鄂爾多斯市碳中和研究應用有限公司 張云鶴 內(nèi)蒙古電力（集團）有限責任公司鄂爾多斯供電分公司 萬浩浩

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和配電網(wǎng)絡的規(guī)模擴大，線路故障定位與診斷技術(shù)在配網(wǎng)工程中變得日益重要。線路故障不僅會導致電力設(shè)備損壞和停電，還可能對用戶造成安全隱患和經(jīng)濟損失。因此，如何快速、準確地定位和診斷線路故障成為電力行業(yè)面臨的重要挑戰(zhàn)[1]。

1 線路故障對配網(wǎng)工程的影響和挑戰(zhàn)

線路故障是指在配電網(wǎng)絡中，由于各種原因?qū)е码娏€路發(fā)生短路、斷線、接觸不良等問題。這些故障會給配網(wǎng)工程帶來一定的影響和挑戰(zhàn)。

第一，線路故障會給供電可靠性帶來影響。供電可靠性是配網(wǎng)工程的核心目標之一，而線路故障會導致部分或全部用戶停電，嚴重影響用戶的用電需求。尤其是對于重要用戶，如醫(yī)院、工廠等，一旦發(fā)生線路故障可能會造成嚴重的經(jīng)濟損失和人身安全風險。第二，線路故障給配網(wǎng)工程的維修和恢復工作帶來了較大的挑戰(zhàn)。由于配電線路常常鋪設(shè)在建筑物或地下管道中，維修人員需要面臨復雜的環(huán)境和作業(yè)條件。同時，線路故障往往發(fā)生在高壓環(huán)境中，存在一定的安全風險。第三，當線路故障發(fā)生時，需要定位故障點并及時修復，這對維修人員的技術(shù)水平和應急處理能力提出了較高的要求。第四，線路故障也對配網(wǎng)工程的設(shè)備和材料造成了不可忽視的損害。電力線路故障可能導致絕緣子、導線等重要設(shè)備損壞，需要及時更換和修復。第五，由于線路故障可能帶來瞬態(tài)過電壓和電流，還會影響到電力變壓器、開關(guān)設(shè)備等其他配網(wǎng)設(shè)備，進一步增加了維修和替換的成本和困難。

面對線路故障給配網(wǎng)工程帶來的影響和挑戰(zhàn)，需要采取一系列措施應對。第一，加強對配網(wǎng)線路的定期檢修和維護，減少故障發(fā)生的可能性。第二，提高配網(wǎng)維修人員的技術(shù)水平和應急處理能力，確保能夠快速定位故障點并進行有效修復。第三，增加備用設(shè)備和材料的儲備，以便及時替換損壞的設(shè)備。第四，加強對配網(wǎng)工程的監(jiān)控和管理，及時發(fā)現(xiàn)故障并進行預警和處理[2]。

2 線路故障定位技術(shù)

2.1 傳統(tǒng)方法

傳統(tǒng)的線路故障定位方法主要包括單點檢測法和區(qū)間測量法。

單點檢測法是一種簡單直接的線路故障定位方法。通過在電力線路上設(shè)置多個探測點，并利用電阻進行故障點的檢測和定位，如圖1所示。當線路出現(xiàn)故障時，通過測量不同探測點處的電阻值變化來確定故障發(fā)生的位置。然而，這種方法需要人工操作，且存在定位誤差較大的問題。另外，在某些情況下，故障點的電阻變化可能非常微弱，很難通過單點檢測法準確定位。

圖1 線路故障定位圖

區(qū)間測量法相對于單點檢測法較為精確。是利用傳感器在線路上進行連續(xù)的電壓和電流測量，并通過比較故障前后的測量數(shù)據(jù)來確定故障點的位置。區(qū)間測量法具有實時性強、準確度高的特點，可以有效地縮小定位范圍。然而，該方法也存在一定的局限性，例如，對支路故障和隱性故障的定位效果較差。

