摘要：油田10kV配电线路因其分支线多且复杂，当线路故障发生时，查找故障点非常困难，要找出具体故障位置往往需耗费大量人力和时间。每次意外的供电中断都会给原油生产，人们的生活带来重大影响，同时也直接影响到供电的经济效益和社会形象。所以故障点的及时准确定位，能为抢修赢得时间，争取尽早恢复供电，提高电网的可靠性有着重要意义。
关键词：线路故障；快速定位；油田配网；供电可靠性
一、故障自动定位系统简介
1、系统概述
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，是一种实用型馈线自动化技术。目的是实现故障的快速定位，减少故障巡查和故障处理时间。
2、自动定位系统的特点
不需要改造一次设备、投资省、见效快、易实施、免维护，具备良好的可扩展性和兼容性。
3、系统工作原理
配网故障自动定位系统包括：故障指示器、通信终端、信号源、中心站、主站和通信系统。故障指示器具有检测故障及通信功能，采用短距离无线通信，解决了高压绝缘问题。
整个系统的工作原理见图1。
图1 工作原理框图
本系统用于相间短路和单相接地故障时，仅故障检测原理部分不同，通讯系统、故障处理及显示部分均为公用。故障指示器安装在配电线路适当位置，系统出现短路或接地故障时，指示器检测到短路故障电流或特定接地信号电流流过，指示器动作，通过短距离无线通信模式，将故障信号传送给配套通信终端。通信终端在收到动作信息后，将动作分支的故障指示器地址信息通过GSM无线公网通信发给主站（后台）系统，主站（后台）系统进行网络拓扑计算分析，将故障信息以短信方式通知有关人员，并与地理信息系统（或配网线路图）相结合，可以直接显示出故障点位置信息。
二、安装故障自动定位系统的必要性
1、电力线路是油田电力系统的大动脉，其运行的的可靠性在很大程度上影响着整个电力系统的可靠性。另外，电力线路大都处于野外，运行环境较为恶劣，风吹雨打、雷击日晒、鱼塘沟河、极端天气和树障均能够给线路的安全运行带来巨大威胁。线路一旦发生问题，影响的范围广，停电的时间长，造成的损失大。
2、通过实施配电网故障自动定位，可以快速确定故障点，及时处置故障，确保油田生产、生活用电；能够迅速解决故障，消除跨步电压对运行维护、抢修作业人员的安全威胁。
三、油田配网故障情况分析及查找方法
1、油田配网存在的问题
(1)绝缘子老化严重、绝缘强度低
大部分油区配电网线路绝缘子还有相当一部分为针式绝缘子，悬式绝缘子还有部分为普通伞型悬垂，由于长时间运行，老化严重，泄露加剧，大大增加了线路的损耗；部分接头也都呈现锈蚀老化现象，造成接触电阻过大，导致线路损耗增大，接头发热，故障率提高。见图2。
图2 针式绝缘子
（2）水道纵横、树木茂盛，线路通道情况恶劣
部分配电网所处的地区为水网地带，地面条件非常复杂，河道纵横、水网交叉、树木生长旺盛，再加上工农关系紧张，给电力设施的运行与维护带来很大困难，到了夏季多雨大风季节，由于树木造成的接地或短路故障特别突出。引起用户中断用电的故障94％左右都是线路上的问题。见图3。
图3 隐藏在树木中的线路
另外，由于养鱼的现象较为普遍，致使杆塔很多处于鱼塘之中，一方面线路的稳定性大大降低，另一方面一旦线路发生问题，故障处理的难度也大大增加，严重影响故障处理时间。见图4。
图4 穿行在鱼塘中的线路
(3)恶劣天气多，故障率高，停电时间长
由于油田的滚动开发，10kV配电线路分支线路不断增多，线路结构愈来愈复杂，加之地面条件复杂，特别是夏季6~9月份，雷雨大风天气非常多，再加上树障严重、线路较为薄弱，因此故障情况较为普遍，而且要寻找出每一次线路具体故障所在的分支和故障点都非常困难，往往需要耗费大量的人力、物力，少则几小时，多则十几个小时方能发现故障点。再加上故障一般都较为严重，处理时间相对较长，严重影响油田的油气生产和员工生活。
（4）安全隐患大
在所有故障中，接地故障占有很大比例。由于接地的长时间存在，造成跨步电压伤人的可能性也就大大增加，从安全角度来讲，这是一个极大的安全隐患。
2、故障查找方法调研
配电线路故障查找一直是困扰电力部门线路维护人员的难题，目前查找短路故障的方法主要有逐杆检查、阻抗法、故障寻址、配网自动化等几种方法。
表1 配电线路故障查找传统技术对比
3、故障查找原理
作为故障定位系统的核心部分，故障指示器动作的准确性是非常重要的，尤其是接地故障的检测。
（1）相间短路故障检测
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时，线路电流一般会有如下变化规律：
a从运行电流突增到故障电流，即有一个正的△I变化；
b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。
c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可概括为：
△IF＞Iset
T1＜△T＜T2
IH＝0、UH＝0
上式中△IF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）单相接地故障检测
单相接地故障检测采用信号注入法原理。目前配电网大部分采用的是小电流接地系统，这类系统发生单相接地故障时，因故障电流较小，故障特征复杂，使得故障点的查找非常困难。本系统按照小电流接地系统单相接地故障的特点，安装在变电站内或线路中的信号源主动向母线注入一个特殊的编码信号，这个特殊的信号在接地点和信号源之间的线路上构成回路，故障指示器检测到这个特殊信号后翻转指示接地故障，本装置检测单相接地故障属于主动检测。该原理克服了故障指示准确度低的缺陷，有效地解决了单相接地故障定位的难题。
信号注入法是一种不受系统运行方式、拓扑结构、中性点接地方式、故障随机因素等影响的主动检测方法。故障指示器以检测信号源发出的信号作为唯一的判断依据，对于现场干扰不敏感，具有较强的鲁棒性。不仅可以实现变电站接地故障选线，而且可以实现线路上接地故障点的定位。
四、结束语
随着故障自动定位系统在油田配网的使用，提高了故障查找作业自动化，信息化水平，大大缩短故障排除的时间，降低巡线工人劳动强度，降低线路部门维护费用，提高了供电可靠性。随着科技的不断进步，新设备、新技术的日趋成熟，油田配网也必将引进这些新设备，会在很大程度上提升油田输配电网络的运行水平。
论文作者:王晓明,王安斌
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/11
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