配网设备配电线路故障指示器自动检测研究

配网设备配电线路故障指示器自动检测研究

罗宏怡  ,蔡文强

国网萍乡供电公司  江西省萍乡市  337000

摘要：分配网络行直接连接到电源用户，因此分配行具有多个分支。一旦分配行出现故障，分配行可能需要很长时间才能确定故障行，并且对于分配行的故障非常不方便。因此 它只能通过智能确定配电线路故障段来提高配电线路维护人员的效率，确保配电线路的安全运行。

关键词：配网设备；配电线路故障；指示器；自动检测

引言

在现阶段电力技术的发展带动下，电力的应用也日渐广泛，同时故障的问题也越来越突出。故障指示器作为最常见的解决方法之一，它可以在发生故障时快速地判断出故障的发生节点，并给出相应保护动作。例如断路器自动跳闸动作，以此将故障区域进行隔离以防二次故障。现阶段国内外大部分学者对故障指示器自动检测方法的研究也层出不穷。

1配电线路故障指示器

配电线路故障指示灯是分布在配电网上的一种检测指示配电装置，具有检测短路故障的能力，既能在配电线路之间检测短路故障，又能有效地补充和扩展配电线路选择装置至根据信息传输方式和故障检测方式，可分为外部应用的信号类型远程传输故障指示灯、待定功能类型远程传输故障指示灯和待定记录类型远程传输故障指示灯。图1显示配电线路外部信号远程传输故障指示灯的安装方案。母线连接包含三个子电路。每一行安装的缺省标志系统由一个收集单元和三个抽样单元组成。其中，采集单元是基础检测单元，依靠小电流自抽取技术和无线通信技术实时报告监控数据，使电力人员能够随时掌握线路运行状态。采集单元是检测单元与系统主站之间的桥梁，使系统能够利用短距离无线和无线混合网络技术进行信道监控、切换和故障报警，并支持系统诊断后的数据跟踪功能，自我康复和恢复通信中断，使电气人员能够实时监控线路运行状态信息和故障信息。 k1点单相接地故障后，三相采集单元采用无线技术进行同步采样，将采样信息发送到采集单元，采集单元接收三个采集单元发送的故障波形，并进行算法处理发送到站主站根据各行采集单元发送的信息进行综合搜索，选择故障区域，并在采集单元收到信息后发送正确的响应指示信息。

图１含有远传型故障指示器的配电网图

2现有的故障指示器检测平台分析

当前的故障指示器检测平台设计可归纳为两类。第一种设计方案可统称为静态仿真类，其工作原理主要由操作系统、DDS(数字频率合成器)、三相功率放大器、宽带放大器、辅助采样电路和显示模块组成一种设计方法，一种电压提升装置和电流提升装置，通过对线路电压和线路电流特征波形进行预处理和配置，然后再进行回放，模拟配电线路不同的工作状态。这种设计方案的缺点是只限于模拟配电网运行状态下简单的静态特性数量，不能在线路故障时模拟静态特性数量。例如，当配电线路系统中性点接地方式发生变化或配电线路运行参数发生变化时，设计方案无法对相应的运行状态进行灵活仿真。不利于配电线路故障指示灯的检测测试成功。第二类设计方案可以统称为物理运动仿真类，通过创建类似的双重电源模型、线模型、故障仿真单元和仿真载荷单元来实现配电线路故障指示器检测平台的设计配电线路故障指示器物理仿真系统主要由配电网仿真系统、电压提升流系统和负载仿真系统组成。这种设计可以非常粗略地模拟配电网系统的临时状态过程，但存在一些问题，例如调整系统参数的困难、设计成本高、系统维护困难以及缺乏机动性。无法满足自动检测配电线路故障指示灯和灵活模拟不同配电系统等要求。简而言之，任何现有设计解决方案都不能充分实现配电系统的过渡仿真可靠性、成本效益、配置灵活性、易用性和高水平的自动检测等优点。因此配电线路故障指示器自动检测平台的设计有待进一步完善。

