鄧望

【摘要】在我國(guó)當(dāng)前的配電網(wǎng)中，中性點(diǎn)采用的多是小電流接地的方式，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于故障電流相對(duì)較小，故障信號(hào)微弱，而且系統(tǒng)運(yùn)行方式等的影響，對(duì)于故障的定位比較困難，存在著定位精度低、準(zhǔn)確度低以及成本高的問(wèn)題。本文以10kV架空線為例，研究開(kāi)發(fā)了一種故障定位系統(tǒng)，能夠有效提高故障定位精度，降低系統(tǒng)成本。

【關(guān)鍵詞】10kV架空線；故障定位系統(tǒng)；研究與開(kāi)發(fā)

前言

在電力系統(tǒng)中，配電網(wǎng)是非常重要的組成部分，其運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性直接影響著整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全，需要電力企業(yè)的重視。在以往的電網(wǎng)建設(shè)中，由于對(duì)配電和用電環(huán)節(jié)的重視不足，在很大程度上影響了供電的可靠性。雖然經(jīng)過(guò)了電網(wǎng)改造，但是當(dāng)前10kV架空線路中仍存在著許多待解決的問(wèn)題，如無(wú)法及時(shí)掌握線路運(yùn)行狀態(tài)、故障查找難度大等。做好線路故障的監(jiān)測(cè)定位，保證配網(wǎng)運(yùn)行安全，是當(dāng)前電力企業(yè)需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

1、10kV架空線故障判斷依據(jù)

1.1短路故障判斷

考慮到一些農(nóng)網(wǎng)線路較長(zhǎng)，短路電流小的特點(diǎn)，也可以同時(shí)采用過(guò)流法，設(shè)置合理的閥值，對(duì)兩相短路故障的發(fā)生進(jìn)行檢測(cè)。同時(shí)，在配網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中，受各種因素的影響，重合閘的動(dòng)作可能會(huì)造成誤判，影響故障診斷的有效性，需要采取相應(yīng)的措施進(jìn)行預(yù)防。對(duì)此，電力人員在判斷短路故障時(shí)，可以分析變電站側(cè)斷路器和重合閘的動(dòng)作情況，只有同時(shí)滿足特定條件后，才能認(rèn)定發(fā)生短路故障。

對(duì)上述特征進(jìn)行總結(jié)，短路故障判斷依據(jù)如下：

（1）線路正常運(yùn)行，保持正常電壓超出預(yù)設(shè)時(shí)間；

（2）線路中電流變化超過(guò)規(guī)定閥值或者設(shè)定的短路故障檢測(cè)電流；

（3）在一段時(shí)間內(nèi)，出現(xiàn)大電流且持續(xù)時(shí)間不超過(guò)T2s，即T1≤△T≤T2，△T表示電流突變時(shí)間；

（4）T2s后，線路處于斷電狀態(tài)。

1.2單相接地故障判斷

對(duì)于小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障，當(dāng)前比較常用的檢測(cè)方法是信號(hào)注入法和首半波法，不過(guò)在實(shí)際應(yīng)用中，信號(hào)注入法雖然相對(duì)穩(wěn)定，但是成本較高，而且安裝維護(hù)非常困難，對(duì)于一些負(fù)荷波動(dòng)較大的線路，經(jīng)常出現(xiàn)誤動(dòng)現(xiàn)象；首半波法在技術(shù)原理上存在相應(yīng)的缺陷，經(jīng)常導(dǎo)致誤動(dòng)。對(duì)此，可以采用接地故障瞬間的首半波尖峰電流以及線路電壓測(cè)量法，對(duì)接地故障進(jìn)行判斷。

綜上，對(duì)于架空線路單相接地的判據(jù)如下：

（1）線路正常運(yùn)行，保持正常電壓超出預(yù)設(shè)時(shí)間；

（2）線路中放電電流突然增大，同時(shí)超出事先設(shè)定的增量定值；

（3）接地線路電壓下降，低于接地故障檢測(cè)參數(shù)；

（4）接地線路處于供電狀態(tài)。

2、10KV架空線故障定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)原理

故障定位系統(tǒng)主要是通過(guò)對(duì)線路中電壓、電流等參數(shù)的采樣分析，提出了相應(yīng)的故障信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的有效定位。對(duì)于三相短路、兩相短路以及兩相接地故障而言，由于短路電流較大，會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)電流突增的情況，上游檢測(cè)點(diǎn)能夠有效檢測(cè)到電流的變化情況，因此，故障定位系統(tǒng)可以通過(guò)檢測(cè)電流變化率，或者將其與設(shè)定電流值進(jìn)行對(duì)比，實(shí)現(xiàn)故障定位。

