线路故障定位及隔离系统在10kV配网中的应用

2022-09-12

随着社会对电网安全供电的可靠性要求越来越高, 供电可靠性是衡量一个电网运行的最重要核心指标。我国城乡的配网很大部分还是采用单辐射树状方式, 特别是郊区10kV馈电线路更是以架空线路为主, 线路供电半径较长、分支线路多, 线路走廊条件差, 在恶劣天气时接地和短路故障频发, 严重影响了电网的安全可靠供电。

现时, 查找故障点仍然采用人工巡视的方法, 当故障发生在恶劣天气, 或线路处于地形复杂地区以及夜间的时候, 会给巡视人员查找故障造成很大的困难。常常出现故障点比较隐蔽, 查找故障点用了很长的时间, 而故障却很容易处理, 造成线路全线停电时间过长, 严重影响供电可靠性。

1 配电线路故障的定位与隔离

配电网在实际运行中, 一般发生接地故障比相间短路故障多, 运行统计数据表明接地故障约占总故障的90%, 特别是在雷雨、大风等恶劣天气时候。在配网发生短路或接地故障时, 可以利用一些量化的信息对故障点进行快速定位, 将故障或可疑线路与无故障线路分开, 保证其他线路的正常供电。本文介绍、比较两种应用比较成功的系统: (1) 基于计算机和通讯技术实现的配电线路故障自动定位系统; (2) 基于智能分界负荷开关 (俗称看门狗开关) 的故障自动隔离系统。

2 配电线路故障自动定位系统

目前对于故障点的检测, 主要有线路故障指示器和线路FTU两种方式。利用故障指示器实现线路故障分段定位, 由于多数故障指示器没有自动定位功能, 配电线路出现故障, 仍然需要人工沿线查找。而利用FTU能够实现故障的自动定位和隔离, 但投资成本太高, 难以大规模推广。本文介绍一种基于故障指示器和GPRS通讯技术的线路故障监测系统, 实现线路故障快速自动定位, 提高供电可靠性。系统主要由故障指示器、信息处理单元 (IPU) 、数据处理及转发系统 (CM200) 和用户监控信息系统组成, 如图1所示。

2.1 系统结构功能介绍

2.1.1 故障指示器

故障指示器安装在架空线、电缆等线路或开关柜的母排上。主要由故障电流检测电路、就地指示部分、数字编码及无线调制发射单元组成。在线路发生短路故障时, 故障分支上的指示器在故障后将被触发, 同时将其数字编码信号通过发射单元, 以无线方式发送给I P U。

如图2所示:故障指示原理示意图所示, 当线路在5、8之间发生故障时, 第1、2、4、5检测点将产生故障信息, 其他监测点则没有故障信息, 从而可迅速的定位故障区段 (见图2) 。

2.1.2 信息处理单元 (IPU)

信息处理单元 (IPU) 安装在线路分支点处, 它能接收两个分支共6个故障探头的编码信息。IPU对接收到的无线信息先进行解调解码, 再与IPU的地址组合, 形成一个包含综合地址码, 以无线通信方式上传发送。IPU包括一个免维护的铅酸蓄电池, 外部安装一个太阳能电池板, 实现全天候工作。

2.1.3 数据处理及转发系统 (CM200)

数据处理及转发系统 (CM200) 的功能是将IPU送来的无线信息接收后进行解调、解码和显示。

2.1.4 用户监控信息系统

用户监控信息系统实现故障的指示与定位功能, 并与GIS系统结合在一起, 形成一个独立的软件子系统。该子系统可包括两部分:配电网图形编辑系统、故障检测与定位系统。配电网图形编辑系统用来创建和修改配电网络图;故障检测与定位系统是一个集GIS (地理信息系统) 和MIS (管理信息系统) 于一体的系统, 可实现实时监测配电网络状态和故障、实时定位故障点、便于线路的维护和事故抢修。

2.2 系统工作原理

配电线路故障定位系统主要用于相间或单相接地短路故障点的检测, 故障指示器启动, 给出红色显示, 同时发出一无线调制编码信息, IPU接收到线路上指示器发来的信息后, 先解调、解码, 再将IPU的地址码信息及指示器的编码信息综合后, 最后经过编码调制后发射出去。安装在监控中心的数据处理及转发系统 (CM200) , 接收到IPU发来的信息后进行解调, 解调后的信息送通讯主站进行解码处理, 然后通过104规约接口, 将信号传送给监控中心的计算机, 线路故障计算机信息系统将收到的所有含有地址码信息的数据进行综合处理, 包括纠错校正和逻辑判断运算, 对故障通路定位、并在电子地图中标识出来, 据此维修人员可以直接到故障点排除故障。