2.2 高級方法

高級故障定位方法是指通過引入新的技術(shù)手段和算法來提高線路故障定位的準確性和可靠性。其中，常見的高級方法是基于物理場的故障定位技術(shù)。這種技術(shù)利用線路上產(chǎn)生的電磁場或電力頻譜特性來定位故障點。例如，可以通過監(jiān)測電流波形和電壓波形的變化來判斷線路上是否存在短路或過載現(xiàn)象，并進而確定故障位置，如圖2所示。另一個高級方法是利用智能監(jiān)測裝置進行線路故障定位。智能監(jiān)測裝置如故障指示器、故障錄波器等可以實時監(jiān)測電網(wǎng)的狀態(tài)和信號，當線路發(fā)生故障時，這些設(shè)備會發(fā)出警報并記錄詳細信息，幫助工程人員快速定位故障點。

圖2 電流波形與變化

此外，隨著電力自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，還出現(xiàn)了基于遠程監(jiān)控和遙測的故障定位方法。該方法通過監(jiān)測配電網(wǎng)絡的各個節(jié)點的數(shù)據(jù)，并利用遠程通信技術(shù)傳輸和處理這些數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對線路故障的快速定位。該方法中，智能變電站、智能終端等設(shè)備起到了關(guān)鍵作用[3]。

3 線路故障診斷技術(shù)

3.1 傳統(tǒng)方法

配網(wǎng)工程是指電力供應系統(tǒng)中的用戶側(cè)電力配電網(wǎng)絡，隨著城市化進程的加快和電力需求的增長，配網(wǎng)工程的建設(shè)和維護變得尤為重要。然而，在配網(wǎng)工程中經(jīng)常會出現(xiàn)線路故障，這不僅影響了電力供應的連續(xù)性，還會導致電力損失和安全隱患。在傳統(tǒng)的配網(wǎng)工程線路故障診斷中，常使用以下幾種方法。

第一，巡檢法。通過對配電線路進行巡檢，觀察線路周圍的環(huán)境，尋找異常跡象，如路面上的明顯坑洞或表面損壞。這種方法雖然簡單直觀，但是很難準確定位故障點，尤其是在長距離和地下線路中。第二，隔離法。將整個配電網(wǎng)絡分成不同的線路段，逐一進行隔離，并測試每個線路段的狀況，以便找到故障點。這種方法需要逐一測試每個線路段，耗費時間和人力資源，且破壞性較大。第三，試探法。使用試探器等設(shè)備對線路進行試探，通過觀察電流、電壓等參數(shù)的變化來判斷是否存在故障。這種方法雖然精確度較高，但需要專業(yè)人員操作，并且設(shè)備成本較高。

3.2 智能化方法

智能化方法在配網(wǎng)工程線路故障診斷中的應用主要體現(xiàn)在四個方面：數(shù)據(jù)采集、特征提取、故障診斷和智能決策。第一，通過對電網(wǎng)的數(shù)據(jù)進行采集及實時監(jiān)測，可以獲取大量的電流、電壓、功率等信息。這些數(shù)據(jù)被傳輸至智能化設(shè)備中，為后續(xù)的故障診斷提供了充足的依據(jù)。第二，通過特征提取技術(shù)，可以從大量的數(shù)據(jù)中篩選出與故障相關(guān)的關(guān)鍵特征。例如，利用傅立葉變換等數(shù)學方法，可以從電源質(zhì)量和電力諧波等多個方面提取有關(guān)故障的特征。這些特征不僅能夠幫助判斷電網(wǎng)的運行狀態(tài)，還能夠輔助故障目標的定位。故障診斷是整個智能化方法中的核心環(huán)節(jié)，其需要利用專業(yè)的算法和模型對采集到的數(shù)據(jù)進行分析和處理。目前，常用的智能故障診斷方法包括人工智能（AI）、模糊理論、遺傳算法等。這些方法能夠根據(jù)已有的電網(wǎng)故障數(shù)據(jù)庫，對實時線路故障進行快速準確地診斷。第三，基于智能決策技術(shù)，可以根據(jù)故障診斷的結(jié)果，制定出最優(yōu)化的維修方案。智能決策技術(shù)能夠根據(jù)不同的情況，評估故障造成的影響、計算修復成本，并給出維修方案的優(yōu)先級，同時還能做出修復后的評估和預測[4]。

4 線路故障定位與診斷系統(tǒng)

