配电网故障定位自检系统浅析及在油田电网中的应用

配电网故障定位自检系统浅析及在油田电网中的应用
摘要：从20世纪八九十年代初，科研工作者已经对配电网故障定位问题展开了
研究，根据其定位方式的不同，故障定位方法可以分为两大类，主动式定位与被
动式定位。

主动式定位是通过向故障线路输入一些特定的信号，跟踪信号当信号
消失的地方即可故障点的位置；被动式故障定位主要是将故障发生前的电流电压
情况与故障发生后进行比对，设计研究定位判据的方法，从而实现精准定位。

关键词：配电网；故障定位；自检系统；油田电网；应用
某采油厂已建10（6）kV线路2768km，2016年线路发生闪络、短路、接地、断线、倒杆等故障现象，共计296次，停井1.5万多井次，影响原油产量2900吨。

人工巡线查找故障平均时间为3~5小时，存在故障查找困难、工作效率低等问题，严重影响原油生产。

特别是线路故障经常发生在恶劣天气里，工作人员到达现场
需要相当长的时间，而且人员安全也受到威胁。

为此，在配电网管理上必须提升
自动化水平，达到能够自动管理自动检测。

使用配电网故障定位自检系统（注，以下文中提到的系统均指“配电网故障定
位自检系统”）后，故障定位迅速，提高了电网自动化、信息化程度。

1概述
该系统装配线路为高压电输配线路。

其主要功能是检测短路和接地故障，同
时指示短路及故障位置，还能记录线路运行及故障过程。

电力工作人员可以根据
该系统实时了解各检测点的情况。

其工作原理是，在出现短路及接地故障后，系
统会给出声光报警并发送短信，使调度人员迅速调度电力运行人员赶赴现场，将
问题在短时间内解决。

2构成
2.1在线监测单元
它可远程设置参数，能传输故障信息，能根据故障翻牌或闪灯，主要适用于
用于6（10）kV小电流接地系统。

2.2远程通讯终端
远程通讯终端供电需利用太阳能。

它能实现跳频通讯（与在线监测单元之间）；能实现远程通讯（与主站之间）；能实现对在线监测单元进行参数设置和
更改；能实现故障信息的传送。

2.3主站系统
3工作原理
该系统主要根据线路出现的暂态现象判断是否出现故障。

因为在线路发生故
障时，电流、电压会发生变化。

该系统能够提供两种检测短路故障方法，一是信
号已经量化的、可在线调整参数的速断、过流，二是自适应负荷电流的过流突变。

还能同时上报各项数据，如短路故障电流数据、负荷电流数据等，能准确灵活检
测短路故障。

3.1检测判据永久性相间短路故障
永久性短路发生时，电流会流过变电站和故障点连接的回路，与此同时，变
电所的继电保护装置启动保护，线路会自动跳闸断电。

同时满足以下四个条件，
在线监测单元判断该位置的线路出现永久性或瞬时性短路故障。

（1）超过三十秒；（2）出现突变电流100A以上，或超过设定值；（3）0.02s≤△T≤10S，（△T
为电流突变时间）（4）十秒后线路停电
3.2检测判据单相接地故障
架空线路发生单相接地时，要区分金属性还是高阻性接地，因为接地状况不
同出现的暂态现象也不同，一般会出现放电电流、电压下降、等高次谐波增大、
零序电流增大等现象。

同时满足以下四个条件时，在线监测单元会判断该位置后
面有单相接地故障。

（1）超过三十秒；（2）电流突然增大，超过设定值；（3）电压快速降低，超过设定值；（4）依然供电。

3.3过流
线路瞬时过流跳闸，很快恢复正常供电，不会造成永久短路。

它的故障判据
与永久性故障判据相同。

此类故障发生后，直接可以通过主站系统遥控恢复归位，不必24小时定时复归，能最大限度降低停电造成的损失。

3.4查找瞬时性接地故障
无论是架空线路还是电缆线路，都可通过在线监测单元捕捉信息，同时主动
上报各项数据，通过人工分析，便可准确判断故障位置，然后及时派出人员排除
隐患。

