浅谈配电一体化测控装置在高原林区10kV架空线路上的探索应用

浅谈配电一体化测控装置在高原林区10kV架空线路上的探索应用
摘要：10kV架空线路一般是配电网络的主干网，其结构复杂，配电网络所处
的地理位置和负荷的重要性，决定着10kV架空线路的布置形式和相关附属设备
的运行可靠度。

当架空线处于高原林区时，其运行环境极度恶劣，一些突发性、
随机性、快速性的事件，会造成线路单相接地、相间短路故障，从而造成设备损坏、山火灾害、生产生活停滞等一系列问题，不利于安全生产。

本文以高原林区
10kV架空线路的常见故障为开端，介绍一体化测控装置在10kV架空线路上的应
用及注意要求，仅供参考。

关键词：一体化测控装置架空线路故障安全运行
1 引言
随着国家西部大开发的持续推进，智能配电网建设迎来了前所未有的发展，
工业、施工、居民等用电端对配电网的持续安全稳定运行提出了更高的要求。

在
高原林区，10kV架空线路的架设方式采用露天架设，极易受自然气候因素的影响，在线路节点或负荷侧常常设置真空断路器，减轻各类负荷端故障对供电主线路造
成的影响。

配电一体化测控装置是将真空灭弧室、操动机构、高压电容取能电源、智能测控终端等部件一体化集成设计的智能监测装置，可随杆塔架设，为高原林
区架空线路的安全运行提供可靠保障。

2 高原林区10kV架空线路的常见故障与影响因素
2.1常见故障
高原林区10kV架空线路的常见故障主要有单相接地与相间短路故障[[1]]。

其中，单相接地故障是最常见的故障，在总的故障中占比较大，目前，10kV架空线
路所采用的方式是中性点非直接接地方式，单相接地故障发生时不会出现短路电
流，非故障相会升高至线电压，导致线路及其附属设备绝缘击穿，对10kV配电
系统造成严重破坏，引发高原林区火灾事故，严重威胁人民生命财产的安全。

相
间短路故障又分为两相短路和三相短路，三相短路故障比两相短路故障危害更大，当发生相间短路故障时，短路电路瞬时增大，会造成线路及其附属电力设备损坏，或者引发火灾、爆炸等次生灾害。

2.2影响因素
鉴于目前10kV架空线路主要作为配电线路，与负荷端用户直接相连，负荷
端线路较架空输电线路通道复杂，线路受外部因素的干扰导致故障的概率急剧升高，同时因自身设备缺陷引发线路故障也时有发生[[2]]。

根据故障的诱发因素，
可分为外部因素和内部因素。

外部因素包括施工生产活动、强风扰动、异物搭接、动物活动、雷击活动、树木遮盖等，内部因素主要包括负荷端线路布置杂乱、设
备老旧、相关设备未有效保养等，这些内部、外部因素会引发10kV架空线路故障。

3 配电一体化测控装置在高原林区的探索应用
3.1装置的组成、技术特点及主要功能
3.1.1装置的组成及技术特点
一体化测控装置是将真空灭弧室、操动机构、高压电容取能电源、智能测控
终端和高精度电压电流传感器等部件一体化集成设计的智能监测装置，集成了断
路器、高压电容取能电源、电流电压传感器及智能测控终端的功能于一体（产品
本体见图1），可在线监测配电线路运行数据，采用移动APN 4G通讯专网，将监
测数据上传后台主站，实现配电线路运行状态监测和保护，实现配电线路的故障
定位和隔离[[3]]，满足配电自动化实施的要求。

