一种开闭所故障指标系统的优化设计

一种开闭所故障指标系统的优化设计

黄东红

（广西电网有限责任公司贵港供电局广西贵港537100）

摘要：近些年来，随着我国智能电网的不断发展与进步，在开闭所供电过程中，大量的在线检测设备得到了广泛应用和普及。故障指标系统作为开闭所至关重要的监测设备，其通过检测电缆和线路故障，指示故障出现的位置，对于寻找故障发生的原因等提供了极大的便利性。因此，本文对于开闭所故障指标系统的配置进行进行分析，并提出一种新型的开闭所故障指标系统以此对开闭所的稳定运行以及提高电网的自动化管理水平。

关键词：开闭所；故障指标；系统设计

引言：

随着电力系统的迅速发展，故障指示器作为配电故障定位技术手段之一，已经大量投入使用。故障指示器在投入使用前，需先检测是否能够准确指示。传统的故障指示器检测时都安装在配电网上，检测人员开启配电网电源后再去现场查看故障指示器的指示情况，检测过程耗时费力；并且故障区间难以确定，增加了检测人员的劳动强度，以及增加电网断电检修时间。

一、故障指示器的基本特性

一般而言，故障指示器主要由电流、电压以及时间监测、故障判别、故障指示驱动、故障信号灯以及相应的输出设备所构成。若开闭所内的线路发生故障时，通过故障指示器可以及时准确的对故障进行判断，并且给出合理的故障指示。故障主要可以由短路故障和接地故障所构成。故障指示器的实现原理为根据空间电场电位梯度以及电磁感应的有关技术对于电流和电压的变化情况进行判断。目前，安装于开闭所内的大部分的故障指示器产品是采用旋转翻牌来指示故障的，属于机械性操作。当电路处于正常状态下，故障指示器为一种颜色；当电路出现故障时，其将会翻转为另外一种颜色。此外，也有部分故障指示器是采用发光指示的。采用发光指示的故障指示器便利巡视，无需打开箱体进行观察，可以有效避免打开箱体时出现的不稳定因素，但是这种故障指示器电源所需的成本较高。由于开闭所内的电缆线限制接地运行，因此这两种故障指示器电源均属于相间短路的范畴内。由于开闭所内的环境将会严重受到高温、潮湿以及雨雪等天气情况的严重影响，同时再加上开闭所内温度过高等原因，将会导致故障指示器电源极易出现元件老化的现象。

二、开闭所故障指标系统的设计分析

1.技术方案

一种开闭所故障指示系统，具体如图1与图2所示，其包括信号采集模块、通讯模块、继电控制端、ARM主控模块、声光报警装置、湿度传感器、除湿装置、电源模块和壳体；信号采集模块包括短路传感器和漏电流传感器；ARM主控模块主要由电路板、以及集成在电路板上的定时器、存储器和ARM处理器组成；电路板上设置有电源插口和多通道I/O接口；电源模块通过电源插口接入电路板与ARM主控模块连接；短路传感器、漏电流传感器、通讯模块、继电控制端、声光报警装置、湿度传感器、除湿装置通过导线接入到相应的多通道I/O接口与ARM主控模块相连；短路传感器、漏电流传感器、通讯模块、继电控制端、声光报警装置、湿度传感器分别与电源模块相连；通讯模块、ARM主控模块和电源模块分别安装在壳体内；声光报警装置安装在壳体外；壳体上设有充电接口和固定板；充电接口与电源模块相连；继电控制端主要由电阻R1、二极管D、继电器K1和NPN型三极管Q1组成；二极管D的一端与多通道I/O接口相连接，二极管D的另一端与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与NPN型三极管Q1的基极相连，NPN型三极管Q1的发射极与地、电源模块的负极输出端相连，NPN型三极管Q1的集电极与继电器K1控制端的b引脚相连，继电器K1控制端的a引脚与电源模块的正极输出端相连。声光报警装置包括安装在壳体前侧面的喇叭和安装在壳体顶部的警示灯。ARM主控模块采用ARM7嵌入式主板。通讯模块支持TCP或IP协议，设有GSM天线；GSM天线设置在壳体外表面。电源模块为蓄电池组。

