架空输电线路故障诊断及故障点定位

架空输电线路故障诊断及故障点定位

【摘 要】本文研究和开发了一种利用信号注入法的新型的、具有高灵敏度和高可靠性10kV配电网架空线路故障指示装置，可迅速判断故障线路并实现故障区域定位，缩短故障查找时间，提高供电可靠性。

【关键词】架空输电线路；故障；诊断

10 kV配网线路大多呈辐射状，供电半径大，运行环境恶劣，雷电、大风、暴雨、山体滑坡、外力破坏造成的故障发生率较高。故障发生后，由于线长面广，采用以往凭经验，分段、逐段、逐基杆塔检查等传统方法进行排查，费时费力，停电范围大、时间长，很难快速、准确查清，隔离故障区段。同时，由于10 kV线路干线长、支线多，大多线路处在山坡、沟壑之上，故障查找过程中人身安全风险系数增大。

1 输电线路故障原因分析

1.1短路故障的原因

产生短路故障的基本原因是不同电位的导体之间的绝缘击穿或者相互短接而形成的。三相线路短路一般有如下原因造成：线路带地线合闸；倒杆造成三相接地短路；受外力破坏；线路运行时间较长，绝缘性能下降等。两相短路故障的原因是：线弧垂大，遇到刮大风导线摆动，两根线相碰或绞线形成短路；外力作用，如杂物搭在两根线上造成短路；受雷击形成短路，绝缘击穿，电路中不同电位的导体间是相互绝缘的。

1.2断路故障的原因

断路是最常见的故障。断路故障最基本的表现形式是回路不通。在某些情况下，断路还会引起过电压，断路点产生的电弧还可能导致电气火灾和爆炸事故。断路点电弧故障：电路断线，尤其是那些似断非断点，在断开瞬间往往会产生电弧，或者在断路点产生高温，电力线路中的电弧和高温可能会酿成火灾。三相电路中的断路故障：三相电路中，如果发生一相断路故障，一则可能使电动机因缺相运行而被烧毁；二则使三相电路不对称，各相电压发生变化，使其中的相电压升高，造成事故。三相电路中，如果零线（中性线）断路，则单相负荷影响更大。线路断路一般有如下原因：配电低压侧一相保险丝熔断；架空输电线路的一相导线因故断开；导线接头接触不良或烧断；外力作用造成一相断线等。

1.3线路接地故障原因

线路接地一般有如下原因：线路附近的树枝等碰及导线；导线接头处氧化腐蚀脱落，导线断开落地；外因破坏造成导线断开落地。如在线路附近伐树倒在线路上，线跨越道路时汽车碰断等；电气元件绝缘能力下降，对附近物体放电。

2 输电线路故障诊断技术应用现状

2.1 故障诊断系统概述

故障诊断就是利用各种检查和测试方法，发现系统和设备是否存在故障，而进一步确定故障所在大致部位的过程。系统故障诊断是对系统运行状态和异常情况做出判断，并根据诊断为系统故障恢复提供依据。要对系统进行故障诊断，首先必须对其进行检测，在发生系统故障时，对故障类型、故障部位及原因进行诊断，最终给出解决方案，实现故障恢复。故障诊断的主要任务有：故障检测、故障类型判断、故障定位及故障恢复等。

2.2 输电线路故障诊断技术应用现状

输电线路故障诊断技术目前主要是借助于专家系统实现输电线路故障的识别与诊断。专家系统也是目前应用最为广泛和成功的人工智能技术之一。借助于专家系统，提前将输电线路可能发生的各种类型的故障特征录入专家系统，然后对输电线路设定门槛值，一旦输电线路的特征值达到预先设定的门槛值，且某种逻辑关系成立，则系统判定为发生故障，并根据系统预先设定的故障码给出故障诊断结果，这就是专家系统实现故障诊断的基本原理。

