10kV配网中分布式监测装置的应用研究

张键良

摘要：现阶段，电网系统建设力度加大，系统逐渐走向智能化，配网结构也正在经历着变化。10kV配网系统作为整个电力系统的基础，必须采用全新的技术与设备，通过利用分布式监测装置来检测系统的运行，可以扩大和优化监测范围，从而提高配网系统的运行效率。本文重点分析了分布式监测装置在10kV配网系统的应用。

关键词：10kV配网;分布式监测装置;应用

0 前言

现代化城市建设持续发展，核心城区的供电效率不断提高，为了提高供电可靠性和安全性，就必须采用先进的故障监测装置，分布式检测装置作为现代化的智能设备应用于10kV配网系统中，能发挥多种监测功能，从而提高配网系统的运行效率，达到理想的供电服务水平。

1 D行波法故障测距

此方法起源于20世纪，主要是依托于行波传输理论来达到对线路故障的距离检测与测试，通过利用此方法来测试距离，并将其同GPS方法有效配合，最终得出的理想的测距技术。行波故障定位测距法可以从根本上抑制阻抗法的弊端，从而有效地抵御测试过程中侧系统运行阻抗、负荷电流等干扰带来的问题和不足，从而更加高度精准地测出距离。以下将通过D行波法来围绕配网系统来测出故障距离。行波故障定位法则是借助故障时刻下线路的电流、电压等的浮动情况，对应所带来的高频暂态行波所达到的两端的时差来对应明确故障点所处的部位，线路内配设行波监测设备，借助行波抵达两大设备的时差，来对应锁定故障点的具体位置。行波传输的过程如下图1所示。

上图中选择的是行波法故障测距装置，其原理体现为：上图中的m，n都属于行波故障测距设备，t1-----行波抵达设备m的具体时间，t2----行波抵达设备n的具体事件，L----两行波故障测距装置的间距，Xm-----故障点和设备m的间距，Xn-----故障点和设备n之间的间距，能够高度精准地算得故障点和设备两边之间的距离。

这两个行波故障测距装置m和n，他们之间的间距L为固定数值，此时 △t与波速v都成为十分关键的因素，因为它们都将影响到行波故障测距的准确度，这两个测距设备都以高精度GPS来对时，v---行波在输电线路中传播的速度，和光速较近，所以，行波故障测距能获得更高的准确度。

通过利用上面的公式能得出：线路如果陷入故障状态，导致系统跳闸，一般不会遭受旧式的阻抗法的干扰。

2 电压电流一体化监测技术原理

一般来说，分布式监测装置都配设于输配电导线，具体涵盖：电流传感单元、电压传感单元、导航定位对时单元、无线通讯单元等，各个设备中电流传感设备主要借助罗氏线圈来进行电流传输与传导，其中的罗氏线圈能发挥多种优势功能，其高频性能较优，在故障行波方面发挥着理想的传感性能，罗氏线圈的输入、输出可以用以下关系式来表达：

上面的公式中，e（t）-----输出电压，il（t）-----被测电流信号，M---罗氏线圈在配电导线之间的电感，L------线圈自感，RO----内阻，C0----分布电容，r-----积分电阻，I2（t）----积分电阻上的电流

因为自积分电阻R0+r较小，所以，在行波方面，WL>R0+r能得出：

根据上面的公式，从积分罗氏线圈端所传出的电压和被测试的电流之间成线性比例关系，可以凭借收集来自于传感器的输出电压，再由特定的硬件条理处理以后，就能得到线路中的待测电流。

通过分布电容分压技术来对导线的电压、电流等加以测量，或将薄的金属层设置于监测终端的外面，从而让金属片和导线的耦合电容C1和金属片对大地耦合电容C2之间形成电容分压系统，C1-----电容分压器低压臂，C2----高压臂。电压传感器金属片采用圆弧片，其宽度在a，假设其半径：R，圆弧角：α，金属片和导线间的耦合电容Cl则能按照下面的公式来算出：

r------导线半径

若R=8cm，r=1.1cm，a=5cm，α=600，则能算得C1=0.465pF， C2的值则能以估算的方式来计算出来，大概为1-3pF。要想妥善地适应硬件调理电路输入端相关处理需要，就要在C1的两侧分别连接一个电容，在这种状态下电压传感器的变化比大大概达到5000：1。来自于系统的特殊信号、数据，例如：低压臂信号势必要经过特殊处理，具体需要经后级调理电路处理，被采集传输并上传至系统，从而得到线路的电压信号，因为此传感器属于純容性传感器，测量频带宽需要有所参照，参照相关的研究能得出：传感器可以进行工频测试，也可以对标准雷电冲击电压加以测量、检验，波形也将还原达到工频至高频行波电流。

