摘要：配网自动化大大提高了供电可靠性和供电质量，缩短事故处理时间，减少停电范围，但目前配电终端（FTU/DTU/TTU）一般部署在开关或变压器位置，对长距离的配电线路得中间段缺少管控，在配电线路传输距离远、线路分支多、运行情况复杂，环境和气候条件比较恶劣时，外破、设备故障和雷电等自然灾害导致的线路短路、接地故障时常发生，而且故障时，故障区段（位置）难以确定，给检修工作带来较大的困难，尤其是偏远地区，查找起来更是费时费力。为解决上述问题，在运行线路上部署故障定位及监测系统就成为一种行之有效方法，通过系统对故障特征信息的监测、采集、计算、分析，实现对短路故障、接地故障、断线故障等故障快速准确检测并定位线路故障位置。
关键词：配网；架空线路；监测
0 引言
配网架空线路故障停电仍然是影响配网正常运行和居民正常用电的最主要原因。目前已经有多种办法来预防、减少配网线路故障停电，最先进的就是实现配网自动化。配网自动化是通过配电终端（FTU/DTU/TTU）在线路上不同位置的部署安装，通过主站系统对配电线路进行管控，但由于配电终端的安装位置造成部分情况复杂的配电线路，故障停电多发，并且故障时，难以确定故障位置，给抢修工作带来极大地困难。
为此，在运行线路上部署故障定位及监测系统就成为一种行之有效方法，通过系统对故障特征信息的监测、采集、计算、分析，实现对短路故障、接地故障、断线故障等故障快速准确检测并定位线路故障位置。
1 现有故障定位及检测方法
1.1短路故障判定
故障指示器对短路的检测是通过电磁感应方法实时监测配网线路中的电流，根据线路中的电流突变特征、电流突变持续时间及线路是否停电来判断是否出现了短路故障并做出告警指示，已有方案一般采用以下手段：
1.1.1微分法
电流突变量与突变时间的比值大于某固定预设值，大的电流变化率引起线路跳闸，同时线路电流变为零。
弊端及原因：线路的干线、分支线、线路末端电流变化率相差大。输电线不同地理位置、不同运行方式、气候条件可引起电流变化率相差大。跳闸断电检测不准确，容易引起误报警、漏报警。
1.2接地故障判断
小电流接地系统主要包括中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中性点经高阻接地三种接地方式，主要适用于66kV及以下电网，由于不同的接地方式在其发生接地故障时，其表现的故障特征是各不相同的，如果采用已有方案的单一故障判定方式难免会造成误判或漏判情况。
2 新系统解决的问题
通过分析可以看到已有方案对线路故障的判定是存在局限性的，接地故障更是由于其接地方式不同造成接地故障发生的机理及故障特征也是各不相同的，如采用已有方案则对架空线路的故障判定必然带来误报和漏报的情况。
2.1解决故障误判、漏判问题
采用检测电流变比率法并结合线路跳闸停电来检测短路故障，变比率突变值按照故障指示器内置的曲线算法并根据负荷电流的大小自动动态整定，克服了“电流突变法”采用的电流突变值静态固定不变的缺陷。引入七次谐波加首半波法来检测接地故障，因为接地瞬间的突变量，不受线路存在的各高频干扰信号以及线路励磁涌流影响，易于可靠检测，因此采用这个方法克服了目前以暂态量大小为判据的接地故障检测方法的局限性，也克服了单纯使用首半波法的不准确性，抗干扰能力强，故障检测准确可靠。
2.2解决通讯组网安全问题
架空型线路故障指示器本地通讯采用433M短距离微功率无线模块，实现与集中器子站的通信，通信采用ACK机制完善通信链路的可靠性；同时通过“两问一答”机制保证低功耗。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆解决了ZIGBEE、蓝牙模块的缺陷，在软硬件设计及结构设计上，整体考虑架空型线路故障指示器通信的特殊性（耗电少，通讯流量少，单机通信维护要求成本低），通过ESAM安全芯片解决了网络层安全隐患及应用层安全隐患。
3 配网架空线路故障定位及检测系统研究
3.1 系统组成
