摘要：通常电力系统都由许多分支线组成，所以配电系统结构非常复杂。通常情况下，短路故障发生时，只有在出口断路器跳闸，即便使用开关设备将配电线路分开，也只能将线路隔离成有限的几段，仍然需要花费高昂的人力、物力和时间成本去找出发生故障的具体位置。本文将以10kV配电网线路作为研究对象，着重研究并解决小电流接地系统故障定位与线路在线检测问题。
关键词：10kV线路；温度检测；故障诊断
引言：
随着国民经济的飞速发展，国民的用电量快速增长，无论农村还是城市电力用户一直在增加，以往没有通电的地方现在也大多都通电了。随之而来的电网建设也接连不断增加，目前配电线路工作人员老龄化现象严重，并且还有日益加深的趋势，一线工作人员的人数甚至出现负增长，现有的设备管理手段无法满足日益增长的配电线路安全运行的要求，这是我国电力系统急需解决的一个问题。因此，有必要运用新技术、新方法来解决上述配电线路运行管理上的问题，高新技术的合理使用可以进一步实现配电网络的安全运行，检修人员可以准确发现故障发生位置并快速赶往故障现场，排除故障，恢复供电，提高供电可靠性的同时提高工作效率，降低成本。
一、10kV线路的基本特点
目前，城市配电网主要采用电缆和架空绝缘导线两种形式,但是大部分农村地区还是采用架空裸导线。现有的配电网的网络结构有辐射状网、树状网和环状网三种类型。10kV配电线路结构具有一致性比较差的特点，配电线路的种类多种多样，千变万化。比如有的配电线路是用户专线，类似于输电线路，只和一两个用户相连接；有的却是放射状，一条线路的不同分支上可以连接几十台甚至上百台变压器；有的线路只有几百米，而有的可达到几千米；有的线路连接到35kV的变电所，有的线路所连接的变电所达到110kV；有的线路的变压器很小，都在100kVA以内，有的配电线路上的变压器很大，可以达到几千kVA；有的线路属于末级保护的范围，而有的线路上设有开关站和用户变电所等。
二、10kV线路自适应诊断系统主要功能设计
(1)自动报警功能
系统对短路故障和接地故障的准确判断和快速定位并自动发出警告，报警内容包括三项内容，即故障发生的时间、故障发生的地理位置和故障的类型。有三种不同的报警方式:系统主站软件通过图形和声音形式进行报警；系统主站将故障位置信息通过短信方式发送到相关的负责人；检测终端就在本地进行报警(白天转碗，晚上闪灯)。对报警系统而言这三种方式都是不可或缺的。
(2)系统对时
支持每个终端与主站系统时钟进行比对时，确保终端和主站的时钟时刻保持一致。
（3）终端自检
故障检测终端都有必要进行自检，并且每天定时发送自检信息给通信主机，通信主机也会每天定时向系统主站反馈自检信息。需要传输的信息包括通信主机组号、自检信息的特征码以及未收到自检信息的故障检测终端编号等。若系统主站收到不正常的故障检测终端编号的信息或者未收到来自通信主机的自检信息，系统就会发出设备故障的警报。
(4)信息查询
可以同时将各种不同类型的条件结合起来进行查询，这些条件主要有:终端类型、报警类型、线路名称等。用户可以自定义显示顺序，如按照升序或者降序来显示所查询的内容，使用者可以按照个人喜好和需要选择排序方法,非常方便。可以从系统导出查询结果并打印。
(5)数据统计
系统可以将以往数据进行分时统计和分类统计。基于统计数据既可以分析某条线路在某时间段内发生的故障的情况，也可以分析出某条线路在不同的时间段各类故障发生的情况。对所有的数据进行全面分析，有助于加深对故障的了解。
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三、10kV线路自适应状态诊断软硬件设计
（一）硬件系统设计
1.信号源装置设计
在变电站或者某一组出线要设置一组接地电阻，一个6kV单相开关，一个6kV PT或电压传感器，一个测量中性点位移电压及控制6kV开关合分闸的控制器。当单相接地故障出现时，此时中性点出现偏移电压，如果偏移电压超过某一个设定值并持续了一定的时间，则控制器根据偏移电压，投入电阻箱，发出开关合、分闸控制命令串，在一个时间段内（比如10s）在零序电压的作用下，会产生一组编码接地电流脉冲(也是工频电流，其脉冲宽度、脉冲周期按一定的编码规律控制)。
