莊黎明 謝海寧 陸 建 尹建坤

（1、國網(wǎng)上海電力公司電力科學研究院，上海200437 2、科大智能電氣技術(shù)有限公司，安徽 合肥230088）

配電網(wǎng)線路與電力用戶直接相連，因此配電線路的分支比較多，一旦某個分支配電線路發(fā)生故障，對判斷故障線路需要大量的時間，對配電線路故障來說多有不便，因此配電線路故障指示器檢測系統(tǒng)應(yīng)用而生，該系統(tǒng)是實現(xiàn)配電網(wǎng)自動化的重要組成部分，只有實現(xiàn)智能化判斷配電線路的故障區(qū)段，才能提高配電線路檢修人員的工作效率、保障配電線路安全運行。

1 配電線路故障指示器

1.1 功能

配電線路故障指示器具有遠傳報警指示、故障報警復(fù)位、防止負荷波動誤報警、帶電裝卸、重合閘識別等功能，提高了配電線路故障判斷的效率，降低了故障誤判的幾率，有效保障了配電線路的安全運行。

1.2 特點

配電線路故障指示器具有識別故障能力強、穩(wěn)定性高、準確性高、實時性高以及故障報警方式多等特點。當故障發(fā)生之后系統(tǒng)會自動接到故障報警信息，如果故障位置比較偏僻，仍然可以從其他渠道上報故障信息，配電線路的安全性大大增加。

1.3 檢測方法

配電線路故障指示器自身的質(zhì)量對保障整個配電線路安全運行具有重要作用，因此故障指示器不能出現(xiàn)任何問題，否則影響配電線路的故障監(jiān)測效率對整個配電線路都會造成極大影響。常用的兩種檢測方法為模擬實驗法，在配電線路現(xiàn)場進行模擬或者在實驗室內(nèi)進行模擬皆可。

1.4 意義

配電線路故障指示器能夠準確及時地發(fā)現(xiàn)故障并上報，對配電線路的運行來說可以起到安全保障作用，當故障發(fā)生之后可以在短時間內(nèi)進行修復(fù)。電網(wǎng)用戶受到的影響比較小，電力公司也不會受到太大的經(jīng)濟損失。

2 配電線路故障指示器檢測系統(tǒng)總體方案設(shè)計

2.1 故障指示器系統(tǒng)總體方案

配電線路故障指示器檢測系統(tǒng)可以分為三個部分，其中最為關(guān)鍵是綜合檢測裝置，其次是電壓電流輸出單元和上位機信息處理裝置，綜合檢測裝置主要負責對故障配電線路的區(qū)段準確判斷，電壓電流輸出電源負責接收配電線路的數(shù)據(jù)，而上位機信息處理裝置則負責與綜合檢測裝置進行信息交互。

2.2 綜合測控裝置

故障指示器綜合測控裝置在整個系統(tǒng)中占據(jù)主要地位，該裝置需要具備多種渠道通信的能力，還需要保持具備極高的運算速度，否則無法與上位機及時進行信息交互。

2.3 故障指示器檢測系統(tǒng)硬件

2.3.1 升壓升流裝置。升壓升流裝置主要分為四種，其中單相升壓裝置的型號為HSNY-10kVA、原理圖如圖1 所示；三相升壓裝置的型號為HSXNY- Ⅲ；單相升流裝置的型號為HSXSLQ-3000A、原理圖如圖2 所示；三相升流裝置的型號為HSXSLQ-H-3000A。

圖2 單相升流裝置

2.3.2 任意波形放大裝置。任意波形放大裝置可以分別對輸入信號進行前置放大和功率放大，然后通過反饋信號進行調(diào)節(jié)即可，本文選用HEA-1000 型功率放大器。2.3.3 可編程邏輯控制器和觸摸屏?？删幊踢壿嬁刂破骱陀|摸屏應(yīng)該同時選擇，防止編程指令和接口出現(xiàn)誤差。本文選擇的可編程邏輯控制器的型號為永宏FBs、觸摸屏的型號為MT4000。2.3.4 交流量輸入輸出單元。本文交流量輸入輸出單元設(shè)備的型號為USB-6341，該設(shè)備的16 位分辨率精度達到±10V，而16 路采樣率更是達到了500kS/s,因此該設(shè)備完全可以做到精確定位配電線路故障區(qū)段。2.3.5 其他硬件。本文還采用了負載電阻箱、散熱風機等硬件設(shè)備。其中負載電阻箱選擇的過程中需要與功率放大器配合使用，因此該設(shè)備型號為RTU-5-5。而散熱風機主要對內(nèi)部進行散熱，因此風機設(shè)備信號選擇AC220V 即可。

