng)化。

1 系統(tǒng)組成

線路故障在線檢測(cè)系統(tǒng)由主站監(jiān)控主機(jī)、雙通道GSM交換機(jī)、分布在配電線路各檢測(cè)點(diǎn)的故障檢測(cè)終端若干三部分組成，圖1是系統(tǒng)各部分工作流程框圖。

1.1 檢測(cè)終端由檢測(cè)電路、分析算法電路、觸發(fā)電路、無(wú)線傳輸電路模塊、電源電路等構(gòu)成。三只為一組檢測(cè)終端，負(fù)責(zé)檢測(cè)線路的數(shù)據(jù)，每組配有一臺(tái)通訊主機(jī)，可以將采集的數(shù)據(jù)信息遠(yuǎn)傳至室內(nèi)監(jiān)控中心。檢測(cè)終端安裝在需要檢測(cè)的導(dǎo)線上，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線路運(yùn)行情況，并將采集的特征數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心。

1.2 監(jiān)控中心后臺(tái)系統(tǒng)由軟、硬件構(gòu)成，主要通過(guò)收集、記錄、處理由檢測(cè)點(diǎn)回傳的數(shù)據(jù)，進(jìn)行故障的事件記錄、數(shù)據(jù)發(fā)布、自動(dòng)告警、日志編輯等工作。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，對(duì)應(yīng)的檢測(cè)終端圖標(biāo)變色顯示故障，發(fā)出聲光告警，并通過(guò)交換機(jī)發(fā)送手機(jī)短信到指定運(yùn)行人員手機(jī)。

1.3 通信交換機(jī)的主要作用是接收從檢測(cè)終端發(fā)送過(guò)來(lái)的短信息內(nèi)容。通過(guò)串口讀取到計(jì)算機(jī)，然后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行解析、處理信息；另外，還可以發(fā)送

需要發(fā)送給管理員得信息。

2 檢測(cè)終端工作原理

配電網(wǎng)線路發(fā)生故障后，線路中會(huì)流過(guò)暫態(tài)電流并且電壓會(huì)發(fā)生改變。根據(jù)這些暫態(tài)現(xiàn)象可以判斷是否發(fā)生故障[3]。

2.1 相間短路故障檢測(cè)判斷依據(jù)：

線路發(fā)生相間短路時(shí)，變電站和故障點(diǎn)直接的回路上會(huì)流過(guò)很大的電流，同時(shí)變電所的繼電保護(hù)裝置會(huì)按照事先設(shè)定的規(guī)則啟動(dòng)保護(hù)，使得線路跳閘斷電。因此，短路故障判據(jù)有3個(gè)條件：

（1）線路中出現(xiàn)突變電流

（2）大電流持續(xù)時(shí)間不超過(guò)3秒鐘0.02s≤△T≤3s △T為電流突變時(shí)間

（3）3秒鐘后線路處于停電狀態(tài)。I=0 I為線路故障后電流

以上三個(gè)條件同時(shí)滿足，判斷該位置的線路出現(xiàn)短路故障。

2.2 單相接地故障檢測(cè)判斷依據(jù)：

線路發(fā)生單相接地時(shí)，根據(jù)不同的接地條件（例如金屬性接地、高阻接地等），會(huì)出現(xiàn)多種復(fù)雜的暫態(tài)現(xiàn)象，綜合情況，接地判據(jù)如下：

（1）線路中有突然增大的暫態(tài)電容電流

（2）接地線路電壓降低3kV以上

（3）接地線路依然處于供電狀態(tài)

以上三個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，檢測(cè)終端判斷該位置的線路后出現(xiàn)接地故障。

2.3 過(guò)流判斷依據(jù)：

過(guò)載：雷擊及線路松動(dòng)等原因，造成線路瞬時(shí)過(guò)流跳閘，但又正常供電,沒(méi)有造成永久短路。

3 故障檢測(cè)技術(shù)