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)和組成模塊

配網(wǎng)安全檢測系統(tǒng)（Distribution Network Security Detection System）是用于確保配電網(wǎng)絡的安全運行的一種重要技術(shù)手段。通過對配電設(shè)備和網(wǎng)絡進行實時監(jiān)測和檢測，及時發(fā)現(xiàn)并響應潛在的安全威脅，保障用戶用電安全和供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。配網(wǎng)安全監(jiān)測系統(tǒng)的具體架構(gòu)如圖3所示。以下分析了架構(gòu)中幾個關(guān)鍵組件。

圖3 配網(wǎng)安全監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

第一，數(shù)據(jù)采集模塊。該模塊負責實時采集電力線路傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)化為可處理的數(shù)字信號。通常情況下，數(shù)據(jù)采集模塊會包括各種傳感器和檢測設(shè)備，如電壓、電流傳感器等。其能夠獲取線路上的電氣參數(shù)信息，并將其傳輸給后續(xù)的處理模塊。第二，數(shù)據(jù)處理模塊。在該模塊中，采集到的數(shù)據(jù)會被送入算法進行處理。這些算法可以是基于數(shù)學模型，也可以是基于統(tǒng)計學理論的方法。算法的目的是根據(jù)實時采集到的數(shù)據(jù)，通過分析和計算得出故障的類型、位置和可能原因。為了確保系統(tǒng)的準確性和實時性，數(shù)據(jù)處理模塊通常會使用高性能的處理器和存儲設(shè)備。第三，用戶界面模塊。該模塊對外提供友好的人機交互界面，使維護人員能夠直觀地查看故障定位和診斷結(jié)果。用戶界面通常會配備各種可視化工具，如圖表、圖像和地圖等，以更直觀地展示電力線路的狀況和故障位置。同時，用戶界面也會提供各種操作和控制功能，方便維護人員進行故障修復和系統(tǒng)設(shè)置。第四，通信模塊。該模塊負責系統(tǒng)內(nèi)部各個模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸和通信。一個好的線路故障定位與診斷系統(tǒng)應該具備強大的通信能力，包括支持多種通信方式和協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)遠程監(jiān)控和遠程操作等功能。

4.2 數(shù)據(jù)采集與處理

數(shù)據(jù)采集是指通過各種傳感器、監(jiān)測裝置等設(shè)備，對配電網(wǎng)中的各種參數(shù)進行實時監(jiān)測和采集。常見的數(shù)據(jù)采集內(nèi)容包括電流、電壓、溫度、濕度等。這些數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，供后續(xù)的故障診斷和定位使用。數(shù)據(jù)采集的過程需要保證數(shù)據(jù)的準確性和穩(wěn)定性。因此，在系統(tǒng)設(shè)計中需要考慮如何選擇合適的傳感器，并確保傳感器的安裝位置和方式正確無誤。另外，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性也非常重要，可以采用有線或無線的方式進行傳輸，但無論采用哪種方式，都需要保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定和可靠。采集到的數(shù)據(jù)需要經(jīng)過一系列的處理，才能得到有用的信息。數(shù)據(jù)處理的過程包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)過濾、數(shù)據(jù)校正等環(huán)節(jié)。其中，數(shù)據(jù)清洗是將采集到的原始數(shù)據(jù)進行去噪、降噪等操作，以便得到更準確的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)過濾是對采集到的數(shù)據(jù)進行篩選，去除無效或異常數(shù)據(jù)，保留有用的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)校正則是將采集到的數(shù)據(jù)與已知標準進行對比和調(diào)節(jié)，以確保數(shù)據(jù)的準確性[5]。

5 結(jié)語

總之，在配網(wǎng)工程中，線路故障的定位與診斷是一項至關(guān)重要的任務。通過不斷引入先進的技術(shù)和算法，配網(wǎng)工程中的線路故障定位與診斷技術(shù)將獲得更大的提升。這將有效地減少故障排查時間，提高維護效率，確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。因此，要意識到技術(shù)發(fā)展的同時，培養(yǎng)相關(guān)人員的專業(yè)知識和技能同樣重要，只有技術(shù)與人才相結(jié)合才能推動行業(yè)的發(fā)展。