基于故障指示器的配网故障检测方法及自动定位系统

配电网系统因其分支线多且复杂, 当线路故障发生时, 查找故障点非常困难, 要找出具体故障位置往往需耗费大量时间。本文介绍的故障定位系统, 是基于故障指示器和GMS/GPRS技术的、自动高效的故障点检测及定位系统, 主要用于配网的单相接地故障点的检测和定位。在故障发生后的几分钟内即可给出故障位置和故障时间的指示信息, 帮助维修人员迅速赶赴现场, 排除故障, 大大提高了供电可靠性和减少故障巡线人员, 提高工作效率。

1 故障指示器的作用

故障指示器的作用: (1) 在正常的生产中线路发生故障, 巡线人员可借助指示器的红色报警显示迅速确定故障区段并找出故障点。极大地提高了工作效率、缩短停电时间, 有效地提高了供电的可靠性。 (2) 在环网配电系统中, 特别是大量使用环网负荷开关的系统中, 如果下一级配电网络系统中发生了短路故障或接地故障, 上一级的供电系统必须在规定的时间内进行分断, 以防止发生重大事故。故障指示器能够标出发生故障的部分。维修人员可以根据此指示器的报警信号迅速找到发生故障的区段, 分断开故障区段, 从而及时恢复无故障区段的供电, 可节约大量的工作时间, 减少停电时间和停电范围。

2 基于故障指示器的单相接地故障故障检测方法

2.1 单相接地故障检测

在我国, 配电网大部分使用的是中性点不直接接地系统, 当其发生单相接地故障时, 故障电流较小, 故障特征复杂使得故障点的查找非常困难。目前单相接地故障检测的方法主要有: (1) 5次谐波法。单相接地故障发生后:系统中的非线性元件 (如铁磁元件等) 会有大量谐波分量产生。放电或故障点燃弧导致大量谐波电流产生。由于消弧线圈的存在, 所以接地电流中基本不包含3次谐波与3次谐波的整倍数的高次谐波, 这样在发生单相故障时高次谐波中5次谐波分量就较大。检测线路电流的5次谐波的变化情况, 当5次谐波突然增大, 同时系统电压下降, 则判断为发生接地故障。但在实际线路中5次谐波的变化很难用来准确的检测单相接地故障; (2) 首半波法。采样接地瞬间的电容电流首半波与电压波形比较其相位。当采样接地瞬间的电容电流首半波与接地瞬间的电压相位满足一定关系时, 同时导线对地电压降低, 则判断线路发生接地故障。优点:采用接地脉冲特征判断, 不需要设定阈值, 适用范围更广。但其安装使用有方向性要求, 对于环网供电, 当线路倒负荷后, 原来的方向就错了, 而且采用模拟电路从负荷电流中提取放电脉冲的可靠性受温度的影响很大, 同时雷击过程的复杂电磁暂态过程易使其误动; (3) 电容脉冲幅值法。在变电站接地选线中, 可以采集所有出线的暂态电容电流幅值进行比较, 幅值最大的就是接地故障线路。而在故障指示器中使用该原理时, 由于无法测到其它线路的暂态电容电流幅值, 因此无法比较所以目前这些厂家均设定一个固定的阈值, 当电容电流脉冲的幅值大于该阈值时 (同时对地电压下降3k V) , 则认为发生接地故障, 翻牌显示。但其阈值选择很困难, 均阈值无法满足形式多样的配网线路, 致使其检测准确度低。

2.2 不对称电流法

不对称电流法最为一种单相接地故障检测新技术, 这种方式能有效地克服了现有产品准确度低的缺陷, 解决了单相接地故障定位的难题。该方式的主要设备为不对称电流源, 其由最初的配电自动化柜先演化成可变负荷信号源, 再在可变负荷信号源的基础上加以改进而研制出的不对称电流源。不对称电流法检测单接地故障的原理就是按照小电流接地系统单相接地故障的特点, 通过检测使故障线路上产生的不对称电流信号的特征来实现故障选线和故障点定位的。当线路上任何一点发生单相接地故障时, 装在变电站内或线路上的不对称电流源检测到故障信息后, 首先判断出故障相, 然后对故障相施加特定信号, 安装在线路上的故障检测装置检测流过本线路的特定信号, 若满足故障特征则故障检测装置给出报警, 从而指示出故障位置。

