摘要：配电网设备多、网架复杂，当线路发生短路故障时一般仅出口断路器跳闸，即使在主干线上用断路器分段，也只能隔离有限的几段，要找出具体故障位置往往需要大量人力和时间。配电线路故障定位在中国虽研究较多，也有各种成型产品提供，但基本上都需人工现场查找，自动化水平不高。本文提出了一种基于故障指示器技术的配网故障自动定位系统，包括相间短路和单相接地故障，并给出了配置原则。系统在故障发生后的几分钟内即可定位故障区段，并发出指示信息，帮助抢修人员迅速赶赴现场，排除故障，恢复正常供电，提高供电可靠性，同时大大减少故障巡线人员工作量，提高工作效率。
关键词：配电线路；故障定位；故障指示器；配置原则
0 引言
10kV 配电网存在着网架复杂、智能化程度低的缺点。为了加快故障定位和缩短故障停电时间，帮助抢修人员快速找到故障点，一些故障指示设备开始适用于配电网中，其中最常用的就是故障指示器。其工作原理为[1]：在线路发生短路或接地故障后，故障线路从变电站出口到故障点支路的所有故障指示器因流过故障电流产生翻牌或闪光等醒目指示，而故障点后的故障指示器不动作。巡线人员沿着有故障指示器动作的主干或分支线路前行，则该主干或分支线路上最后一个翻牌的故障指示器和第一个没有翻牌的故障指示器区段，即为故障点所在区段，从而可迅速确定故障区段、分支及故障点。
1 故障指示器的技术特性
故障指示器是一种能进行智能判断、预警、实时显示故障并自动复位、安装在电力线路上指示故障电流通路的智能装置，近年来被广泛应用于智能配电网系统中。故障指示器具有以下技术特性[2]：
（1）在线运行。指示器可直接安装在箱式变电站、环网柜、电缆分支箱、变电所进出线和馈线分支处（电缆或架空线上），在线监测线路运行。
（2）故障指示。采用翻牌指示和高亮度LED闪烁组合指示故障，确保在白天和夜晚都能准确地发现故障报警位置。
（3）自动复位。对于永久性故障，恢复供电后指示器可及时自动复位，避免混淆二次故障点；对于瞬间故障，重合闸重合成功后指示器按设定时间自动复位，无需人工干预，即可给查找故障隐患留下充足的时间。
（4）带电装卸。故障指示器采用先进的卡线结构，可带电进行安装和拆卸，方便用户维护和巡检。
2 故障指示器的检测原理
作为故障定位系统的最核心部分，故障指示器的动作准确性是非常重要的，尤其是接地故障的检测。
2.1 相间短路故障检测原理
自适应型的故障指示器动作判据原理是根据配电线路故障，线路电流一般会有如下变化规律：
图1 相间短路检测原理
（1）从稳定的运行电流会突增到故障电流，即有一个正的△I变化。
（2）上级断路器的电流保护装置会驱动断路器跳闸或熔断器的熔丝熔断，其故障电流维持时间是断路器的故障电流清除时间（保护装置动作时间＋开关动作时间＋故障电流息弧时间），或熔断器的熔断及燃弧时间。
（3）线路停电，电流和电压下降为零。
根据这个特征，自适应型短路故障指示器的短路故障检测判据为：
（1）△I＞Iset
（2）T1＜△T＜T2
（3）IH＝0、UH＝0
上式中△I为故障电流分量，或电流变化量，Iset是内部缺省值，不同型号的指示器根据使用的的场合不同会略有差别。△T为故障持续时间，T1、T2是内部缺省值，由配电系统的保护、开关性能等决定，T1为故障可能切除的最快时间，T2为故障被清除所需的最大可能时间。IH、UH为故障后的电流和电压值。上述判据可以描述为：当线路上的电流突然发生一个正的突变，且其变化量大于一个设定值，然后在一个很短的时间内电流和电压又下降为零，则判定这个线路电流为故障电流。显然它只与故障时短路电流分量有关，而与正常工作时的线路电流的大小没有直接关系。因此是一种能适应负荷电流变化的故障检测装置。它的判据比较全面，可以大大减少误动作的可能性。