單相接地故障時(shí)由于故障電流小，檢測(cè)起來(lái)非常困難，對(duì)于故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)難點(diǎn)。不過(guò)，在實(shí)際故障發(fā)生后，變電站出線端檢測(cè)到相應(yīng)的接地故障，并且投入消弧線圈，并不是立即時(shí)間的，需要經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間，而且受電感的限制，補(bǔ)償電流相對(duì)固定，對(duì)于暫態(tài)電容電流影響較小，由暫態(tài)電容電流可以提供足夠的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)于故障的定位。當(dāng)單相故障發(fā)生時(shí)，幅值較大的暫態(tài)電容電流會(huì)與負(fù)荷電流疊加，形成明顯的電流尖峰，通過(guò)對(duì)該電流尖峰的檢測(cè)，同樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的定位。

2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求，可以將故障定位系統(tǒng)分為硬件和軟件兩個(gè)組成部分，這里對(duì)其進(jìn)行分別分析。

（1）硬件設(shè)計(jì)：系統(tǒng)的硬件部分采用分布式模塊化設(shè)計(jì)思想，以方便對(duì)系統(tǒng)功能的拓展，主要包括故障定位模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊等。其中，核心模塊即中央處理器主要負(fù)責(zé)對(duì)于數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)發(fā)，對(duì)下屬數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送的故障告警信息進(jìn)行接收和處理，然后通過(guò)通信模塊，將故障告警信息、故障性能以及故障位置等發(fā)送主站，以方便工作人員及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行處理。在該系統(tǒng)中，CPU選擇TI公司的16位芯片MSP430F5438A，具有外設(shè)豐富、可靠性強(qiáng)、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。通信模塊可以從系統(tǒng)的實(shí)際功能出發(fā)，選擇無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，而且不需要鋪設(shè)復(fù)雜的線路，減少了維護(hù)難度，同時(shí)也可以有效降低成本。

（2）軟件設(shè)計(jì)：10kV架空線故障定位系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)可以分為三個(gè)部分，一是定位終端軟件設(shè)計(jì)，包括了故障判定程序、采樣程序、通信軟件等，二是數(shù)據(jù)采集器軟件設(shè)計(jì)，包括ISM芯片軟件設(shè)計(jì)以及GPRS模塊軟件設(shè)計(jì)，三是系統(tǒng)上層軟件設(shè)計(jì)，包括PC機(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。

定位終端通過(guò)Si4432，經(jīng)GPRS模塊，將檢測(cè)到的電壓、電流以及故障信號(hào)發(fā)送到后臺(tái)管理系統(tǒng)，接地選線裝置同樣會(huì)將檢測(cè)到的配網(wǎng)線路信息發(fā)送至后臺(tái)管理系統(tǒng)，后臺(tái)管理系統(tǒng)通過(guò)相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析和處理功能，對(duì)接收到的各種信息進(jìn)行匯總整理和邏輯判斷，從而明確10kV架空線故障的類型和具體位置，之后通過(guò)告警功能同時(shí)電力工作人員，實(shí)現(xiàn)對(duì)于故障的處理。不僅如此，后臺(tái)管理系統(tǒng)還能夠結(jié)合自動(dòng)查詢的方式，得到10kV架空線中電流、電等相關(guān)信息，滿足配網(wǎng)自動(dòng)化的要求。

3、結(jié)語(yǔ)

總而言之，在當(dāng)前社會(huì)對(duì)于電力需求不斷增大的背景下，實(shí)現(xiàn)對(duì)于配網(wǎng)線路故障的快速準(zhǔn)確定位，及時(shí)消除故障，保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，是非常重要的，同時(shí)也是電力企業(yè)需要重點(diǎn)解決的難題。針對(duì)當(dāng)前故障定位不準(zhǔn)確等問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)研發(fā)了一種利用終端檢測(cè)線路電流包含的信號(hào)進(jìn)行故障判斷的定位系統(tǒng)，不僅可以對(duì)線路電流、電壓等基礎(chǔ)電參量進(jìn)行檢測(cè)，還可以利用硬件電路，對(duì)暫態(tài)電容電流的發(fā)生進(jìn)行檢測(cè)，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，能夠有效提升故障檢測(cè)的準(zhǔn)確率和定位精度，為故障的處理提供良好的指導(dǎo)。

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