附图标记：1-充电接口，2-壳体，3-GSM天线，4-固定板，5-喇叭，6-警示灯，7-通讯模块，8-ARM主控模块，9-电源模块。

2.工作原理

（1）在开闭所内的供配电设施的三相输入端上依次设置有短路传感器、漏电流传感器和继电控制端，其继电控制端的继电器K1的电磁开关c引脚与三相输入端相连，继电器K1的电磁开关的d引脚与供配电设施的输入端相连；在供配电设施的输出端上也设置有继电控制端，其继电控制端的继电器K1的电磁开关c引脚与供配电设施的输出端相连，继电器K1的电磁开关的d引脚接入到输出电网中；

（2）短路传感器实时监测线路中的短路电流数据，并把检测到的短路电流数据反馈给ARM主控模块，如果短路传感器反馈给ARM主控模块的短路电流数据超过预设值时，则ARM主控模块控制供配电设施输出端上的继电控制端断开，如果此时短路传感器反馈给ARM主控模块的短路电流数据低于预设值时，则短路故障由下一级电网造成，ARM主控模块记录该故障原因；供配电设施输出端上的继电控制端断开后，如果此时短路传感器反馈给ARM主控模块的短路电流数据大于预设值时，ARM主控模块控制供配电设施的三相输入端上的继电控制端断开，当短路传感器反馈给ARM主控模块的短路电流数据小于预设值时，则短路故障由供配电设施造成，ARM主控模块记录该故障原因；供配电设施的三相输入端上的继电控制端断开后，如果短路传感器反馈给ARM主控模块的短路电流数据大于预设值时，则短路故障由上一级电网造成，ARM主控模块记录该故障原因；

（3）漏电流传感器实时监测线路中接地电流的数据，并把监测到的接地电流数据反馈给ARM主控模块，其接地故障判断流程与短路故障的判断方式相同；

（4）ARM主控模块接收到短路传感器或漏电流传感器反馈过来的数据后，如果存在短路故障或接地故障，则ARM主控模块通过声光报警装置发出闪光警报，以及通过语音播报相应短路故障或接地故障的信息，并且ARM主控模块通过通讯模块将短路故障或接地故障信息反馈给接收终端（包括手机客户端和电脑客户端），以便于工作人员及时收到故障信息以进行相应的维护；湿度传感器和除湿装置均安装在开闭所内，湿度传感器实时检测开闭所内的湿度值，并且反馈给ARM主控模块，如果湿度传感器反馈给ARM主控模块的湿度值高于预设值，则ARM主控模块控制除湿装置启动，避免因环境湿度过大造成短路或接地故障；通过充电接口外接充电器，能够为电源模块及时补充电量；通过固定板方便将壳体固定在开闭所内。

3.技术效果：

（1）通过采集模块监测线路中短路故障或接地故障的信息，并且由继电控制端测试故障区域，能够方便检测人员掌握故障区间，减少检修时间和检修人员的劳动强度；以及通过通讯模块可以远程反馈故障数据给接收终端，减少巡察排除故障过程人力、物力的浪费。

（2）通过除湿装置对开闭所进行有效的除湿，能够避免因环境湿度过大造成供配电设施短路或接地故障。

结语：

随着生活与工业用电需求量的不断提升，电力稳定供应以逐步成为业内乃至全社会关注的重点，为此，相关电力从业人员更应该对此进行深入的研究与分析。本文对于开闭所故障指标系统的设计进行了详细的探索和分析，并且对该故障指示器的组成部分以及实现原理等进行了分析，根据系统电压和各出线段的零序电流，计算出各出线段的故障特征值，找出故障区段，大大提高了故障定位的准确性。

参考文献：

[1]张延辉，张宪青.配电网级联开闭所“自协商”快速故障处理模式探讨[J].中国新技术新产品，2016

[2]沈忱.开闭所开关柜排列方式对配网运行检修的影响[J].江苏电机工程，2014

[3]陈先恩.配电网开闭所选线方式及故障定位研究[J].电工文摘，2015