10kV配电网故障在线监测与定位技术分析

李世昌

摘  要：配电网作为输电网当中的一个应用，因为其自身结构比较特殊，因此，需要不断对其进行优化。随着我国社会发展对电力需求的不断扩大，配电网的结构日益复杂，一旦出现故障，会产生极大影响。本文分析了10kV配电网故障在线监测与定位系统的优点，接着阐述主要方法，望具有一定参考价值。

关键词：配电网;在线监测;定位

前言：

配电网是指从发电厂或输电网接受电能，通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给各类用户的电力网，主要应用在生产和生活领域。为保障电力供应的持续性和高效性，对配电网故障在线监测与定位技术的应用就显得尤为重要，不仅可以快速发现故障所在，还可以极大降低维修难度，最大程度上减少断电损失。

1 10kV配电网故障在线监测与定位技术的优点

1.1实现在线取电

传统配电网系统安装有故障指示器，用以当配电网发生故障时给予维修人员及时的提示。故障指示器工作时需要电池提供电量，由于电池需要防水来维持工作的稳定，因此，安装电池时需要做防水密封处理，这便导致电池不能替换，增加了整个配电网的维护成本。但故障在线监测与定位系统使用材料较为新颖，在电流达到10A的条件下，能够获取到0.5W的功率，同时只相当于之前重量的1/6[1]。另外，互感器在使用过程中可以测量整个电网的功率，当电网功率较小时，自动关闭自身辅助模块，从而达到节省电量，延长使用寿命的目的。

1.2实现线路更新及监测运行环境

在配电网系统中，故障主要是通过小波的形式被故障在线监测和定位系统所发现的。故障中包含着大量的动态参数，动态数据被故障在线监测和定位系统捕获后，需要更正的动态参数在后台处理器的捕获下传递给集中数据大平台，集中数据平台将动态参数转化为数字参数傳递给故障指示器，实现参数的一键修改。在故障指示器内安装有温度传感器，实时监测配电网线路的运行情况，实现对配电网线路环境的监控，增加配电网运行的稳定性。当温度发生变化时，温度传感器向故障指示器传送信息，故障指示器根据温度指示器传来的温度参数判断故障发生的可能性，及时反馈给后台处理器，达到配电网运行环境监测的目的。

1.3实现准确测量负荷电流数值

故障在线监测和定位系统中在电缆上安装了导磁金属，当导磁金属处于闭合状态时，导磁金属内部会产生感应电流，当将导线缠绕在导磁金属上时，根据右手螺旋定则，可以生成以导线和导磁金属为感应架的感应电压，从而实现对负荷电流值的准确测量。

2 10kV配电网故障在线监测与定位主要方法

2.1阻抗法

工频电气量指的是在频率为50Hz时，电力系统中各种与电相关的直接参数。当电力系统法身故障时，工频电气量往往会出现电流增大、电压降低以及测量阻抗发生变化的特征，由此可见，阻抗法是建立在工频电气量的基础上。通过建立电压平衡方程，利用参数分析得到测量点与故障点之间的电抗，据此电抗推断故障可能发生的大致位置。根据电气量的不同，阻抗法分为单端法和双端法。单端法即迭代法和解二次方程法的综合，利用迭代法求出可能出现的复根，或利用解二次方程法对迭代法进行优化，但仍存在复根问题，由此可见单端法的实际精度不高，特别容易受负荷电流、故障点过度电阻的影响。在使用单端法进行计算时，在采用单侧电流或单侧电压的基础上，往往需要建立几种假设情况，而假设常常与实际情况相反，因此单端法测量存在较大的误差，但由于单端法简单易用，投入成本低，也存在着较为广泛的应用。双端法即根据线路两端的电气信息量进行故障测量，在原理上消除了过度电阻的影响。双端法测量时，利用线路一端电流、另一端电压或者两端电流的方法进行测量点和故障点之间距离的测量，结合现代化GPS和光线设备，可以准确地测量出故障点所在，有着单端法无可比拟的精确度，被广泛应用于现代配电网故障检查项目中，但是，相比单端法，双端法操作复杂，需要进行庞大的计算以及大量的设备资金投入，无形之中增加了配电网系统的成本。

