配电线路故障定位的实用方法

配电线路故障定位的实用方法

张济

国网辽宁省电力有限公司喀左县供电分公司， 辽宁 朝阳 122300

摘要：配电线路是我国电网中十分重要的组成部分，它对供电质量和供电可靠性会产生直接的影响。但是因为其自身特点，在一些恶劣天气内或者其他的运行过程中，经常会有故障出现，采用传统的人工巡视查找方式，存在着较大的问题和弊端，针对这种情况，就可以将故障定位系统给运用过来，它可以对故障区域进行迅速判断，促使供电可靠性得到显著提升。

关键词：配电线路；故障定位；实用方法

1 配电线路故障定位技术原理

配电电网在实际的运行过程中，会出现电路中断或接地等故障，这对整个配电网运行来说都是极其不利的，甚至于还会直接影响到人们的正常生活。因此，对于供电企业来讲，定期对配电线路进行故障排查和检修具有重要意义。

1.1 问题电路指示系统

问题电路指示系统是通过对电路磁场变化原理的应用，根据指示器上的磁场变化情况，对电流流过导体的相关情况进行判断。当线路中电流超过一定数值的时候，就会引起强烈的磁场变化。电力人员可以通过白天指示器上的翻牌信号，还有晚上指示器上的发光信号来对相关线路故障进行提示。和在线监测系统相比，电路指示系统的安装费用相对比较低,在实际的应用中，两种装置经常被同时应用于配电线路故障的定位。

1.2 配电线路网络智能监控系统

配电线路网络智能监控系统的构成比较复杂，包括计算机监控、软件装置和信号接收器等。监控系统一般被用来反映配电线路的具体运行和接线状况。当电网问题检查设备发出故障信息的时候，能够直接将故障信息发送到网络监控系统，然后通过相关软件装置对故障信息进行反映和核对。或者通过故障灯颜色的变化，来了解线路的相关故障。相关负责人通过页面信息的反馈，安排检修人员进行电路故障检修，以确保线路的正常运行和供电。

1.3 问题电路在线监测系统

问题电路在线监测系统的功能体现在以下两个方面。首先，问题电路在线监测系统在配电线路出现接地故障的时候，能够通过对接地瞬间的电流和电压的采样比较，对线路故障有一个明确的认识。然后将线路问题反映给网络智能控制系统，再由网络计算机对相关故障和问题进行定位。其次，当配电线路发生短路或者电流流量发生变化，以及变电站电路跳闸，可以对配电线路的短路或者断路问题进行判断。

2 配电线路故障实用定位方法

2.1 注入行波信号测定故障距离

精确的故障定位建立在正确选线的基础之上。经过多年的研究，小电流接地选线技术已经比较成熟，选线的正确率可达到95%以上。因此，得到故障测距和故障定分支两方面的精确结果后，就能够确定故障位置。

行波法的基本原理是在波速已知的情况下确定行波从故障点传播到检测点的时间差，再乘以波速得到故障距离。C型行波法是在始端同时测量注入信号和返回信号，并记信号注入时刻为0时刻，则故障点返回信号的波头到达始端时刻值的1/2就是行波从故障点到检测点的时间差。用公式描述如下：

式中：S为故障距离；Δt为故障点返回信号的波头到达始端的时刻值；v为波速。

现场使用时，首先在离线状态下记录每一相的开路波形（之所以要对每一相都分别录波，是因为虽然三相的网络拓扑结构基本一致，但三相不可能绝对平衡，尤其B相由于同时用于传输通信，与其他两相波形存在明显差异）。故障发生后，记录注入行波后的三相波形，并与各相开路波形相比较，有波形差异的相即为故障相。此时，将故障相的开路波形与短路波形相减，并进行适当的滤波处理，得到使两波形出现差异的第一个波形突变点。找出该点对应的时刻，即可用式（1）得到故障距离。图1详细描述了故障测距的程序流程。

图1 故障测距程序流程图

2.2 故障分支的判断

2.2.1 注入行波在配电线路中的传输和变化

配电网络的电压等级为35kV和10kV。与输电网络相比，配电网络的供电半径较小，且其中35kV网络带有少量分支线路，10kV网络带有较多分支。这就需要首先对行波在分支处的传输过程进行分析。行波在传输过程中遇到阻抗不连续点会发生反射和折射。当传播前方波阻抗大于传播后方波阻抗时，返回同向行波，反之返回负向行波。在配电网中，阻抗不匹配点主要为分支点、开路点和短路点3类，分别返回负向、同向和负向行波。在只有一个分支点的线路中，信号遇到带有N个分支的节点会分成N+1股。当一处发生接地故障时，只有一股可以到达故障点。从故障点返回的信号遇到该分支节点再次折反射，经历了第2次衰减后只有一股回到检测点。在带有多个分支点的线路中，每经过一个分支点，信号就要按上段所述衰减一次，故障点距线路始端越远，其衰减就会更强烈。在经过一定量的分支后，可能导致返回信号太小以致无法辨识。同时，由于行波在线路传输过程中受线路自身电感、电容及阻抗的影响，会逐渐衰减，而且配电网的末端多变压器，会对波形产生异化作用。如何从衰减和异化后的波形中提取有用信息并加以利用，是故障定位能否成功的关键。

2.2.2 线路拓扑特征波概念的提出

既然行波在传输过程中只有遇到阻抗不连续点才会发生反射和折射，那么录波波形中最有特点的波形部分一定是阻抗不连续点。因此，提出特征波的概念。特征波指线路最末端点返回前的所有线路中的阻抗不连续特殊点返回的波形，这些特殊点包括线路始端、分支节点、各分支末端及故障点。在分支不多，且分支间隔较远的情况下，所有特征点对应的特征波都能在录波中表现为明显波包。

从波形上看，每个特征对应一个波峰或波谷。当传播前方波阻抗大于传播后方波阻抗时，返回正向特征波，即产生一个波峰，反之返回负向特征波，即产生一个波谷。同时，这些特征波也反映了线路中存在阻抗不连续点的位置，从而可以由其确定出线路拓扑结构。

2.2.3 适用范围

对于行波法，过大接地电阻（几百千欧）产生的波形相当于该点开路，而当接地电阻为几十千欧时，对输入信号的分压就会导致返回特征不明显。经过多次实验验证，此方法适用于接地过渡电阻较小（3kΩ以内），且线路均匀（即全架空线或全电缆），线路原始长度参数已知的配电网络单相接地故障定位。

图2 表述了故障定分支的程序流程

结语

在配电线路运行中，一旦检修维护措施不当就会导致线路出现故障，进而直接影响到供电的可靠性和稳定性。将故障定位技术应用于配电线中，改变了传统人工电路故障巡查方式，很大程度提高了供电企业电路维修质量和效率。故障在线监测系统的应用可以在最短时间内发现并解决线路故障，有效的保证了线路运行的稳定性和安全性，减少了外界因素的影响，使供电企业的供电服务水平得到质的提升。

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