电力线路故障监测技术的原理及设计

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[摘 要]针对兴茂采油作业区电力线路故障查找困难的特点，设计安装电力线路故障监测系统。

[关键词]线路故障 监测 设计思路

中图分类号：TM769 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）37-0237-01

1 概述

兴茂采油作业区作为方兴油田的主力产油区块共有2条10kV配电线路，配电线路总长度153.2km，其中干线长度69.2km，分支线长度84km，分别从采油七厂台肇联变电站、头台一次变电站引电。

2 存在问题

由于变电运行调度权不在我公司，在出现电力线路故障时，电力调度即停电，因配电线路干线较长、分支较多、地貌多为稻田地，导致故障排查困难，且调度要求不彻底排除故障不予送电，致使配电线恢复供电时间较长。目前兴茂采油作业区采用电伴热工艺在停电期间整个生产链基本属于瘫痪状态，特别在冬季，如停电集油管线极易发生冻堵。因此尽快在电力线路发生故障时恢复送电成为保障油田正常生产和职工正常生活的重点。为了解决这一问题，在2013年，经过技术调研，规划设计了电力线路故障监测系统。

3 电力线路故障监测系统原理

3.1 监测系统的组成

该系统由故障指示器（FI）、通信终端（ST）、信号源、主站（CS）组成。故障指示器和通信终端判断故障，回传故障信息，信号源主要是在发生单项接地故障时使用，主站进行信息汇总。

3.2 相间短路故障检测原理

自适应型的故障指示器动作判据原理是根据配电线路故障时，线路电流一般会有如下变化规律：

在发生相间短路故障时电流I从运行电流突增到故障电流，发生一个正的I变化。经过一段时间T上级断路器的电流保护装置会驱动断路器跳闸或熔断器的熔丝熔断，线路停电，电流和电压下降为零。当线路上的电流突然发生一个正的突变，且其变化量大于一个设定值（正常电流），然后在一个很短的时间内电流和电压又下降为零，则判定这个线路电流为故障电流。故障指示器在监测到故障电流后开始工作。

3.3 接地故障检测原理

单相接地故障检测是采用信号注入法。在发生单相接地故障后安装在变电站的信号源主动向母线注入一个特殊的编码电流信号，这个特殊的信号在接地点和信号源的构成的回路上流过，故障指示器检测到这个特殊信号后指示接地故障，为主动检测，对于现场干扰不敏感，具有较强的鲁棒性。

3.4 通讯系统

3.4.1 故障指示器通信终端

故障指示器内置无线通信模块，可将动作信号远传给通信终端；具有通信传输双向确认功能，传输未成功时故障指示器应具备异常告警指示功能。

3.4.2 通信终端主站系统

通过GSM移动通讯网络的通讯服务进行SMS（短消息）传输。

数据流程：

每1组故障指示器或开关设备配置一台通信终端，通信终端采集指示器状态和故障信息。

通信终端配置GSM通讯模块，采用SMS方式传送信息至故障定位主站。

主站配置GSM通讯模块，可以按SMS方式接收通信终端发送的故障信息，并可以SMS方式将通讯状态和故障结果发送至用户手机。

主站与通信终端之间的短信息内容遵照标准通信协议或自定义协议。

4 设计思路

4.1 设备安装

4.1.1故障指示器与通讯终端安装

故障指示器与通讯终端为捆绑式使用，故障点位置的判断与安装故障指示器的位置有密切的关系。首先，在线路上安装的故障指示器数量越多，定位的故障区段就越精确。其次，在合理的位置安装故障指示器可以更快捷准确的定位故障点。

（1）变电站出口：

在变电站出口处安装故障指示器，可判明站内或站外的故障，以及故障选线；

（2）主干线路分段处。

（3）线路重要分支处：对于支线长度超过0.5公里或者支线承担重要负荷采用故障指示器指示线路故障分支。

线路分段和分支开关：

（4）线路上装设了分段开关、支线开关、跌落式熔丝等具备开断能力的设备后侧。

（5）电缆线与架空线连接处。

（6）产权分界点。

经与现场情况结合，在两个作业区电力线路上每隔3km安置一个故障指示器，也可满足需求，并可减少工程费用。

4.1.2 信号源安装

在兴茂作业区台茂甲线、台茂乙线变电站出站处分别安装两台信号源。由于七厂台肇联变电站已经安装有信号源，因此兴源作业区可省去安装。

4.1.3 主站系统安装

主站系统主要用接收全部故障定位系统终端汇报的指示器动作信息，对故障指示器遥信变位信息的纠错和补漏，进行网络拓扑分析和逻辑判断，确定故障位置和进行短信通知，不需要值班人员。为降低成本，设计两个作业区共用一套主站系统安装在生产指挥中心。

4.2 工程投资

4.2.1主要工程量

4.2.2费用估算

5 结论和认识

电力线路监测技术于2012年在采油八厂、采油九厂等采油厂得到大规模应用，据使用单位反映效果良好，故障检测准确率达到90%以上。该项技术适用于6～10kV配电系统，尤其是一些不带开关、或原为手动开关不准备（或暂不适合）改造为电动开关的架空线主干线及分支处，并且不需要改造一次设备、投资省、见效快、容易实施、容易推广。如我公司引进该项技术可确保在电力线路发生故障时，在最短时间内找到故障点进行维修，为油田正常生产和职工的正常生活提供电力保障。

作者简介

田庆思，1990年生。2011年毕业于黑龙江农垦大学计算机专业，采油队长。