图1-产品本体
一体化测控装置的主要技术特点如下：
（1）电容式PT一体化设计，为装置提供工作电源。

通过在断路器底座上加
装电容式PT，使断路器与电容式PT一体化设计电容式PT不受天气、负荷电流变
化影响，稳定可靠。

装置采用线路电压取电，只要线路带电，无论负荷电流多少，天气怎样恶劣，均能为装置提供可策工作电源。

（2）隔离开关一体化设计（可选配），具备可见隔离桥开点。

断路器加装
了隔离开关，形成了真空街路器与隔离开关的一体化的组合电器，增加了可见隔
离断开点，并具有可靠的连锁操作，提高了可靠性和安全性能[[4]]。

二次接线出
厂完成，杜绝现场接线错误所有二次接线在均一次性完成，降低现场施工接线错
误的风险。

（3）具备电流互感器开路安全防护设计。

装置采用的电子式传感器可为智
能采集终端提供三相电流和三相电压信号，且电子式传感器的二次出线输出为低
压信号。

在智能采集终端未安装时，不需考虑高压电流互感器开路的风险，减少
现场施工误操作事故。

3.1.2主要功能
（1）该装置可实时采集配电线路三相相电流、三相相电压、零序电流、零
序电压、零序方向以及断路器状态。

（2）该装置具备“继电保护+FA”的智能就地保护模式，通过三段式过流方
向保护功能与变电站保护定值实现级差配合；具备一次重合闸功能；保护定值可
分别整定，保护可通过软压板进行投退；保护模式可选择为：①继电保护模式
②FA模式③“继电保护+FA”模式，可整定XYZ（有压重合时间、故障检测时间、故障闭锁时间）时间，可整定后加速保护时间。

（3）该装置可具备“零序功率方向”小电流接地保护，零序有功功率阈值
P1、P2可整定，零序无功功率阈值Q可整定，通过不同参数阈值，自动识别中性
点不解地系统、消弧线圈接地系统、小电阻接地系统单相接地故障。

（4）当短路故障、接地故障发生后，故障录波波形可以自动传送到后台监
测主站，便于调阅分析。

（5）该装置具备接地零序保护功能，保护定值、保护延时可整定，保护可
通过软压板进行投退。

（6）该装置可具备线路运行状态就地分析功能，可对电流、电压、零序电
流数据进行实时分析与对比，识别三相不平衡与过负荷运行工况。

（7）该装置可具备线路故障状态就地分析与故障追忆功能。

采集装置记录
三段过流故障短路电流值与电压值、记录接地故障零序电流值与零序电压值，可
循环记录故障数不低于256个。

（8）该装置可具备故障分析结果远传功能。

支持主站召测故障信息，将故
障追忆数据进行远传，配合主站完成事故追忆。

（9）该装置可具有正向、反向有功电能量和四象限无功电能量计量、记录
功能，具有计量分相有功电能量功能，不应采用各分相电能量算术加的方式计算
总电能量。

（10）该装置可具有测量总及各分相有功功率、无功功率、功率因数、分相
电压、分相电流、频率等运行参数的功能。

（11）该装置可支持IEC101、IEC104通讯规约，支持4G APN专网通讯。

具
备装置主动搜寻功能，支持SIM卡快速更换维护。

（12）该装置可具备安全加密模块接口，在安全防护条件下，支持保护定值
远程整定及远程维护、支持远程分合闸操作。

（13）该装置可具备GPS定位功能，可在软件侧查看设备定位信息。

（14）该装置可具备环境温度测量功能，具备电池电压测量功能，可在软件
侧查看环境温度及设备电压数据。

3.1.3结构及性能
（1）该装置的真空灭弧室、操动机构、高压电容取能电源、高精度电流电
压传感器以及智能测控终端应采用一体化融合设计，现场安装无额外接线工作，
现场运行无需调节变比。

