10kV配电网故障区段自动定位诊断技术的应用

10kV配电网故障区段自动定位诊断技术
的应用
摘要：10 kV配电网作为电力系统的末端，主要承担着城市范围内用户用电
的任务，其运行管理水平高低直接关系到用户的生产、生活质量。

我国配电网存
在线路长、线路多、分布广等特点，所以对配电网的故障定位及恢复供电成为了
一个十分重要的研究课题。

目前，国内外研究人员针对10 kV配电网故障定位问
题做了大量的工作，如基于人工智能算法的配电网故障定位技术、基于分布式电
源及负荷自动跟踪技术、基于智能开关、变电站自动化装置、故障指示器等设备
的配电网故障定位技术等。

但是，这些研究均未考虑配电网馈线自动化系统及配
电终端设备对配电网故障定位问题的影响。

关键词：10kV配电网；故障区段；自动定位诊断技术
引言：配电网故障区段自动定位诊断技术（简称为 FTU）是指在发生故障时，利用 FTU能够自动采集系统中的线路参数、实时监测系统运行状态、分析故障信息，并能自动识别和判别故障区段，然后在最短时间内做出最快速准确的判断和
处理。

它能够实现配电网络的自愈功能，避免因停电而引发社会负面影响和经济
损失。

因此，研究基于 FTU的10 kV配电网故障定位技术具有重要意义。

一、FTU系统架构
FTU系统主要由服务器、 FTU终端、通信模块、应用软件组成。

FTU终端
是 FTU的核心，包括采集控制器和通信模块。

采集控制器根据配电网监控终端信息，从配电网监控终端获取所需的参数。

通信模块完成与主站之间的通信，并将
采集到的参数发送至主站。

FTU终端主要功能包括：与主站之间的信息传输、对
所获取的数据进行处理和分析；接收并存储主站发送的控制命令；接收和转发配
电自动化系统发来的控制命令，实现配电网故障定位功能。

FTU终端通过通信模
块与配电网监控终端、故障指示器等连接，采集配电网监控终端信息，并将数据
传输至服务器中。

服务器负责与 FTU终端进行数据交互，通过对数据的处理和分析，实现故障区段判定、故障点定位、故障信息存储等功能，同时将处理结果发送至 FTU终端中。

二、FTU网络拓扑结构
FTU装置包括： FTU主机、电源、通信模块、通讯接口单元、信息采集单元等。

FTU主机包括：系统配置和管理主机，以及可扩展的采集终端，支持远程实时数据上传和本地数据采集。

FTU主机通过标准通信接口与配电自动化系统主站相连，也可以通过工业以太网与其他系统相连。

电源模块通过隔离变压器或不间断电源（UPS）给 FTU提供备用电源，为 FTU正常工作提供保证。

通讯模块采用RJ45接口，可以方便地连接各种设备，比如 PLC、变频器、智能电表等。

信息采集单元可以采集10 kV馈线开关状态和保护信息、故障信息以及其他各种运行数据。

传感器安装在馈线上，可以监测配电网的电压、电流和有功功率等数据，也可以监测温度、湿度、光照等各种环境参数。

信息采集单元可以将配电网运行数据通过 GPRS或4G网络发送到主站服务器。

主站服务器采用嵌入式 Linux 操作系统，支持基于 TCP/IP协议的各种应用层协议。

主站服务器具有良好的人机界面，支持多种接口通信方式，如RS232、RS485等，还支持各种数据库和应用软件。

三、故障分析及识别
故障分析是故障定位的基础，在故障定位之前，需先分析故障发生时线路中电流的变化情况。

当电流达到设定阈值时， FTU会发出告警信息，同时将告警信息显示在配电网故障定位终端上。

如果故障电流小于设定阈值，则 FTU将采集到的信号传送给后台，并将告警信息显示在配电网故障定位终端上；如果故障电流大于设定阈值，则 FTU将采集到的信号传送给后台，并将告警信息显示在配电网故障定位终端上。

当 FTU接收到的信号经过处理后，若检测到信号符合如下条件：第一，故障发生时， FTU能够自动判断该信号属于何种类型的电流信号；第二，故障发生时线路中电流为负值；第三，该信号距离 FTU较远且线路中电流较大；第四，该信号的幅值大于规定的阈值。