2.4 故障指示器測試

配電線路故障指示器分別對短路故障和接地故障兩種情況下的故障上報和功能復(fù)位進行測試，測試結(jié)果表明短路故障和接地故障時均可以發(fā)出故障報警并實現(xiàn)自動復(fù)位。而帶電裝卸過程中并沒有發(fā)出故障報警，可見故障指示器的帶電裝卸功能完好。

3 配電線路故障指示器檢測系統(tǒng)綜合檢測裝置設(shè)計

3.1 核心控制單元可編程邏輯控制器

3.1.1 硬件連接?？删幊炭刂破餍枰c接觸屏、三相電壓和電流輸出裝置、單相電壓與電流輸出裝置、上位機等硬件設(shè)備進行連接，但是選擇的可編程控制器接口（port）數(shù)量不足，因此本文選擇加入一個通信擴展板設(shè)備作為輔助硬件連接設(shè)備。

3.1.2 可編程邏輯控制器軟件?？删幊炭刂破滠浖枰c上位機完成信息交互同時執(zhí)行其命令、與升壓升流裝置進行信息交互并且控制該設(shè)備、與觸摸屏進行實時通信、解析通信控制指令。為了方便后續(xù)對軟件的功能進行增改，本文采用模塊設(shè)計方法將整個軟件拆分成控制模塊和執(zhí)行模塊。按照軟件控制流程進行細分可以將其分成初始模塊、單項檢測模塊、三相檢測模塊以及上位機模塊。其中上位機模塊的通信、單相檢測模塊的短路故障檢測、可編程邏輯控制器軟件的控制指令和定時查詢分別按照各自的流程工作。

3.2 交流量輸入輸出單元

配電線路故障指示器檢測系統(tǒng)交流量輸入輸出單元需要選用微型電壓傳感器、閉環(huán)霍爾電流傳感器、直流電壓轉(zhuǎn)換器等設(shè)備。

3.3 觸摸屏界面

配電線路故障指示器檢測系統(tǒng)觸摸屏界面需要包含故障指示器檢測、配電自動化演示以及參數(shù)設(shè)置三大模塊，故障指示器檢測模塊中會需要包含升流、升壓設(shè)備操作、短路試驗、帶電裝卸試驗、重合閘識別、防誤動等模塊，參數(shù)設(shè)置模塊包括電流突變倍數(shù)、正常負荷電流值、初始電壓值、正常負荷持續(xù)時間、故障電流持續(xù)時間等參數(shù)。

4 配電線路故障指示器檢測系統(tǒng)檢測軟件設(shè)計

4.1 總體設(shè)計

4.1.1 設(shè)計原則。配電線路故障指示器檢測系統(tǒng)必須遵循實用、可靠、可擴展、先進、易操作等設(shè)計原則，保證系統(tǒng)操作人員經(jīng)過簡單培訓之后即可直接通過自動檢測系統(tǒng)完成對配電線路故障的查找和判斷。4.1.2 開發(fā)工具。配電線路故障指示器檢測系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計開發(fā)工具選擇LabVIEW（G 語言），該工具的優(yōu)勢可以模擬虛擬的仿真開發(fā)環(huán)境，使用圖形替代代碼。4.1.3總體設(shè)計。配電線路故障指示器檢測系統(tǒng)需要包含升流、升壓設(shè)備操作、短路試驗、帶電裝卸試驗、重合閘識別、防誤動等功能模塊，總體設(shè)計開發(fā)時可以采用V 模型區(qū)分設(shè)計重點，檢測系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)分為用戶層、控制層和通信層。