利用單片機(jī)作為內(nèi)核，計(jì)算速度達(dá)到每秒鐘500萬(wàn)次運(yùn)算；10位數(shù)字采樣，可以準(zhǔn)確測(cè)量線路電流；所有測(cè)量均為數(shù)字方式，不用模擬電路作為判斷依據(jù)，干擾少，精度高。

a.短路采取突變電流作為判斷依據(jù)，解決了適用性問(wèn)題，不會(huì)因?yàn)榫€路的繼電保護(hù)整定值改動(dòng)或者用電負(fù)荷增加而導(dǎo)致檢測(cè)單元不適用原有線路的問(wèn)題。

b.接地檢測(cè)的電容電流的啟動(dòng)值降低。

對(duì)于架空線路的穩(wěn)態(tài)接地電容電流值的計(jì)算，電力系統(tǒng)提供了經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式：其中，UP為線電壓（kV），L架空線路長(zhǎng)度(km）；系數(shù)2.7，適用于無(wú)架空地線的線路，系數(shù)3.3適用于有架空地線的線路。暫態(tài)電容電流是穩(wěn)態(tài)電容電流的3倍。根據(jù)上面的公式，接地檢測(cè)的電容電流啟動(dòng)值降低到穩(wěn)態(tài)1A即可，這就意味著只要同一母線下10kV線路超過(guò)40kM，該檢測(cè)單元即可生效，比通常要求的10A啟動(dòng)值大大降低，也使得系統(tǒng)適用范圍更廣。

圖1 線路故障在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作流程框圖

檢測(cè)終端檢測(cè)電壓升高或降低、線路是否帶電、零序電流、接地瞬間的電容電流、接地瞬間高次諧波電流的信號(hào)是否出現(xiàn)，且出現(xiàn)的先后順序，通過(guò)通訊裝置把信息返回中心。中心軟件通過(guò)把整條線路每組故障檢測(cè)終端發(fā)回的數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向和縱向的比較，綜合分析出接地故障及故障位置。

4 監(jiān)測(cè)終端的使用環(huán)境及技術(shù)參數(shù)

4.1 檢測(cè)終端使用環(huán)境條件：

海拔高度不超過(guò)4000米；

周圍空氣溫度：-45℃ ～+75℃；

風(fēng)速不大于34m/s （相當(dāng)于風(fēng)壓700PA）；

安裝場(chǎng)所：無(wú)易燃、爆炸危險(xiǎn)、化學(xué)腐蝕的場(chǎng)所、地震強(qiáng)度不超過(guò)8度。

4.2 檢測(cè)終端技術(shù)參數(shù)：

使用電壓等級(jí)：6kV～500kV

使用額定頻率：50Hz

使用負(fù)荷電流：0～1500A

使用導(dǎo)線：25～400平方米毫米

短路故障報(bào)警率：98%以上

接地故障報(bào)警率：70%以上

抗老化時(shí)間：10年

5 效益分析

該系統(tǒng)實(shí)施后，對(duì)運(yùn)行中配電線路的故障點(diǎn)能進(jìn)行有效地檢測(cè)，不需人工查線，能對(duì)配電線路故障點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，可以大量減少人力、物力、汽車臺(tái)班費(fèi)用。

如：該項(xiàng)目實(shí)施線路已查出故障8次，照此估算，平均每次減少查找故障時(shí)間約2個(gè)小時(shí)，平均負(fù)荷為4000kVA.將累計(jì)增加售電量64000kWh，平均電價(jià)按0.7199元/ kWh計(jì)算，增加售電金額46073.6元。

結(jié)論：通過(guò)分布式架設(shè)故障檢測(cè)終端檢測(cè)線路故障，線路管理人員根據(jù)告警短信內(nèi)容，即可知道線路故障區(qū)段及故障類型、發(fā)生故障時(shí)間等信息，從而快速排除故障。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)的故障檢測(cè)和定位一體化，減少了停電時(shí)間，降低了損失，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了供電效率，提高了電網(wǎng)的可靠性，為實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)智能化管理打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]胡學(xué)浩. 智能電網(wǎng)——未來(lái)電網(wǎng)的發(fā)展態(tài)勢(shì)[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2009(14）

[2]王海鵬.利用GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的可行性分析[J].高壓電器，2002，38(5）：12～15

[3]羅俊華，邱毓昌，楊黎明. 10kV及以上電力電纜運(yùn)行故障統(tǒng)計(jì)分析[J]. 高電壓技術(shù), 2003(06）

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.07.066