若满足以上四个条件之一或两个条件同时满足时，则判断该线路为单相接地故障。

根据以上判断条件可识别出一个
或者多个故障区段。

若 FTU接收到的信号满足上述条件之一或两个条件同时满足时，则将该区段判断为故障区段；若 FTU接收到的信号不满足上述条件之一或两
个条件同时满足时，则将该区段判断为非故障区段。

通过以上步骤即可实现配电
网的自愈功能，从而实现快速、准确定位故障。

四、故障定位算法
由于配电网络复杂，且受到地理位置、季节、天气等因素的影响，线路
故障类型也比较多，故障的类型和特征也不同。

为提高故障定位精度，可采用多
种算法综合应用于故障定位中，故障点A为故障点B的供电区域；R为A到B的
路径长度；d为A到D的路径长度；l为B到C的路径长度；T为D到E的路径长度。

在线路发生故障时，通过测量故障点A至D的路径长度、B至C的路径长度、L至E的路径长度以及D至E的路径长度，并计算上述线路参数与距离之间的关系，从而得出A至D之间各线路段距离，然后根据式（1）计算出每个区段对应
的距离值，故障点B与C之间存在一条L长的直线。

通过比较该直线和D之间的
距离值（即计算得到A至D之间各线路段的距离），可确定出A到C之间各线路
段对应距离值（即C到E之间各线路段对应距离值）。

将各线路段对应位置上数
据代入式（2）可计算出各线路段对应位置上数据，然后将数据代入式（3）可计
算出故障区段A、B、C和D与D之间对应位置上数据，最后通过式（4）计算出
该故障区段对应位置上数据。

五、故障处理流程
配电网故障定位是一个复杂的系统工程，它涉及到配电网馈线自动化系统、配电终端设备、故障指示器等多个方面。

就馈线自动化系统而言，其在实际
应用中存在着很多问题，如：故障指示器的作用是根据开关量所反映出来的故障
信息来指示故障区段，但是在实际应用中由于各种因素的影响，使开关量所反映
的故障信息很难得到及时、准确的反映；故障指示器作为一种新的智能终端，虽
然其具有很多优点，但是当它在运行过程中发生故障时，并不能实时反映出故障
信息，且在实际运行过程中，它所监测到的信息存在很大的不确定性和局限性。

在故障处理流程中，通过 FTU能够获取故障发生前系统的运行状态信息，包括故
障前电流电压、线路参数等。

在对故障信息进行分析后，能够准确判断出故障发
生的位置。

根据配电网络拓扑结构特点，通过 FTU能够自动判断出故障发生的具
体位置。

当 FTU获取到相关故障信息后，能够实时监测系统中线路参数变化情况，并在线进行分析处理，确定出故障区段的类型。

在分析出故障区段后，利用配电
网自愈功能能够快速定位出故障发生的具体位置。

对配电网发生的故障进行快速
判断后，能够通过 FTU上的通信模块将故障信息传递给馈线终端单元（FTU），FTU通过 GPRS或以太网将故障信息实时传送到调度中心，根据相关通信模块上
报的数据和信息对配电网进行调控。

通过 FTU可以实现馈线终端单元（FTU）与
配电自动化系统的数据共享。

配电网故障定位系统是保证供电可靠性的重要环节，对提高供电服务水平、减少停电时间具有重要意义。

但传统配电网故障定位系统
存在故障信息不准确、定位不精确等问题，为实现配电网故障精确定位，所以仍
需开发一种快速、可靠的配电网故障定位系统。

总结：配电网的故障定位主要包括：故障点的确定、故障区段的检测与识别、故障区段的定位、故障区段与非故障区段的判别。

传统的配电网故障定位方法由
于存在一些不足，在实际应用中还存在一定的问题，如：当配电网发生单相接地
故障时，故障指示器并不能准确地检测到线路上有无单相接地发生；当配电网发
生短路故障时，仅能检测出线路上是否存在短路电流；当配电网发生单相接地故
障时，仅能检测出是否有短路电流出现。

因此，在对配电网进行改造时，应充分
考虑到配电网中所存在的不足之处，采用多种方式综合使用，以提高配电网的供
电可靠性。

参考文献：
[1]王守礼.10kV配电网故障区段自动定位诊断新方案的应用[J].大众用
电,2022,37(08):61-62.
[2]黄晶晶.10 kV配电网运行中的常见故障与解决措施[J].农村电
工,2022,30(08):39-40.
[3]孙一飞. 10kV配电网单相接地故障自适应选线方法研究[D].沈阳农业大学,2022.。