智能故障指示器在油田10KV线路中的应用

智能故障指示器在油田10KV线路中的应
用
摘要：配网设备指示器不能真实反映故障的发生状态和具体时间信息，为此
提出配网设备配电线路故障指示器自动检测。

推导基于正态分布的故障节点的概
率密度，计算得出最终门限值作为取值范围的判断依据，建立等效简化电路样本，初步判定电路是否出现故障以及出现故障的概率。

建立馈线故障区域的新型矩阵
观测定位法，根据模拟设置的容差电路以及替代和叠加公式计算可得故障检测的
门限值。

在故障电路中可能会出现故障信号漏报或误报等情况，进行故障信号的
判断。

实验表明，此故障检测结果网络收敛速度较快且故障定位准确率高。

关键词：配网设备；配电线路；故障；自动检测
引言
社会的稳定发展，离不开稳定的电力系统。

输配电线路是电力系统的重要组
成部分，环境和人为等因素容易导致线路故障，不利于电力系统的安全稳定运行[1]。

应该加强对线路的运行维护及故障排除，构建高效的输配电线路运行模式，
推动电力行业的长远发展。

1智能型故障指示器的重要性
线路故障指示器有普通故障指示器和智能型故障指示器两种，它们的主要功
能是指出配电网线路中存在的故障并进行警示[2]。

普通的故障指示器就是在配电
网发生故障时通过发光、闪烁、翻拍等形式来提醒巡查人员，起到一定的示警作用，比较单一。

但是随着配电网的不断发展，这种基础的故障指示器已经无法满
足当前配电网线路的故障指示需求了。

智能型故障指示器则是在普通故障指示器
的基础上增加了对故障时电网实际运行情况的监测以及相应的通信功能，当配电
网发生故障时，智能型故障指示器会记录下配电网在故障运行状态的电压、电流
等情况,与正常的运行数据进行比对,从而分析出配电网是因为短路、接地还是其
他原因产生的故障,再将故障信息发送给相关的巡查和维修人员，以便维修工作
的顺利展开。

智能故障指示器（见下图1）效果：（1）提高配电网运行水平，自动实现故
障定位；（2）方便快捷查找故障点，避免了事故进一步扩大；（3）极大的减轻
了工作人员的劳动强度，节省了大量人力、物力；（4）缩短由于故障引起的停
电的次数和时间，减少用电损失；（5）在线实时检测线路运行各种状态，为线
路正常运行提供了有力保障。

图1 智能故障指示器
智能型架空线路故障指示器（采集单元）用于检测线路短路和接地故障，线
路运行数据采集；并与通信终端进行通信。

主要用于在线监测线路负荷电流及检
测配电线路故障，通过判断线路的电流、电场的变换实时监测线路运行状态，当
线路发生故障时故障指示器报警翻牌闪灯。

根据架空故障指示器的报警翻牌状态
迅速锁定故障区域并查出故障点，提高了巡检工作效率及缩短了停电时间，为电
力配网工作的有效运行提供了极大的帮助精准检测线路短路和接地故障，精准测
量线路电流工况；通过无线方式与通信终端实时双向通信，实时向通信终端上报
故障状态和线路测量数据，实时接收通信终端的召唤命令、配置参数和升级程序；支持三相相位角计算和零序电流合成功能。

智能型架空数据采集通讯终端（汇集单元）：用于故障指示器动作信号远传、故障定位与云服务器监控平台进行数据交互。

配电在线监控平台：智能云平台能通过web端、短信、微信小程序等多种方
式把报警信号向运维人员推送，可实时接收到故障定位信息。

日常可通过WEB端
及微信小程序观察设备状态，及时掌握线路运行情况。

2智能型故障指示器在泰州采油厂10KV线路中的应用案例
现场生产情况：草舍现场巡查班下有草舍、台南、海安三个采油井组，三个
井组都采用注入二氧化碳驱油技术，注气受效区块采出源油油质差、含腊量高，
因注气受效原因，采出原油时流程会有伴有二氧化碳产出，二氧化碳会降低集输
原油管线的温度，长时间停电，易发生躺井和堵流程生产事故。

班站现有10KV
架空线路约40余公里，架空线路分散在井场周边农田里，遇有恶劣天发生故障，比较难查找故障点。

班站现场人员配置比较少，只有专职电工一人在岗，如遇大风，雷电等恶劣天气时，10KV配电网会受到不可抗拒因数对用电设备和电网造成
损坏，易造成长时间停电，尤其是接地故障，由于其隐性特性，很难查找。