3 基于故障指示器的故障自动定位系统

鉴于在配电网故障检测中存在以下问题:短路单相接地故障指示器技术成熟;电缆型故障指示器的现场观察比较困难;对于长距离和地形复杂的线路故障查找比较困难;瞬时性短路故障不能被记录下来供以后查询事故隐患;线路分段开关下方短路故障不能被及时发现予以处理;智能化配电网的组成部分——简易型模式。

采用不对称电流方法的基于故障指示器的故障自动定位系统, 能够很好地解决上述问题。下面对该系统进行简要的介绍, 其原理图如图2。

系统构成: (1) 故障检测装置包括多种, 本文简要介绍以下两种。 (1) 以架空线型故障检测装置。其作用时探测短路和接地信号, 利用翻牌给出故障指示, 利用无线信号传输故障信息, 66位加密码, 有效防止误动。其工作温度为-35℃～85℃; (2) 面板型故障指示器。其特点及作用为LED显示短路、接地和欠压故障, 站内无线组网向数据转发站汇报故障信息、温度等数据, Zigbee通信, 确保通信可靠。ZigBee是一种新兴的短距离 (<100m) 、低功耗、低数据速率 (250kbps) 、低成本的无线网络技术;采取了IEEE 802.15.4强有力的无线物理层所规定的全部优点:省电、简单、成本又低;增加了逻辑网络、网络安全和应用层;可使用的频段是2.4GHz, 免申请和免使用费的频率。 (2) 不对称对流源。 (3) GSM/GPRS网关。 (4) 数据转发站。 (1) 架空型数据转发站。其作用及特点:接收探头发射的故障信息调制的无线信号并进行解调, 对解调后的信号进行解密计算并判断是否正确, 将故障信息以短信或GPRS的方式发送给主站系统。采用线路取能和锂后备电池相结合供电方式, 微功耗设计, 无电情况下可以工作6年以上。 (2) 电缆型数据转发站。其作用及特点:Zigbee无线接收显示器发送的故障、温度、电流信息, 转发主站远方复位显示器的命令, GSM/GPRS与主站通信, 支持101/104协议。待机功耗:50μA, CT取能:两相电流7A时即可正常工作。 (3) 主站。与现有的配网自动化主站进行接口。与故障自动定位系统软件进行接口, 实现故障自动定。

该系统中单相接地采用不对称电流法进行故障检测, 更加准确可靠。主站通过GSM/GPRS网关接收显示器发送的故障、温度、电流信息。与故障自动定位系统软件进行接口, 实现故障自动定, 显示故障地理位置信息。以便运行维修人员可以直接到故障点排除故障, 大大降低故障查找时间。

4 结语

为缩短故障查找时间提高配电系统供电可靠性, 通过针对故障指示器为对象, 对故障指示器的作用以及故障检测的方法进行了简要的概述。同时鉴于在配电网故障检测中存在问题, 采用不对称电流方法的基于故障指示器的故障自动定位系统, 能够较好地解决上述问题, 使得故障的查找时间大大缩短, 值得为同类工程提供参考借鉴。

摘要：缩短故障查找时间, 是提高配电系统供电可靠性的有效措施之一。为此, 本文以故障指示器为对象, 对故障指示器的作用以及故障检测的方法进行了简要的概述。最后, 对故障自动定位系统进行了介绍, 该系统能在故障发生后快速找出故障发生的位置, 将故障的查找时间大大缩短。

关键词：故障指示器,配电网,故障检测方法,故障自动定位系统

参考文献

[1] 史岩, 齐晓慧.基于故障检测滤波器法的飞行控制系统故障检测[J].兵工自动化, 2007, 31 (10) :56～57.

[2] 刘振海, 刘新平.超高压线路故障检测定位方法及故障检测定位装置[J].民营科技, 2010, 25 (03) :31～32.

[3] 陈劲林, 杨士元, 胡东成.考虑故障检测率的可维修k/n (G) 系统的可靠性研究[J].清华大学学报 (自然科学版) , 2007, 35 (11) :78～79.