张锐 温煦
国网宿迁供电公司 江苏宿迁 223800
摘要：针对于低负荷取电无法满足装置正常工作的问题，详细论证了提高取电效率和降低平均功耗相结合的能量管理策略，装置可以适应较大范围线路负荷下的供电能力；最后针对于电力监控系统安全防护的要求，提出了基于国密算法的数据安全加密方法，设计了安全加密业务流程和安全防护机制。通过对定位装置关键技术的研究，提升了装置的性能，更能满足实际应用需求。
关键词：配电线路；故障定位；装置；关键技术；分析
1导言
配电线路时我国电力系统的重要组成部分，其运行质量直接关系到整个电力系统运行的安全性、稳定性以及可靠性，一旦出现故障或者问题，如果不能及时采取有效的措施进行处理，势必会造成严重的后果。故障定位技术措施在配电线路故障检测中的应用，能够准确的发现和定位故障，并通知配网运维人员赶到现场将故障排除，以此保证配电线路安全、稳定的运行，由此可见故障定位技术的重要性。因此，文章针对配电线路故障定位技术措施的研究具有非常重要的现实意义。
2配电线路故障定位装置简介
2.1应用场景
配电线路故障定位装置（以下简称定位装置）由采集单元、汇集单元和主站组成。采集单元负责线路电流的采集、短路故障的判定以及接地故障特征数据的采集；汇集单元负责把采集单元采集信息汇总传输给主站；主站进行数据分析和故障定位，并将故障信息及时下发。
2.2系统功能
当线路发生故障时，定位装置可以自动定位故障区间，将故障信息及时下发，帮助维修人员迅速赶赴现场，排除故障，实现配电线路故障定位的“遥信”功能；当线路正常运行时，定位装置对线路电流、相电场及温度进行实时在线监测及故障预警，提前发现并解除故障隐患，实现配电线路故障定位的“遥测”功能。
3传统故障定位技术及其弊端
3.1传统故障定位技术
配电线路传统故障定位技术包括以下几种：一是经验判断法：由有经验的配电管理人员，凭借自身的经验和线路历史状况，判断该配电线路是否存在故障，然后对可疑点进行检查；二是线路分段法，通过闭合、断开断路器或者开关，根据闭合前后线路故障是否消失，以此判断故障的范围，并对该范围进行故障检测。
3.2传统故障定位技术的弊端
传统故障定位技术在查找配电线路故障时存在以下弊端：一是要求配电管理、检修人员具有丰富的实践经验，并且依托大量的历史资料，对人员素质水平的要求相对较高；二是如果发生接地故障，如果太阳光强烈，将会掩盖弧光放电现象，如果配电管理人员疏忽大意，将会威胁其生命安全，如果在夜间，则需要采取灯具照明、车辆巡检等措施；三是传统故障定位技术仅仅能够粗略判断线路故障范围，并不能够准确定位故障，并且确定故障需要花费较多的时间，并不能够在2h以内确定故障，进一步扩大故障造成的影响，尤其是配电线路相对较长、地质复杂、交通不便的边远地区，其故障定位时间更长，造成的危害和损失更大。
4定位装置关键技术的研究
4.1基于零序电流合成的接地故障判定方法研究
相对于架空型，采用零序电流分析判断接地故障的电缆型故障定位装置故障定位准确率要高出很多。由于10kV架空线路三相分开走线，架空型故障定位装置不能直接检测到零序电流，零序电流分析法无法直接采用，但可以参考配电自动化馈线终端FTU的零序电流合成法。与馈线终端FTU采用有线传输不同，架空线路在线监测系统中汇集单元和采集单元通过微功率无线方式通信，网络延时和时钟同步准确度性能较低，高准确度三相时钟同步要求对零序电流合成带来了挑战。为此，定位装置增加故障录波功能并通过对故障录波数据同步来合成零序电流，作为接地故障的判据。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆下面以具体例子阐述接地故障的判定原理，若采集单元A发现接地异常，触发接地故障判定流程，由汇集单元收集故障、录波数据等信息，并完成接地故障的判定。零序电流合成法大大提高了接地故障判定的准确率，实际测试准确率在90％以上，很好地解决了接地故障定位准确率低的难题。