有时
不得不通过拉分段开关并试送电确定故障所在区域，对线路、设备运行的安全性
极为不利。

使用传统的故障指示器实现线路故障分段定位，故障信息不能远传，
不具备故障自动定位功能，需要人工巡线，增加了故障查找难度和时间。

用于判断短路的故障指示原理图，见下图2：
图2 判断短路故障指示原理图
由2＃线B相2、5、8指示器和C相3、6、9指示器翻红牌显示而11指示器
和12指示器仍为白色，即可判断出D点发生短路故障。

用于判断接地的故障指示原理图，见下图2：
由2＃线C相3、6、9指示器白天翻红牌显示,而12指示器仍为白色即可判断出D点发生接地故障。

现场实际运行情况：目前该设备已在草舍现场巡检班10KV架空线路中运行近三年时间，其中台南10KV架空线东线32-29杆主线边相与支路中相发生2次喜鹊短路事件。

2022年12月3日21：08台南东线2号杆、10号杆、32-22号杆东分别报发生短路合成，而下一安装智能故障指示器的32-51杆号，却没有发送报报警信息，经过分析，确定故障点在32-22与32-51杆之间，通过现场快速巡查，发现在32-29杆线路上由于喜鹊打闹，在线路的支路中相与主线边相之间发生了短路，现场两只喜鹊当场死亡，查找出事件原因后立即台南10KV电网东线进行送电，恢复生产。

事后对造成台南10KV电网东线发生速断事件事故点进行地线路消缺，防止同地点再发生同样的事件；同时今年8月15日8点45分和17点48分，台南10KV架空线路西线21号杆也发生了主线边相与支路中相2次喜鹊短路事件，充分说明该设备能及时准确反应出事故对应点位置，为后期定位查找、事故分析提供出有力保障。

目前已在泰州采油厂各基层班站已逐步推广使用近90套，使用效果比较明显。

3应用措施
在各线路的主要分支路点按装带信号传送的故障指示器，故障指示器只要在非正常停电时把发生故障的线路的暂态故障信号传送到平台，就能在第一时间确认故障位置，采取分断送电，同时宿短故障查找范围，帮助快速解决故障点,及时送电生产。

3.1科学设计防雷装置
我国幅员辽阔，不同地区的地理特征、地质条件、气候环境都存在较大区别，特别是一些地区处在高寒、高温、山区等地区，都会给供配电线路的安全运作造
成一定的影响。

尤其是在雷雨季节，如果线路遭到雷电击中，就会发生短路、火
灾等事故，不利于电力系统的安全、经济、稳定运作，容易发生大规模停电事故，影响人们的日常工作、生活，更会给人们的人身安全带来一定威胁[3]。

所以，要
采取可靠的对策，对雷电故障进行全面防范和控制，降低其对总体供配电线路的
影响，比如，可以联系实际状况装设防雷设备，从而降低雷电气候给供配电线路
带来的影响，同时，还能防止供配电线路受到严重损坏。

另外，也可采取耦合电
线的措施，加强线路运行期间的耦合作用，如此便可充分防范电压问题导致的绝
缘子风险，同时，将线路内的电压适当分流，保障其安全运作；安设自动重合闸，能够提高线路的防雷性能，确保供电可靠性。

在进行供配电线路工程的设计、施
工建设时，应当合理选取线路种类，保证其具有良好的避雷效果，以此降低雷击
事故的发生概率。

针对不同线路区域，应当联系实际要求，挑选合适参数的避雷器。

比如，对于雷击事故发生比较频繁的地带，就要挑选具有高额定电压的瓷瓶
及横坦，还要对其加以专业焊接，保证铁架和钢筋稳固连接，方便对瓷瓶及横坦
的有效固定，同时更好地为电能输送服务。

3.2安装避雷装置排除雷电故障
在电力输配电线路的实际运行中，容易受到雷电天气的影响，引发线路短路
等故障问题。

短路故障的发生概率较高，一旦因雷击出现短路，会使得线路中的
电压和温度升高，在缺少及时有效的处理的情况下，容易扩大影响范围。

同时，
雷击也可以引发接地故障，容易影响线路电压的稳定性，或者导致出现电流不足
的问题。

为此，需要重视雷击故障的排除，合理选择输电导线耦合法、安装避雷
装置及架设避雷线等方法。

技术人员应做好故障区域环境条件的分析，在雷击概
率较高的位置安装避雷装置，或利用避雷导线对雷电进行分流，使雷电能够顺利
流入杆塔，降低塔顶的电位，强化输配电线路的抗击雷电能力。