3 配电线路故障自动隔离系统

配电线路故障自动定位系统可实现快速定位故障点, 但故障发生后还是会造成全线停电, 无法自动隔离故障线路。目前变电站10kV架空线路保护一般只配置过流、速断、重合闸保护, 在小电阻接地系统中再配置两段零序保护。为保证继电保护的选择性和灵敏性, 就必须使整条线路都处在保护范围之内, 要求线路末端故障时, 保护应有足够的灵敏度。这样, 就会由于一处故障造成全线停电, 并且线路上下级保护呈阶梯性相互配合, 在线路末端已经没有保护级差时间, 只能失去选择性故障跳闸而致使全线停电。安装带有微机保护测控和通讯模块融为一体的智能分界负荷开关 (俗称看门狗开关) 故障隔离系统, 是解决上述问题的有效方法之一。

目前实际应用的看门狗开关主要有两个厂家的产品, 均应用日本东芝技术, 一是珠海许继FZW28-12F/T630-16型开关, 对安装地点有要求, 需核算线路电抗值;二是上海沪上的LTV10型接地保护开关, 采用相角技术, 与许继不同, 下文以珠海许继的开关产品介绍其应用原理。

3.1 系统功能

(1) 自动切除单相接地故障:当开关后支线发生单相接地故障时, 分界开关自动分闸, 变电站及馈线上的其它分支用户感受不到故障的发生。

(2) 自动隔离相间短路故障:当开关后支线发生相间短路故障时, 分界开关在变电站出线保护跳闸后立即分闸。变电站重合后, 故障线路被自动隔离, 馈线上的其它分支用户迅速恢复供电 (相当于一次瞬时性故障) 。

(3) 快速定位故障点:用户支线故障造成分界开关保护动作后, 仅开关保护界内用户停电。如果故障停电用户主动报送事故信息, 供电部门可迅速派员到场排查;分界开关如配有通信模块, 则可实现故障信息的自动上传处理。

3.2 系统工作原理

智能分界负荷开关内置两相电流互感器, 在供电运行时提供运行电流信号, 可满足用户负荷及线路运行状况的监视要求, 在开关界内线路短路故障时, 可检出故障电流, 提供保护判断依据;内置电压互感器, 可检出线路电压, 并为控制器提供工作电源, 无需外接电源即能实现保护动作;内置零序电流互感器, 在单相接地故障时输出毫安级的零序电流信号, 为控制器提供保护判断依据?当开关界内发生相间短路故障时, 控制器检测的电流值与相间短路故障设定值进行比较来判定故障已发生, 并记忆相间短路故障状态, 当变电站出线开关分闸后, 控制器在检测到线路无压无流的状态下令负荷开关本体分闸。变电站重合后, 故障点已被隔离, 相邻用户恢复供电?开关界外发生单相接地故障时, 开关检出的零序电流仅为用户进线段线路分布电容电流, 该电流比全网的零序电流小得多, 分界开关不予处理?开关界内发生单相接地故障时, 检出零序电流趋近全网的零序电流, 经延时判定故障性质为永久性后, 开关自动分闸, 立即隔离故障。分界开关动作后, 控制器的故障指示灯将持续闪烁48小时, 有助于线路巡检人员判别及组织故障查找。

4 应用效果

配电线路故障定位系统和故障自动隔离系统都有在广东部分台风和雷暴多发的县市10kV配网中安装投入运行, 并在实际运行中取得了良好的效果:有效减轻了配网线路巡线人员的劳动强度, 缩短了查找故障的时间, 提高了供电可靠性。

相比较而言, 基于智能分界负荷开关 (俗称看门狗开关) 的故障自动隔离系统, 虽然无法象配电线路故障定位系统一样做到全线路覆盖故障定位, 但由于系统结构简单可靠, 可无需后台集成计算机通讯信息系统支撑独立运行运行维护技术要求低, 造价相对较低, 更加容易在广大农村10KV配网中推广安装。尤其是针对广大农村10kV配网线路, 在恶劣天气下的故障更多地发生在偏远的分支线, 有选择地在这些分支线路安装智能分界负荷开关可有效自动隔离故障点, 最大限度地保障其他用户的正常供电。