(2)该装置采用三相支柱式全封闭结构真空断路器，固封式极柱，密封性能好，绝缘性能好，防潮、防凝露，适用于严寒和高潮湿地区。

断路器进线侧加装
三相一体隔离刀闸，隔刀采用可拆卸全绝缘，具备可靠的联锁操作功能，防止带
负荷拉开隔离刀闸，保证可靠性和安全性。

（3）该装置的高压电容PT加装于断路器底座上，断路器与高压电容一体化
设计，采用电容PT取电，应稳定可靠，不受天气、负荷电流影响。

电容PT与极
柱连接采用可拆卸全绝缘铜排连接。

（4）装置自带后备工作电源，采用微功耗设计，在线路失电状况下，后备
电源正常工作不低于120小时，并满足断路器连续分、合闸30次以上操作。

（5）装置具备防开路设计，在线路上投运后可直接带电更换二次终端。

（6）装置正常工作启动电压4.5kV（相电压），装置工作于线路额定电压时，整机装置正常运行中一次侧通过的电容电流需小于10mA，满足不停电作业要求[[5]]。

3.2装置在高原林区10kV架空线路上的安装应用
3.2.1装置的施工安装
在高原林区10kV架空线路安装一体化测控装置施工操作简便，需要重点注意的事项如下：
（1）严格按照高进低出的原则，需同时安装避雷器、隔离刀闸，保证开关接地线牢靠接地。

（2）电缆线必须水平走径至电缆线处，绑扎后下引，电缆线弯头接断路器侧，电缆线直头接装置侧，确保航插拧紧，对电缆线进行固定。

（3）由于测控装置具备远程和就地分合闸功能，安装完成后确保装置面板的船型开关处于“开”的状态，并确保远方/就地开关打到“远方”状态；为便于后期操作和维护，装置尽量安装在距离地面3-5m的位置，两个通讯天线均安装于FTU壳体下方，确保天线拧紧。

（4）现场开关整体安装完成后，需要联系开关厂家对开关进行测试，保证现场接线正常。

（5）现场每个安装点位需要有完整的安装记录，包括变电站名称、干线名称、支线名称、杆塔号、测控装置编号、开关编号，单杆架设见图2 。

图2-单杆架设示意图
3.2.2保护功能配置
（1）根据配电自动化建设要求和“一线一案”配置原则在10kV出线、主架空线路分段处、重点分支线等地方安装一体化测控装置。

（2）依据配电线路故障引发山火的风险等级进行评估结果，差异化配置单相接地保护功能。

对于安装在无山火风险配电线路上的一体化测控装置，建议投入单相接地告警功能，对于有山火风险的配电线路上的一体化测控装置，应投入单相接地保护跳闸功能。

（3）对于山火风险具有明显季节性分部特征的10kV线路，可仅在有山火风险的时段投入单相接地保护跳闸功能，其他时段仅投入单相接地告警功能。

（4）根据现场实际情况，制定保护定值清单，并严格执行，保护定值清单见下表1。

表1 定值清单（表内数据仅供参考）
4 结语
总之，作为一种新型的户外高压设备，配电一体化测控装置在高原林区的
10kV架空线路当中的实际应用价值突出，可在线监测配电线路运行数据，采用移
动4G通讯专网，将监测数据上传后台主站，实现配电线路运行状态监测和保护，实现配电线路的故障定位和隔离，提升线路运行的安全级别，降低故障的发生。

基于此，各类电力用户需要在明确10kV架空线路常见故障与影响因素的基础上，科学分析，合理安装应用，提高一体化测控装置在高原林区10kV架空线路上的
应用水平。

参考文献
[1]程栋．10kV供配电架空线路故障分析及预防措施〔J〕．科技创新与应用，2012(22):179．
[2]张红.架空输电线路状态运行与维护管理研究[D].河北：华北电力大
学,2012.
[3]马成鹏.自取能一体化故障隔离装置的研制及其应用[J].电子元器件与信
息技术,2019,3(12):104-105.
[4]邹铁.基于安全性原则的输电架空线路运维优化分析[J].集成电路应
用,2021,38(04):146
[5]赵胜军，张志强.分界负荷开关在10kV架空线路上的应用[J].继电器，2008，36（2）：82-84，87.
作者简介：
徐青彪（1989-），男，河南舞阳人，大学本科，华北水利水电大学毕业，
电气工程及其自动化专业，工程师，四川大渡河双江口水电开发有限公司从事机
电工程管理工作。

刘海洋（1988-），男，四川泸州人，大学本科，长春工程学院毕业，热能
与动力工程专业，工程师，，四川大渡河双江口水电开发有限公司从事工程管理
工作。

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