4.2 模塊設(shè)計

4.2.1 串行通信模塊。串行通信模塊通過發(fā)送幀經(jīng)VISA 寫入串口對收到的幀是否完整進行判斷，其VISI 寫入和讀取的圖標和端口定義不同，寫入開始之后經(jīng)過程序確認寫入信息，然后從進去緩沖區(qū)循環(huán)，最后解碼接收到的數(shù)據(jù)幀之后退出循環(huán)。4.2.2 數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫選用上位機操作系統(tǒng)中的ini 文件，數(shù)據(jù)寫入過程中根據(jù)文件是否同名判斷具體為幾次存儲，寫入與保存數(shù)據(jù)采用FOR 循環(huán)待寫入或保存完畢后關(guān)閉ini 文件即可。4.2.3 錄波模塊。錄波模塊首先需要生成錄波文件，然后驗證文件真實性之后寫入TDMS 文件，再按照TDMS 屬性將獲得的錄波數(shù)據(jù)寫入節(jié)點，最后清空緩存結(jié)束任務(wù)即可。但是采集錄波數(shù)據(jù)的過程中需要應(yīng)用DAQ 助手，通過該物理通道和虛擬通道的匹配可以將錄波數(shù)據(jù)寫入存儲到TDMS 文件中。4.2.4 仿真波形輸出模塊。G 語言與DAQ 助手結(jié)合模擬輸出信號可以得到Matlab 仿真Excel 工作表，然后利用函數(shù)調(diào)用工作表讀取仿真波形信息，最后處理波形數(shù)據(jù)之后即可輸出仿真波形圖。4.2.5圖像獲取模塊。配電線路故障指示器檢測系統(tǒng)軟件的圖像獲取模塊是為了更好地觀測配電自動化演示結(jié)果，圖片獲取模塊通過攝像頭對配電線路的現(xiàn)場圖片進行拍攝，根據(jù)連續(xù)圖像的預(yù)處理和后處理功能即可得到圖像分析結(jié)果。

4.3 軟件測試

配電線路故障指示器檢測系統(tǒng)軟件測試應(yīng)該按照各個模塊進行功能測試，最后根據(jù)輸出仿真波形的正確性校驗結(jié)果即可得到模塊功能的檢測結(jié)果。

5 配電線路故障指示器檢測系統(tǒng)應(yīng)用平臺

5.1 故障指示器介紹

本文在研發(fā)配電器線路故障指示器檢測系統(tǒng)時共選擇ZY_F10 和KLD2-A 兩種類型的故障指示器進行試驗，其中ZY_F10 故障指示器具備遙信、遙測和遙調(diào)功能，而KLD2-A 故障指示器不具備遙調(diào)的功能。

5.2 故障指示器檢測

配電線路故障指示器帶電裝卸試驗、重合閘試驗、故障報警與復(fù)位試驗、電氣性能試驗等檢測方法都需要通過該檢測系統(tǒng)應(yīng)用平臺的檢測模塊進行試驗，每次試驗檢測之前輸入對應(yīng)的參數(shù)即可。

5.3 三相線路仿真

配電線路故障指示器檢測系統(tǒng)三相線路仿真采用三相四線星型接法，根據(jù)三相仿真綜合控制平臺即可進行模擬實驗，通過升流升壓裝置的參數(shù)設(shè)置即可在上位機軟件中模擬三相線路的仿真過負荷實驗，查看故障指示器在過負荷狀態(tài)下是否照常發(fā)出報警。

6 結(jié)論

綜上所述，配電線路故障指示器檢測系統(tǒng)可以根據(jù)電流電壓檢測結(jié)果對故障類型進行判斷，故障指示器可以對故障發(fā)生的位置進行確認，對線路檢修和維護人員來說可以極大地提高工作效率和質(zhì)量。因此配電線路故障指示器檢測系統(tǒng)具有提高配電線路穩(wěn)定性、安全性的作用，但是配電線路故障指示器的類型比較復(fù)雜，不同種類的故障指示器無法進行全自動檢測，未來故障指示器檢測系統(tǒng)應(yīng)用平臺還應(yīng)該進行進一步的優(yōu)化，將各種類型的故障指示器進行整合并推動檢測系統(tǒng)的可視化，智能化和可視化是配電線路指示器檢測系統(tǒng)的發(fā)展方向。