10,kV,配电设备故障诊断及监测系统

李守营

（淄博市中心医院，山东淄博 255000）

随着社会经济的飞速发展，用电量显著提升，导致配电设备的运行压力不断增加，传统的配电设备维护管理方式已不能满足使用要求，需要更多的新技术和新手段，因此故障诊断及监测系统得到了广泛应用。智能配网是在自动化设备基础上发展形成的一种全新输配电架构，具备在线监测、远程调控的功能，同时具备自我保护模块与装置，能够实时监测系统运行情况。科学合理的输配电调度，可以有效强化电网运行的稳定性和安全性，特别是对10 kV 配网来说，通过智能终端和前端采集装置进行远程互联，能够及时判断故障范围，分析故障情况，为用户提供优质的用电服务。

1.1 一次设备故障

10 kV 配电网络节点繁多，需要管理大量设备，因此故障风险极高，配电网络运维工作的难度较大。其中一次电气设备的作用是传导与转换电能，主要包括输电线路、变压器、开关设备以及电力电缆等。一次设备故障是10 kV 配电设备的主要故障类型，其故障类型繁多，主要包括短路故障、发热故障、接地故障以及绝缘故障等。10 kV 配电设备运行过程中最为常见的故障类型便是短路故障，发生的原因主要为外界环境因素，如极端恶劣天气，另外一部分原因为设备本身存在的老化问题。该类故障造成的危害较大，不但会导致配电设备烧毁，同时也会对人身安全造成一定的危害；
绝缘故障多发生于开关柜、电压电流互感器、电力电缆中，导致该类故障的主要原因在于自身结构、材料、制作工艺以及外界环境因素，如湿度、温度等，受到以上因素的影响导致设备绝缘能力下降；
机械故障主要指设备振动、疲劳以及磨损等，导致故障的主要因素为设备出现共振、受力不均、结构变形、松动以及缺油生锈等，如果高原断路器存在缺油情况，发生断流而电弧并未熄灭，极易导致设备烧毁，甚至引发爆炸等严重安全事故；
发热故障多发生在变压器芯体、铜铝过渡区以及接线端子等能量传输、转化的过程中，导致故障发生的主要原因为负荷较大、接触不良以及电化学腐蚀，该类故障对设备造成的破坏程度十分严重。

1.2 二次设备故障

二次设备是辅助一次设备的关键设备，能够对一次设备的运行状态进行监测、控制与保护，主要由控制开关、电气仪表、自动控制设备以及控制电缆等组成。二次设备故障主要发生于控制回路、自动装置回路、信号回路、调节回路以及电源系统中。导致故障发生的主要原因是继电器接点、开关辅助接点、万能转换开关接点等发生松动、脱落，或是控制电缆绝缘老化、熔断器熔断、保险烧坏等。另外，管理与操作不规范也是导致配电设备发生故障的主要原因。工作人员专业素质低、专业水平不足、巡查防护不到位以及责任意识缺失等，均是导致配电设备发生故障的因素，需要加以重视。

2.1 故障诊断难点

10 kV 配电设备在实际运行中极易发生故障，故障诊断方面存在以下难点。首先，10 kV 配电设备与其他设备不同，排查过程需要从10 kV 配电设备的角度出发，但还要充分考虑10 kV配电设备和其他设备的协调性，因为10 kV 配电设备是整个电网的重要组成部分，因此排查和处理故障过程中需要从宏观层面进行考虑，避免问题扩大化。其次，10 kV 配电设备的故障诊断难点在于其故障类型繁多，多数故障问题难以得到有效根治，只有通过全面、细致的检查才能有效处理，与实际要求的故障处理时间存在矛盾，长时间停电将会严重影响用户的生活生产，引发其他问题，导致故障诊断难度增加。

2.2 运行监测难点

10 kV 配电设备不但需要做好故障诊断工作，同时需要建立完善的设备运行监测系统，确保配电设备的功能得到充分发挥，保证电力系统始终处于稳定的运行状态。但运行监测系统在实际运行阶段也存在一些难点，首先是未对运行监测区域进行合理划分。随着城市化步伐的加快，很多地区规划工作尚未得到有效落实，部分10 kV 配电设备未得到及时更新，配备不完善、技术水平较为滞后。其次，配电设备运行过程中周围环境也在不断发生变化，为了保证配电设备的稳定运行，需要监测系统具有较强的环境适应能力，这样才能提供完整、准确的数据信息，为配电设备的故障诊断提供重要参考[1]。