2.2行波法

行波法是一种较早被使用的故障测距法，它是根据行波行波传输理论实现输电线路故障测距的。行波故障定位是利用故障时刻线路电流、电压突然发生变化所产生高频暂态行波达到两端的时差来确定故障点位置的，在线路中安装行波法故障测距装置，利用行波到达量设备的时间差进行故障点定位[2]。由于行波在导线内以接近光速的速度进行传播，当某一个点阻抗发生变化时，行波会被部分反射。在该点处，继续前进的行波与被反射的行波的电压/电流相加等于该点的电压/电流行波，在任意一点的波阻抗等于前进电压行波除以前进电流行波。当某一点发生故障时，该店的波阻抗会发生变化，这种变化反馈给相应的数据处理装置，通过装置的计算，可以测算出故障发生的位置。另外，配电网中存在的锚段会对行波法产生影响。锚段指的是接触网沿线分成一定长度并在结构上有独立机械稳定性的分段，用来在接触导线和承力索内采用张力调整装置，可以缩小事故范围及便于维修。当行波穿过锚段时，行波会在锚段处发生部分反射，进而导致行波的前进速度放缓，影响对故障点的判断，若故障发生在锚段处，还会导致故障点的定位困难，降低测量的精度，因此，排除锚段对行波法的影响很重要，可以采取如下方法：首先可以通过双端定位法测量故障点的位置，提高测量的准确性;其次，在配电网系统无故障时进行行波法测量，在此基础上，每隔一段距离设置一个锚段，观察故障点到两端距离的锚段数确定故障点;最后，可以根据故障点之外某一点出的行波信号确定故障点的位置。

2.310kV配电网自动化技术

配电网自动化技术即采用现代化信息数字技术，把配电网的数据上传到大数据平台，大数据平台对配电网数据进行处理，通过网络实现对配电网系统的实时监控，在配电网某处发生故障时，大数据平台会自动找到故障点并将信息反馈给维修人员，极大地提高了电网系统的运行效率。另外，对于配电网自动化技术来说，还有一个重要优势就是区域性隔离，一旦配电网发生故障，故障区域会在第一时间被隔离进而让配电网的电力处理不会影响其他区域正常用电造成影响[3]。配电网自动化技术的主要应用是实现配电网系统的数据采集以及配电网系统的监控与管理。首先，配电网结构复杂，涵盖多个环节，依靠传统方法获取某个环节的数据几乎不可能实现。利用自动化技术，在以整个配电网数据为基础构建的大数据平台上进行搜索，可以快速找到对应的环节，轻松获得该环节的全部数据，极大地提高了操作人员的工作效率。另外，利用配电网自动化技术，可以实现对整个配电网系统的实时监控与管理。在以整个配电网系统数据为基数构建的大数据平台上，整个配电网系统的状况会被实时监测到，当某处发生故障时，大数据平台会及时对数据进行处理，确定故障点所在并及时反馈给操作人员;大数据平台可以依据配电网不同部分所处不同环境，评估配电网的健康状态，预测该部分是否会发生故障，在最大程度上减少故障发生所带来的损失;大数据平台还可以对整个配电网系统进行科学的管理，例如，针对不同地区用电状况的不同，大数据平台会合理调节电量分配，满足不同地区的用电需求。

结束语：

随着时代的进步，用户对配电网系统的要求越来越高，如何持续提高配电网系统运行的高效性与可靠性，需要相关部门不断去探索。10kV配电网故障在线监测与定位技术的应用为推动配电网系统的发展提供了一条有效路径，在极大降低配电网系统故障率的同时，也减少了成本消耗，提升了社会价值。

参考文献：

[1]姚刚，蒋文荣，黄明海.10kV配电网故障在线监测和定位分析[J].科技创新导报，2018，15（10）：51-52.1674-098X.2018.10.051.

[2]郑伟.接触网锚段对行波法测距的影响研究[J].电气技术与经济，2021（06）：33-35.

[3]郑剑武.配电自动化技术应用与配电网安全运行管理分析[J].中国设备工程，2022（01）：72-73.