配电网具有线路结构复杂、运行环境恶劣、故障频繁出现、维护工作量大等特征，尤其当线路发生故障时，如何快速、准确定位故障区段是个巨大难题。配电网故障自动监测系统可以通过先进的传感技术、测量技术及控制方法，精确测量线路电流，判断线路故障类型，快速定位故障区段，从而缩短线路故障的响应和处理时间，实现电网可靠、安全、经济、高效运行的目标。
［主题词］自动监测 快速查找故障 智能配电网
1 查找电网故障时存在的问题
近几年，随着我厂产能建设的不断扩大，喇嘛甸地区配电网规模也随之增加，电网结构和运行环境日趋复杂，截至到2016年底，全厂6千伏配电线路总长达到1590公里，运行变压器5564台。受供电半径加大、设备元件老化、自然灾害频发和人为外力破坏等因素影响，线路运行过程中经常发生跳闸、接地、缺相等故障。据统计，2012年至2016年，我厂6kV配电线路累计发生故障1107次，影响机采井26803井次，对油田生产造成了严重影响。见表1：
表1：2012-2016年线路故障统计表
线路发生故障时，为尽快恢复送电，减少对油田生产的影响，我们需要组织大量人员对故障线路进行拉网式巡查，以便及早发现故障点并进行处理。但是，由于雷雨天气、低洼地环境和人为破坏后逃逸等原因，查找故障点非常困难，往往要延误几个小时才能恢复送电，尤其是一些隐蔽性故障巡视无法发现，只能采用强送电的方法排除或缩小故障范围，在强送电过程中极有可能造成故障扩大化，甚至损坏电网设备。
2 配电网故障自动监测系统原理及功能
如何快速查找线路故障，及时恢复送电一直是困扰我们的难题。2017年，配电网故障自动监测系统开始投入应用。该系统是一套基于物联网技术的设备状态在线监测系统，通过分散监测、集中管理、即时通知的智能化电力线路管理模式，采集线路运行数据，实时监测线路运行情况和异常故障状况，可快速定位短路及接地故障区域，提高查找故障效率。
该系统采用短距离无线通信和GPRS混合组网技术，具有双向通信传输功能，可以通过后台主机，实时掌握线路运行状态。其原理是通过安装在三相导线上的在线监测单元，感应架空线路中的电流及电场信号，实现对短路、接地故障的实时监测。当在线监测单元检测到短路或接地故障特征后，翻牌指示立即触发，同时将故障信息通过无线信号传输到通讯终端，通讯终端再通过中国电信GPRS数据网络上传至服务器，服务器经过计算分析传送至后台主站，主站接收到故障信息后，完成对故障点的报警和快速定位，巡视人员根据模拟图中发出信号的在线监测单元安装位置确定故障区段，从而实现精确查找故障。
3 配电网故障自动监测系统的应用
2017年，配电网故障自动监测系统开始在我厂应用，目前已在47条线路上安装291组在线监测单元，有效提高了线路故障检测的准确性和自动化水平，为线路安全性能监测提供科学依据。
3.1科学选择安装位置
为了快速定位故障区段，缩短查找故障时间，我们分析了历年来的线路故障数据，根据线路结构走向，合理分布监测单元位置。
1）骨干线路上安装监测单元群。选择线路在变电站出口第一基电杆处安装一组监测单元，而后沿线路干线40-50基电杆处，再安装一组监测单元的方式，以此类推，将线路分割为几个区段，形成监测单元集群。
2）长距离分支线路补装监测单元。某些线路中分支线路较长，负荷较多，巡视费时费力。我们将这种分支线路设为一个区段，在起始T型杆处补装一组监测单元。
3）重要负荷及环境复杂地带加装监测单元。为精确定位联合站、中转站、矿区单位等重要负荷发生故障，在这些负荷的电源前一基电杆处加装一组监测单元；为减少人员进入沼泽地危险，选取线路穿过沼泽地带部分作为一个区段，两侧加装监测单元。
4）隐蔽性区段预装监测单元。电缆线路深埋于地下，一旦发生故障，故障点隐蔽难寻，数据测量程序繁琐，耗费大量时间，我们决定在电缆线路两侧预防性的安装监测单元。
通过科学合理的选择安装位置，形成一个覆盖47条配电线路的监测网络，给线路故障布下了“天罗地网”，确保该系统在电网故障查找过程中发挥最大作用。
3.2带电装卸安全可靠
在线监测单元和通讯终端做为信号采集、传输的核心部件，需要安装在导线和电杆上。在线监测单元内置大容量、长寿命的锂电池，满足小电流（5A）稳定运行，采用自锁式弹簧压片结构，使用绝缘拉杆安装在导线上。通讯终端负责信号传输任务，由太阳能电池板向其供电，为保证与在线监测单元足够的信号传输距离，使用抱箍将其固定在电杆中上部。安装过程严格按照组织措施和技术措施要求，设备全部实现带电安装。
3.3实际应用效果显著
配电网故障自动监测系统投入使用后，立即见到了良好效果。2017年10月9日，喇二七线6286发生跳闸故障，重合闸动作成功。该线路全长15公里，安装在线监测单元17组。故障发生时，故障自动监测系统发出报警，后台主站监测到线路运行电流出现明显波动，电流由正常运行时的100A上升至300A（监测单元量程为300A），随后回落至20A以下。同时，故障查询记录中线路线条颜色由黑变红，显示故障电流通过55L1、21L2、82L3、104L4、16L5监测单元，根据故障电流流过路径，判断故障点在16L5至线路分支终端之间。巡视人员根据监测单元安装位置，迅速到达故障区段展开巡视，发现跳闸原因为鸟害引起。见图1图2：
图1：配电网线路实时监测
图2：配电网故障查询记录
配电网故障自动监测系统投入使用5个月来，监测到线路短路故障29次，准确率90%；线路单相接地故障40次，准确率70%，相比传统线路故障巡视时间缩短50%以上。见表2：
表2：应用故障监测系统运行效果统计表
3.4深入开发系统功能
我们在使用过程中，继续挖掘系统潜力，使其发挥最大作用。开通了短信服务功能，在故障信息传送到后台主站的同时，以短信息的方式发送到预先设定的相关人员手机中，以便随时掌握故障类型，迅速做出判断；利用远程遥控功能，形成人机交互式的信息管理模式，实现远程无线调整运行参数和更新故障判断数据，为系统平稳运行提供可靠的数据支撑。
下一步，我们将在监测线路故障的基础上，继续开发系统功能，利用监测单元采集的电压、电流、温度等信息，实现远方计量配电线路电量、计算线路导线损耗等功能，帮助运行人员全面掌握线路运行状态。同时，配合变电站保护动作特性，研究探讨防止负荷波动、合闸励磁涌流干扰的方法，避免电网瞬时扰动带来的影响，提高系统监测准确率。
4 结论
配电网故障自动监测系统的应用，为线路安全性能监测提供了科学依据，有效提高了线路故障检测的准确性和自动化水平，成为电能平稳输送和节约人力物力以及时间的强大武器，同时也体现了先进科学技术在配电网应用的重要性，大大推进了我厂智能配电网的建设速度。
论文作者:吕良
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/4
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