4系统建设及运行情况
该厂已建35/10（6）kV变电所10座，10（6）kV电力线路95条，总长度2768km。

现已在电力大队调度室建系统主站1套，在48条/1418km线路安装故
障在线监测装置602套，完好率93%。

报警准确率：短路91%、接地69%，每次
缩短故障处理时间1.5-2h。

配电网故障定位自动检测技术提高了线路实时运行管理水平，可实时监测线
路的运行数据，可以很好的了解线路的运行情况，提高线路的运行管理能力。

（1）通过检测各线路各主干线和分支线路的运行电流数据可以更加合理的安
排线路的供电运行方式，也可以更加合理的安排新的线路建设，也对增加投运线
路的用电设备提供数据依据。

这对于优化电网运行意义重大，可以更加合理的进
行负荷分配，调整负荷电流，缩短供电半径，降低线路网损。

（2）有些线路发生瞬时性故障或异常变动情况，该系统可以记录瞬时变动的
电流情况，可以用来分析线路的瞬时性故障原因或异常变动情况原因，从而重点
安排人员检修，有可能消除线路故障隐患，对于线路运行状态良好的线路可暂时
不列入检修计划，保证维修力量的合理分配。

5配电网故障定位系统设计思路与实现
5.1设计思路
实用的配电网故障定位系统要求在满足故障定位检测的基础上，使用更方便，基于这样的要求及配电网线路特点，提出建立一种无源的实用型故障定位系统，
主要利用中心主站系统、故障信息采集系统和故障指示器来查找故障点。

故障指
示器在配电网中，主要负责指示故障电流通路，可根据故障检测的种类显示不同
的报警形式，便于检修人员第一时间确定故障类型。

中心主站系统、故障信息采
集系统，能够对配电网线线路故障进行实时监控，快速定位故障发生区间，显著
降低了故障查找和处理时间。

5.2自动定位原理
在配电网发生故障后，故障指示器自动检测到线路故障信息，并给出故障信
息节点动作信号，故障信息监控终端针对故障信息进行分析、编译等，然后通过
光纤信道将信息传送到后台，再进行纠错、补漏等工作，之后利用拓扑分析与计
算准确的找到故障通路，故障位置会自动的显示在地理信息系统上相应的地理位
置上，这样就找到了故障点发生的实际地理位置。

5.3故障监控终端硬件设计
故障监控终端是基于故障指示器和通用分组无线业务基础上建立的，采用的
设计思想是分布式模块化，把系统分成了电源控制模块、中央处理器核心模块、
通信模块、故障检测模块、射频模块、输入-输出模块等六大部分。

其中，中央处理器核心模块是整个系统的运行中心，负责数据处理与转发，即对下采集射频模
块发出的故障报警信息，对上与通用分组无线业务进行通信，将故障报警信息传
输到主站。

系统采用了16位芯片（MSP43OF5438A），这一芯片具有功耗低、运行可靠
稳定及外设丰富等显著优势。

在取能CT上选用了速饱和材质，若发生电路电流
高于设置值时，取能CT则深度饱和，使得整个终端系统不会因为电流过大而出
现严重过热问题。

用两个电容量120F、2.7V的电容串联组成超级电容，若遇到线路失电情况，系统还可以继续运行约5分钟，为故障报警信息上传创造了时间。

即使配电网发生故障而造成停电，也保证了故障报警信息能够上传到主站。

5.4故障监控终端软件设计
基于故障检测终端系统的整体结构、设计原理及信号流向，确定本系统软件
程序应包括多功能模块的初始化、A/D采样程序、射频收发程序、通用分组无线
业务远程通讯程序及故障判定程序。

在程序编写上要以各模块的具体功能为依据，进行必要的编译和调试。

结论
使用该系统故障定位迅速，提高了电网自动化、信息化程度，减轻工作人员
的劳动强度，缩短故障停电时间，降低停电停产的损失，提高了供电可靠性、安
全性。

参考文献：
[1]张宏波，袁钦成.故障指示器在智能电网中的应用[J].能源技术经济，2017，23（01）：16-20.
[2]周强辅，屈莉莉，李斌银，等.基于故障指示器的配电线路故障自动定位系
统研发[J].南方电网技术，2017，4（05）：97-98.。