3 故障指示定位系统各组成部分动作机理

线路故障指示定位系统是用来对配电网中发生单相接地故障区段进行准确指示的一整套系统，由信号注入柜、故障指示器、中继器和监控软件4部分组成。

3.1信号注入柜的基本工作原理

信号注入柜的作用是作为注入电源，产生频率恒定的特殊电流信号以启动悬挂在线路上的故障指示器。信号注入柜的内部主要由整流电路、逆变电路滤波电感、滤波电容以及注入升压变压器等组成，各组成部分的参数均经过严格的计算和选择，以确保获得良好的注入波形和较高的注入效率。电网正常运行时，信号注入柜并不向其注入特殊的电流信号，此时悬挂在输电线路上的指示器也不动作，表示目前电网并没有发生单相接地故障。

3.2线路故障指示器和中继器的工作原理

线路故障指示器以特殊频率的电流信号作为判据，检测相应的故障指示器是否在电网单相接地的故障区间内。

3.3线路故障实时监控软件

开发的监控管理综合软件平台完全建立在标准的浏览器－服务器（bro wser/server，B/S）构架上，采用.NET技术、传输控制协议－因特网互联协议

（Transmission Control Protocol/Inter-net Protocol，TCP/IP）、UPRS等技术处理来自各个现场的报警信息以及各种管理信息。这些数据通过受理、分析、处理和校验等过程，保证报警信息及时、正确地被记录分析，同时为维护部门提供需要的统计报表等分析数据。数据传输通道采用成熟的UPRS网络，只要有全球移动通信系统（glob-al system of mobile communication，USM）信号的地方，都能实现可靠通信。系统设置1台短信报警服务器，当系统监测到故障时，将自动通过短信服务器向指定人员（可同时多人）发送并记录报警信息。

4 实例分析

系统建成后，经过实际运行和对功能的不断完善、改进，取得了预期效果。快速准确的故障诊断、定位，缩短了故障处理时间，提高了供电可靠性。系统运行两年多以来，已经诊断出线路故障17次，故障定位准确率100%。以2011年12月13日20：15：57，10 kV某架空输电线路发生接地为例：发生故障后，系统反映支线区段发生接地故障，并诊断出支线B相接地，同时系统向运行人员发出501支线接地短信，运行人员迅速对支线的FTU开关进行了远程分闸，开关断开后系统显示接地消失，30 min内发现、隔离了故障区段。后经运行人员采用故障巡查装置监测，不到1小时就检测出故障点，故障原因为景区用户电缆爆裂引起接地。由于当时大雪过后，道路不通，如采用以往人员徒步巡查、分段推拉、逐基分组排查确定接地点的方式，预计需要1～2天时间。节约了故障处理成本，降低了故障查找过程中人身安全风险。

在山区地形复杂、路况恶劣，尤其在夜晚、阴雨、大雪、雷季等特殊情况下，按照以往故障处理方式，需与运行班站联动，出动车辆、人力，组织进行全线查巡，不仅费时费力，而且深沟、大山、河流、毒蛇、马蜂等危险源对巡查人员人身安全威胁极大。通过该系统应用，缩小了故障查巡范围，运行班站3～4人就能准确、快速的完成故障的查巡、隔离、处理，缩短了故障处理时间，节约了故障处理成本，降低了人员的安全风险。经对安装前后故障处理对比，现每次处理故障可节约成本约0.5万元。

实现对线路运行状况的监控和统计分析，提高了配网线路的运行监测水平。实现对线路不同区段负荷电流监视（遥测）以及FTU开关工作状态的远程查询（遥信）和控制（遥控），便于运行人员及时掌握线路的运行状态，采集的运行数据为今后电网建设规划和电力需求侧管理提供了准确的数据源。建设投资少，工期短，日常维护工作量小。通过对普通柱上真空开关改造，实现了原有开关的再利用，节约了投资成本，缩短了建设工期。同时利用GSM移动公网、电力线载波相结合方式实现数据传输，有效的降低了运行和维护管理成本。

参考文献：

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