也可以运用输电
导向耦合方法降低绝缘子串的电压，运用屏蔽导线，能够控制导线的感应电压，
及时排除线路雷击故障。

3.3故障定位自动化
依托自动控制技术，首先要在配电线路上安装一个故障指示器，通过它的故
障定位功能来确定故障点，并能与终端相结合进行故障定位。

采用自动化的故障
定位技术，可以对相间短路、单相接地进行有效检测，并可在用户的进线位置或
分支点上安装指示灯，可实现精确报警；在进行接地、短路等故障的探测时，采
用新安装的指示装置，能及时定位故障部位，并进行故障的严重性分析[4]。

当发
现有问题时，会显示一个“错误”的信号。

另外，自动化设备具有处理电子信号
的功能，在有关信号采集工作结束后，传送电子信号到自动化终端；在此基础上，通过调度中心的命令，可以为相关人员的维护工作提供可靠的依据，高效地解决
问题，尽量减少故障对系统操作时造成的负面影响，大大缩短故障诊断的时间，
提高输电系统的运行效率。

3.4构建全方位的管理体系
输配电线路作业开展时，需要供电企业不仅仅是从运维角度进行制度的规范，仍需要对人力资源管理方面进行规范，首先是明确各个部门的岗位职责，清晰个
人责任，当输配电线路运维出现问题时，要各个人员之间进行高效的配合，共同
完成输配电线路的日常安全运维工作[5]。

还有就是在安全管理方面，要求工作人
员在日常的工作过程中要严格按照相应的安全措施要求进行作业的开展，尤其在
工作人员进行高空作业时一定要做好安全保护工作。

最后就是输配电线路工作人
员在日常工作时，要定时定期地开展培训学习，了解目前输配电线路中的新技术
和新要求，提升自身的综合素质。

3.5加强危险点的管理
在日常的运维工作中，根据电力安全规程要求，作为现场工作负责人，必须
在作业现场指挥。

其自身需要明确工作任务，进行周密的现场勘察，制定科学完
善可行的防范措施和施工方案；认真开好班前会，查看工作班成员精神状态，向
工作班成员认真讲解检修方案，特别强调在工作过程中的危险点，要让工作班成
员成为“明白人”。

对多点检修和大面积检修，各级现场履责人员应巡回监察或
用远程摄像头安全稽查，确保各项控制措施得到执行。

结语
综上所述，故障指示器检测方法将面向于配网设备及配电线路中，提出基于概率数据统计算法并结合模拟电路作为初步故障判断依据，同时结合馈线故障区域直接定位的改进型矩阵算法，对发生故障的线路进行具体的故障定位跟踪。

此检测方法在能实现快速检测故障的同时又能实现准确定位，全面地考虑了会影响诊断的因素，例如容差效应及元件参数较小引起的软故障，提前预测并进行改进做到了对这两种情况均可进行检测与定位。

在检测硬件方面运算处理量极小，配电线路可及节点和测试频率的数量要求也很低，可以达到在线实际定位的要求。

基于此给出的故障定位法原理简单易懂、检测速度快、包容性及容错性好，且充分体现了此方法的优越性。

实验结果准确且测试速度较快，现场应用效果良好，可较好地满足实际需求。

参考文献
[1]王宾,崔鑫,董新洲.配电线路弧光高阻故障检测技术综述[J].中国电机工程学报,2020,40(1):96-107.
[2]曾祥君,陈磊,喻锟,等.基于配电网双端信息融合的单相断线故障实时监测方法[J].电力科学与技术学报,2020,35(3):14-20.
[3]董俊,李一凡,束洪春,等.放射型馈线故障段的主-被动联合检出方法[J].电力系统自动化,2020,44(11):179-189.
[4]周荣.关于电力配电线路的运行维护分析及故障排除技术探讨[J].中国设备工程,2021,(23):77-78.
[5]宋元明.探讨低压供配电系统中存在的问题与应对措施[J]. 四川水
泥,2021,(01):57-58.。