10 kV 配电设备诊断及监测系统的建设要结合设备的运行状态，及时判断配电设备是否存在短路、断路以及漏电等情况，对设备的稳定性与安全性进行精准评估，是保证配网安全稳定运行的重要基础。

10 kV 配电设备实际运行过程中极易受到外界环境因素的影响，导致设备发生老化、损害等问题，对其稳定运行造成阻碍，进而导致区域范围内输配电中断，故障诊断及监测系统的应用能够有效规避这些问题。通过高效收集异常数据，对异常设备位置进行定位，同时配合历史数据与专家意见制定科学合理的故障解决方案，最大程度减少配电设备故障导致的停电时间，提高服务质量。

故障诊断及监测系统能够为配电设备日常运行阶段管理工作提供重要的参考依据。比如通过可视化处理生成设备现场监测图像，比较设备的相关参数与历史数据，对潜在风险进行评估等，为开展针对性的日常运维管理工作提供支持，避免设备故障导致大面积停电。

4.1 系统架构

10 kV 配电设备故障诊断需要以前端采集与集中管理系统为基础，建立完善的故障诊断体系框架（图1）。

图1 10 kV 配电设备故障诊断及监测系统架构

在系统运行阶段，前端采集装置利用智能电网中的自动化装置和智能采集技术及时掌握配电设备的运行情况，并且在通信装置的作用下将相关数据信息传输至系统，生成完整准确的运行监测数据，为后续故障排查及管理工作的顺利开展提供参考依据。智能终端在数据采集与历史数据的基础上进行高效分析、处理，针对配电设备实际运行情况，判断设备是否存在风险隐患与安全问题。如果发生故障，智能终端能够远程及时控制断路器，在短时间内对故障部位进行隔离和处理，保证诊断与管理的科学性。

4.2 功能单元

功能单元由数据采集单元和数据管理单元构成。首先对数据采集单元进行分析，10 kV 配电设备的运行数据主要包括电流电压参数、振动情况、温度情况以及损伤情况等，故障诊断技术及原理如表1 所示。

表1 故障诊断技术及原理

本次研究中前端采集系统采用FTU 设备，在该设备上设置振动检测装置、红外检测装置以及探伤装置，实现对10 kV 配电设备的高效现场运行数据采集。并且该设备不但能够保证电力数据采集的全面性，同时可以根据智能电网的控制要求，联合柱上开关对区域范围内故障设备进行及时隔离，提高设备运行管理效果，是目前10 kV 智能网建设的主要方向[2]。

数据处理需要以系统中的专家数据、网络数据以及历史数据为基础，建立完善的知识库，形成设备的诊断判据，具体包括风险指标判据、运行情况判据等，以保证10 kV 配电设备安全运行阈值的合理性。同时在故障诊断过程中，根据目前收集到的运行数据，建立完善的动态数据库，以专家诊断和故障判断依据为基础得到最终结果，保证诊断结果的准确性。

5.1 快速隔离处理

在故障诊断和监测系统运行过程中，通过系统信息能够及时明确故障的具体位置，使用GPRS 技术和GIS 技术实现故障具体位置的定位，为后续故障处理与维修工作的开展奠定基础。在实际操作过程中，可以通过界面直观调取所需数据，或者通过观察设备运行状态图像了解故障情况，主要包括故障点以及故障信息提示等，帮助工作人员在短时间内定位故障点，为处理和维修工作的开展提供保障。

5.2 配合维修作业

在使用故障诊断和监测系统的过程中，要加强对系统各项信息的利用，对于巡检过程中故障易发、频发区域、装置进行重点检查，故障高发区域要每日进行1 次巡检查，认真检查设备线路是否存在故障风险；
对于不常发生故障的区域可以定期进行全面检查，如每月月底或者年终进行大检，及时排查故障隐患[3]。另外，通过对系统相关信息的利用，定期配合试验检测工作，根据试验周期与要求展开试验，预防性评估设备是否能够正常应用，全面检验设备的运行状态以及性能是否达标，为智能电网的安全稳定运行提供保障。

综上所述，10 kV 配电设备在实际运行过程中极易受到其他因素的影响引发故障问题，对电网的稳定运行造成影响。通过采用智能电网的关键技术与装置，能够有效提高设备的故障诊断和监测效果。故障诊断需要充分利用自动化监测系统，同时联合智能控制元件，提高现场管理效率，高效分析故障情况，明确故障的具体位置，及时隔离和控制设备，避免发生安全事故，为10 kV 智能电网的安全、稳定运行提供保障。