2.2 单相接地故障检测原理
单相接地故障检测采用有源信号注入法，信号注入法是唯一不受系统运行方式、拓扑结构、中性点接地方式、以及故障随机因素等影响，不需要给故障指示器设定门槛值，当发生单相接地故障时，安装在变电站的信号源主动向母线注入一个特殊的编码电流脉冲信号，这个特殊信号流经变电站母线在接地点和信号源构成的回路上通过，故障指示器检测到这个特殊信号后翻转就地指示接地故障，并通过无线传输方式将故障信号传给与之对应的通信终端，通信终端将故障信息通过GSM方式发给子站，由子站处理后将故障信息转发到相应的运行人员手中。
图2 单相接地检测示意图
3 故障自动定位系统
3.1 系统工作原理
配网故障自动定位系统以故障指示器为基础，应用无线通信技术，实现故障点的快速定位。用于检测相间短路和单相接地故障时，仅故障检测原理不同，通信系统、故障处理及显示部分均为公用。
图3 架空型故障定位系统示意图
故障指示器安装在配电线路适当位置，线路出现短路或接地故障时，指示器检测到短路故障或特定信号电流流过，指示器动作，除可以就地翻牌指示外，还可通过无线通信，将动作信号传送给与之对应的通信终端。对于小电流接地系统检测单相接地故障，根据不同的现场条件，需要在变电站中性点、母线或者某条出线上安装不同型号的信号源装置。
通信终端收到动作信息后，将故障信息通过GSM通信方式发送至主站系统，主站系统进行网络拓扑分析计算，再将故障信息以短信方式通知给运行人员，并可结合GIS系统，直观显示出故障点地理位置信息。运行人员收到通知后可以直接赶赴故障点处理故障。
3.2故障指示器的配置原则
故障点的定位与故障指示器的安装位置有密切关系。首先，在线路上安装的故障指示器数量越多，定位的故障区段就越精确。其次，在合理的位置安装故障指示器可以更快捷准确的定位故障点。
（1）变电站出口。在变电站出口处安装故障指示器，可判明站内或站外的故障，以及故障选线；
（2）主干线路分段。长线路的主干线中段：对于架空线路长线路，每隔1公里采用故障指示器人为分段，可以缩小故障区段范围；线路重要分支处：对于支线长度超过0.5公里或者支线承担重要负荷时，采用故障指示器确认故障分支。
（3）线路分段和分支开关。线路上装设了分段开关、支线开关、跌落式熔断器等具备开断能力的设备后侧，应装设故障指示器用以确认后段故障点。
（4）电缆与架空线路连接处。可区分故障是否在电缆段。
（5）产权分界点。所有用户专线、专用支线、专用变压器等产权归属用户的用电设备处，应安装故障指示器以确认故障责任。
图4 典型架空线路
图5 架空线路定位设备分布图（
代表通信终端；
代表故障指示器）
4 结语
本文所设计的配网故障自动定位系统在实际现场运行了近半年。实际运行的结果表明，利用无线通信手段将故障指示器所采集到的故障信息上传主站，配合所开发的故障自动定位系统软件，能够缩小故障区段范围，并发出指示信息，帮助抢修人员迅速赶赴现场，排除故障，恢复正常供电，大大减少故障巡线人员工作量，提高工作效率。与传统的配网自动化相比，系统有较好的性价比，适合在城镇及农村电网推广使用。
参考文献：
[1] 姜健，鲍光海.智能配电网故障指示器优化配置研究[J].电气技术，2017，（1）：30-33.
[2] 张宏波，袁钦成.故障指示器在智能电网中的应用[J].能源技术经济，2011，23（1）：16-20.
论文作者:翁和章,张光欣,靳方超,巩超,王海波
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/14
标签：故障论文; 指示器论文; 电流论文; 线路论文; 区段论文; 单相论文; 时间论文; 《电力设备》2018年第3期论文;