4.2高效率、低功耗能量管理策略的研究
4.2.1采集单元能量管理方案
主要包括TA取电模块、电源控制模块和储能模块三个部分。TA取电互感器从线路直接感应得到一定大小的交变电压，再通过相应的整流电路和电源变换电路对其进行处理，最后输出稳定的直流电压供给负载使用。储能模块采用锂电池和超级电容，当线路负荷较大时，TA输出功率较高，用超级电容作为能量缓冲元件，避免能量过剩导致装置发热过度；当线路负荷较小，TA输出功率不足，电源控制模块进行主备电源切换，由可储能的超级电容供电，辅以锂电池补充。电源控制模块还设计了泄能电路，在TA输出功率较高而且超级电容能量储满情况下，通过元件发热对多余能量进行释放，避免损坏设备。
定位装置互感器外形尺寸、重量有严格要求，使得磁心截面积、磁路长度有一定限制，而电源频率也是固定不变的；在此情况下，要提高装置在小电流下的供电能力，提高磁心磁导率是唯一有效的方法。但当线路负荷增加到一定大小以后，磁心将进入饱和状态，其磁通基本不会再有变化，这有利于在大电流下抑制电流互感器的功率输出。但此后若线路负荷继续增加，则磁心将进入到深度饱和的状态，持续发热，对整个电源的工作稳定性带来影响。因此又要使磁心在较小电流工作时远离深度饱和区，这就要求磁心材料具备较高的饱和磁感应强度。传统导磁材料硅钢片具有较高的饱和磁感应强度，但初始磁导率较低（×103），取电效率不高。相对于硅钢片，坡莫合金材料的初始磁导率提高了40倍以上（5-8×104），磁性能稳定，抗腐蚀性好，但坡莫合金饱和磁感强度不够高，价格昂贵，加工和热处理工艺复杂。现代纳米晶磁材料也具有很高的初始磁导率（4-8×104），饱和磁感应强度介于硅钢片和坡莫合金之间；同时，纳米晶磁材料加工工艺简单，价格低廉，并具有更好的耐蚀性和磁稳定性。因此，确定使用纳米晶作为互感器材料。硬件设计中，互感器磁心采用纳米晶材料，取电线圈磁力线长度40cm，磁心截面积1cm2。当一次线路负荷达到5A时，测得最大取电输出功率约40mW，可以满足采集单元全功能工作的电源要求。
4.2.2灵活的休眠唤醒机制
为了解决线路负荷较小情况下装置电池消耗过快问题，采用基于休眠唤醒机制的低功耗设计方法。装置的工作模式可分为非低功耗模式和低功耗模式，当线路负荷高于5A时，采用非低功耗模式，TA取电功率可以满足全功能工作电源要求，支持高速采样、实时通信以及故障录波等高级应用；当线路负荷低于5A时，采用低功耗模式，降低设备的平均功耗。装置电源消耗主要集中在数据采样和数据传输部分，在没有检测到故障的时间段，采用休眠模式，降低数据采样频率，降低通信模块传输频率，以达到低功耗模式下降低装置平均运行功耗的目的；而在线路发生故障时，可以通过硬件触发唤醒，进入到正常工作状态，在故障数据处理完毕后，又可以自动切换到休眠模式。
5结论
总而言之，MODS系统在配电线路故障定位中的应用，能够实现对配电线路实时、全面的监测，及时、准确发现配电线路是否存在故障，显著降低劳动强度，缩短线路故障查找时间，从原来的几小时缩短为几分钟甚至更短，尽可能降低故障造成的影响和危害，以此保证供电的安全性、可靠性以及稳定性，提高供电企业的经济效益和社会效益。
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论文作者:张锐,温煦
论文发表刊物:《防护工程》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/20
标签：故障论文; 线路论文; 装置论文; 电流论文; 负荷论文; 电源论文; 磁导率论文; 《防护工程》2018年第10期论文;