架空线路故障定位及监测系统利用现代通信技术和计算机技术，以故障指示器为故障触发源，当发生短路、接地、断路等故障时，其首先通过自身翻牌或发光来标识该点出现了故障，同时以蓝牙、ZigBee、小无线等形式将故障信息上报给通信终端（集中器子站），通信终端通过远程GPRS模块将信息转发给主站。主站通过上报信息中携带的标识信息，在后台GIS系统中标识出故障点位置，同时通过主站的短信猫将故障点位置等详细信息及时通知运维部门工作人员，从而可以减少巡线的工作量。
目前市场上产品种类繁多，但良莠不齐。部分产品故障判定种类单一，存在误判、误报、定位不准等问题。
本系统通过“变比率突变法”来判断短路故障，判断成功率达100%。单一通过首半波法或谐波法无法有效解决接地故障的误判，本产品通过将首半波法和谐波法相结合，综合了暂态零序电流和稳态零序电流的各自特性，解决了误判问题。
采用ESAM安全芯片，通过嵌入在故障指示器中的ESAM数据安全芯片,实现安全存储、数据加/解密、双向身份认证、线路加密传输等功能，解决了传输的安全性，有效的克服了GPRS公网环境通信安全性无法保障的难题。
通过主站的接入服务器（GIS、MIS服务器等）、数据服务器等相互协作实现故障的准确定位。
整套系统组成包括：架空故障指示器、架空故障指示器通信终端（以下简称集中器）、主站软硬件系统等。
这是一款安全智能架空线路故障定位及监测系统。系统包含架空型线路故障指示器、通信终端、主站三部分。架空线路故障指示器以小无线形式与通信终端进行数据交换，主站接收通信终端转发的报文来实现故障定位，同时还提供线路电流、线路温度采集功能，从“维护”和“预防”两个方面保障了配电网的运行安全。
3.2研究依据及原理
架空型线路故障指示器利用了CT（电流互感器）的原理来测量线路电流。当架空型线路故障指示器挂在导线上时，一次电流会流经架空型线路故障指示器的电流传感器，电流传感器产生CT二次信号，这个信号经过信号检测电路滤波、放大和采保，然后由低功耗单片机做A/D采样，最后计算出负荷电流、短路电流、首半波尖峰电流和接地动作电流值、稳态零序电流、暂态零序电流。电流传感器主要包括：电流线圈、导磁棒、立柱、动板。
4 减少误判的测量和分析技术
智能故障指示器突破了第一代和第二代故障指示器在故障检测方面的局限性。在短路故障检测方面，将微机保护原理引入故障指示器的设计技术中，采用检测电流变比率法并结合线路跳闸停电来检测短路故障，这个变比率突变值按照故障指示器内置的曲线算法并根据负荷电流的大小自动动态整定，克服了“电流突变法”采用的电流突变值静态固定不变的缺陷，因此不受线路结构、运行管理方式、地理环境、甚至运行时刻的影响，从根本上克服了目前基于过流法或“电流突变法”设计原理的故障指示器存在的误报警或漏报警的缺陷，因此短路故障检测准确可靠。
智能故障指示器对线路跳闸停电的判断依据也做了彻底的改进，将线路电压为零作为跳闸停电的主要依据，因为线路电压为零是线路跳闸停电的充分必要条件，这是另一个重要发明。
在中性点非接地系统单相接地故障检测方面，智能故障指示器采用了七次谐波加首半波法来检测接地故障，因为接地瞬间的突变量，不受线路存在的各高频干扰信号以及线路励磁涌流影响，易于可靠检测，因此采用这个方法克服了目前以暂态量大小为判据的接地故障检测方法的局限性，也克服了单纯使用首半波法的不准确性，抗干扰能力强，故障检测准确可靠。
5 结语
架空线路故障定位及检测系统具有检测项目全面、定位准确及时的特点，因此在为线路运行提供了有效保障，提高了供电可靠性、自动化、信息化水平；同时极大的减轻了供电运维部门工作人员的劳动强度，提高工作效率。
论文作者:林娜,刘嵩
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/11
标签：故障论文; 线路论文; 电流论文; 指示器论文; 突变论文; 终端论文; 通信论文; 《电力设备》2018年第21期论文;