3配电线路故障判断依据

为考虑实际配电线路及配网设备中故障的发生情况，将设置一个模拟电路为N，与其对应的其他电路指标分别为：故障网络Nf、故障容差Nft、故障标称网络N0。其中N包含n+1个故障节点，以0作为参考节点，节点1、2、3、…、m为可及类故障节点，m+1、m+2、…、n则为不可及类故障节点，设配电线路中总共包含b条分支配电线路，支路中的元件统称VCCS为及导纳元件，同理线路中其他元件也可按此类操作处理。根据替代和叠加原理可得容差电路Nft中包含的故障为Fi，其可检测点的电压为Vm，此电压值可通过叠加定理计算得出，具体表达公式为：

(1)式中，Vmo为其工作电压的正常值，ΔVmf为与其同等效应的故障元件中，因为电流源所引起的可检测点的电压增加量，ΔVmf则为正常元件中，因误差补偿电流源所导致的基于N0上的可检测点电压。根据公式(1)可同理推断出，故障容差电路对标称电路可检测点的电压增加量ΔVm的表达公式为：

(2)一般情况下，在配电线路中任意一元件的信息参数都符合正态分布理论。根据正态分布理论，Δνi的故障检测概率精度表达公式为：

(3)以±2νat（Δνi）为范围内，随机值故障的出现概率为99.6%，因此可以把±2ν

at（Δνi）范围作为Δνi取值的上、下限。当Δνi数值在所检测的实时电压增加量ΔVm中存在的数值超过±2νat（Δνi）时，就可判断ΔVm是由故障与元件偏差参数共同引起的。反之，若Δνi数值在ΔVm中存在的数值均在±2νat（Δνi）范围之内时，就可判断ΔVm是由元件系数偏差导致的，也可能是由出现容差效应后而引起的软故障所导致，若为前者，表明配电线路中不存在故障；若为后者，则存在故障。基于上述论述，推导出以下故障阈值函数：

(4)当Φ(ΔVm)≠0时，就可判断线路中存在故障；当Φ(ΔVm)=0时，为了充分考虑可能存在由于元件偏差对端口的影响所引起接近容差效应的软故障，所以结合公式(4)，令：

上述论述即为配电线路的理论判断依据，可以看出ξ值的取值范围为(0,1]；当ξ=1时，表明配电线路中存在故障；当ξ＜1时，ξ的计算数值就代表其在配电线路中所发生故障的概率，通过这种计算方式就可以根据实际情况对电路中的故障预先进行分析，并计算得出相应的门限值，当ξ大于此数值时，就可判断出故障指示器识别的电路为故障状态，小于此数值时，就为正常状态。实际电路中应用故障指示器进行检测不仅要判断整个电路是否存在故障，还要对发现故障的电路进行具体的故障节点定位，以便后续的维修及防护。

4故障信号下指示器自动检测

(1)当发生故障而上游断路器[跳闸时，就表示下路中应该至少有一个故障指示器传达相应的故障信号，此为正常的短路故障情况。例如发生短路情况，就会跳闸。此时的正确操作应该是发出故障信号，其余的故障指示器均无需上报，就属于漏报情况。(2)当发生故障而上游断路器未跳闸时，此时正确操作为下路中故障指示器均不应传达故障信号。例如如果未发生短路情况，未跳闸时，而故障指示器却上报了故障信号，此种属于误报短路故障信号情况。

结束语

综上所述，故障指示器检测方法将面向于配网设备及配电线路中，提出基于概率数据统计算法并结合模拟电路作为初步故障判断依据，同时结合馈线故障区域直接定位的改进型矩阵算法，对发生故障的线路进行具体的故障定位跟踪。此检测方法在能实现快速检测故障的同时又能实现准确定位，全面地考虑了会影响诊断的因素，例如容差效应及元件参数较小引起的软故障，提前预测并进行改进做到了对这两种情况均可进行检测与定位。在检测硬件方面运算处理量极小，配电线路可及节点和测试频率的数量要求也很低，可以达到在线实际定位的要求。基于此给出的故障定位法原理简单易懂、检测速度快、包容性及容错性好，且充分体现了此方法的优越性。实验结果准确且测试速度较快，现场应用效果良好，可较好地满足实际需求。

参考文献

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