3 故障检验

3.1 安装概况

南方某城市10kV配网系统中配设了分布式故障监测装置，具体的线路结构图呈现出：配网系统属于中性点不接地系统，也就是小电流接地系统，其主线采用：128基杆塔，整个架设中出现了电缆架空或者混合搭接的问题，其中伸出了五条分支线路，各自在主线#50，#97与#106，同时，也存在若干条分支线路，要在这些分支线路中配设分布式检测设备。此线路的安装可以参考现场实际情况来决定，其中体现出超强的灵活性、自由度，因为此系统中支线的线路长度很长，系统中的线路也难免出现更多的故障和问题，可以将更多的设备安装于分支线路，通过这种安装方式能保证对线路故障的准确定位。

3.2 故障概况

分布式监测装置在正式安装使用过后，整个线路在某日出现跳闸，通过速断的方式来对线路加以保护，断路器也开始发出动作，而且重合闸尚未成功，导致整个线路系统陷入断电状态。分布式监测设备对应测出分闸工频以后，能对整个线路的故障、问题等做出预期的判断和锁定，具体可以通过零序电压法来高效地判断故障所处区域、所在的具体位置。

因为10kV配网系统大部分采用单电源供电模式，只有少部分能出现分布式电源，此线路属于单电源状态下的电力供应，故障出现以后，接近电源的一段则可能出现很大的短路电流，距离电源端较远的一侧则相对很小，可以参照电路理论能预测出故障具体所处位置，在距离电源端较远的一侧，因为故障发生时所采集的分闸工频电流能明确故障的具体位置。

通过对比故障状态下行波电流图能看出：故障时分行波电流呈现出完全相反的方向，所以，能够判断出故障处于两个支线中间，可以采用小波包变换方法来对应算出故障时刻行波电流模的最大值，可以采用模极大值来对应得出故障行波抵达两个设备二者中间的时间差，也能利用相关的公式来算出故障点和各个分支线路大号方向1000米以上，其中也能具体锁定故障杆塔所处位置，从而准确地调度运行、维护人员前往故障线路来开展检修，最后得出的线路巡检结果明确具体的杆塔，并分析出了深层次的原因：某支线杆塔台变A相领口上端导线因为受到雷电的侵袭、侵扰而导致断线、雷击，使得线路跌落于C相，从而第一时间来采取清理措施，控制线路被迫停电，获得理想的经济效益。

3.3 历史故障数据

将分布式监测装置配设于10kV配网线路以后，线路则可能出现若干次跳闸问题，可以借助分布式监测设备来精准地定位现场故障，具体的巡查数据与故障的结果统计如下表1所示。

参照历史故障来加以比较能看到：通过分布式检测装置能积极、准确、高效地测试出故障，同时，完成故障的精准、高效定位，每一次的精准定位的误差都在200m以下，从而辅助现场故障的及时、高效处理，而且不管故障在哪一条线路，主线、支线的什么部位，仅仅需要准确、合适地配置，就能达到对故障的精准、高效行为，具体的线路定位的误差也能符合线路定位的标准和需求。

4 结语

因为分布式监测装置的线圈选择了罗氏线圈，高频特性达到了电力系统故障的频率，能够对稳态接地故障达到高效、准确地定位，也能准确地预测暂态接地故障，而且分布式监测装置能达到对整个线路的全范围监测、覆盖，线路出现跳闸故障时，能够积极有效地开启故障预警系统，帮助运维人员开展故障的排查与分析，从而有效地控制线路系统的运行时长，提高居民的用电效率。

参考文獻：

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