2.故障指示器设计
故障检测探头利用现有的短路故障指示器改进，只要增加接地编码信号电流的检测功能。本系统的单相接地故障检测应用的是信号注入法。在所有检测方法中信号注入法是唯一的一个不被系统运行方式不同、复杂的拓扑结构、中性点接地方式不同、和故障随机因素等所影响的方法，也不需要事先给故障指示器设定一个定值，在单相接地故障发生以后系统主动发送信号以便检测故障信息，检测及时、准确。
本系统可以在单相接地故障发生时发出某特殊信号，指示器灵敏度高且不易被现场的其他信号干扰，可以根据系统发出的特殊信号判断是否发生单相接地。为了实现故障检测部分和故障指示部分分离的目的，可以在故障指示器探头中增加一些无线发射或者光电发射部分，无线指示器通信距离一般在20m和30m之间；塑料光纤指示器通信距离一般在1m到5m。检测结果的显示可以是LED,也可以用继电器的触点形式输出，每种输出方法都有其优点。通过将现场终端与控制装置接入故障指示器，利用其通讯系统，或者为检测设置专门的通信装置，可以更准确的确定远距离故障发生的位置。
3.主控模块设计
对比分析各种单相接地故障检测的基本原理，现有的设计原理都有其局限性。因此本文拟采用一种新的检测方法。在变电站接地的中性点上接上阻性负载性信号源装置，发生接地故障后适当延时装置会自动短时投入，可以实现在线检测，这种检测方法精确度很高、适用面较宽，实验研究和实践都表明:这种方法理论基础坚实，使用方便，检测故障的效果良好，并且便于选择故障出线；并且该方法可以与现场设备结合，方便地确定发生故障的区段、分支和故障点，能够在各种设备上广泛应用。
控制中心的故障点指示器和定位系统软件，有两种功能:相间短路故障指示与定位，单相接地短路故障指示与定位.该方法中控制中心与地理信息系统相连，系统由故障检测与定位信息系统与配电网图形编辑系统两个子系统组成。故障检测与定位系统把地理信息系统和管理信息系统结合在一起，因为在当今社会，各行各业都在进行信息化，管理信息系统极大地提高了工作效率，将管理信息系统和地理信息系统结合起来既可以对配电网络进行实时监控，检测其运行状态，发现故障并确定故障发生的位置，还可以管理配电网的设施，有利于设施各项信息的记录、查询和统计；配电网图形编辑系统主要负责创建和修改配电网网络图，包含杆塔、电力线路、开关、开闭所、变电站和故障指示器等，为有关工作人员的日常工作提供参考。
（二）软件设计
1.系统通信方式设计
故障自动定位系统通信方式采用无线公网通信。线路上安装的故障指示器检测到故障后首先通过短光纤通信技术将故障信息发送给面板型故障指示器，面板型故障指示器通过短距离无线通信技术，将信息发送给与之匹配的通信终端，通信终端收到故障信息后，GPRS通讯系统将故障信息通过发给中心站。中心站先对得到的信息后进行处理，再将处理结果传达给监控主站，然后再将结果进行显示。
2.系统测温软件设计
本文利用Labview编写了一套测温系统软件，通过软件实现测温系统控制、测量与管理数据等功能，这套软件易于操作、实用性强，能够广泛应用，基本能够实现日常工作所需的各项功能。
小结：
本文完成了10kV线路自适应诊断系统的开发工作，并对其进行了详细的功能设计和软硬件设计。本系统能快速准确的在线检测接地故障、短路故障、停送电、线路负荷、温度等，并将所采集到的特征信息发送到系统主站，帮助工作人员快速精确的找到故障发生的位置，可以有效的提高工作人员的效率，降低劳动强度，减少成本，大幅提高配电线路故障检测的自动化和现代化水平。
参考文献：
[1]王希.广域自适应保护新原理的研究[D].华北电力大学(北京),2012.DOI:10.7666/d.y2140870. [2]杨健维.基于模糊Petri网的电网故障诊断方法研究[D].西南交通大学,2011.DOI:10.7666/d.y2109084.
论文作者:梁云超
论文发表刊物:《电力设备》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/25
标签：故障论文; 线路论文; 系统论文; 指示器论文; 终端论文; 发生论文; 单相论文; 《电力设备》2017年第12期论文;