配网故障定位方法研究赵永生

配网故障定位方法研究赵永生

赵永生张桂莲落全钢关文慧郭建玲

（国网山西省电力公司朔州供电公司山西省朔州市036000）

摘要：随着经济和各行各业的快速发展，电力行业发展也十分快速。我国配网系统中性点大多是非有效接地运行方式，当发生单相接地故障时，线路并不立即跳闸，而是在故障状态下持续运行1~2h，这种运行方式使得供电可靠性得到了极大的提高。然而由于故障接地电流很小，引起的相关特征量变化极不明显，给故障点的检测与定位带来很大的困难。目前国内外对电力系统故障定位研究多集中在110kV及以上电压等级高压输电线路上，并取得了较多有效可靠的成果与技术，而较少关注配网故障定位领域。由于10kV及以上电压等级网络均采用中性点有效接地运行方式，当故障发生后，故障点电流很大，容易检测与识别，使得故障检测与定位技术效率较高，可靠性也得到了保证。然而配网为中性点非有效接地运行方式，当单相接地故障发生后，故障特征不明显，故障信号容易淹没在其他信号中，目前暂未有很好的解决手段。本文对当前配网几种定位技术方法进行了分析和总结，主要包括阻抗测距法、基于FTU故障定位法、行波定位法以及“S”注入法等，归纳了各方法的原理，并对比分析了四者的优缺点。

关键词：配网故障；定位方法；研究

引言

随着经济的快速发展，人民生活水平不断提高，居民用电负荷与日俱增，对供电可靠性的要求越来越高。配网系统因其分支线多且复杂，发生故障的概率较大。当配网系统发生故障时，如果不能迅速、准确地实现故障定位，检修工作人员就无法及时赶到故障发生点检修故障设备，不利于缩短停电时间、减少停电面积，严重影响配网的供电可靠性指标。如何准确、快速故障定位是提高配网运行可靠性的关键问题。

1配网故障定位现状

随着城市配网规模和供电区域的不断扩大，运维人员相对不足的矛盾逐渐突现出来，尤其是在重工业污染比较严重的电网区域，设备腐蚀程度高，线路损坏现象严重，属于配电线路故障频发和易发供电区域，需要采用先进的科技手段和管理手段，以提高电网的运维效率，实现减员增效。由于城市中配网中绝大多数是以中性点非直接接地的小电流接地系统，单相接地故障是发生几率最高的故障类型，接地故障的特征量较为复杂，不易判别故障，而且相间短路故障特征较为明显，容易识别该故障，所以，配网故障定位主要难题是解决单相接地故障的准确定位。

2配网故障定位方法

2.1行波定位法

根据行波定位理论实现故障点的精确定位，即为行波定位法。目前配网行波定位法主要有A型、B型、C型三种行波定位方法。1）A型行波定位方法利用单端设备采集的单个行波，通过单端行波定位技术实现定位，该方法无需对端设备同步采集，单个行波即可实现精确定位。当线路发生故障时，故障点的波阻抗不连续特性使得行波经过故障点时会产生显著的折反射效应，根据行波主波折反射来回时间来确定故障点精确位置。2）B型行波定位即双端行波定位，需要故障点两端同步采集故障行波，通过计算故障行波到达两端设备时间差来计算故障点位置，该方法利用故障时刻产生的行波脉冲，不受行波折反射影响，定位精度较高。3）C型行波定位法与A型原理一致，差异在于C型行波定位需要在故障结束后人为向线路注入脉冲信号，然后检测这一信号在故障线路中的折反射过程，通过单端行波定位实现故障点检测。

2.2故障指示器定位法

智能配网故障快速定位的有效方法之一就是故障指示器定位法，这种指示器可以对配电网中的电压以及电流进行采集和分析，从而有效地监测和判断出配网系统中故障出现的位置，此外还可以对故障信号进行命令、监测和复位。通常情况下，故障指示器是利用空间电场电位来将配网系统中的电压采集起来，而采集电流的方式则是电磁感应，接下来故障指示器通过对采集到的电压和电流的变化情况进行分析就可以得出具体的故障类型。如果配电网中出现的是短路性故障，那么故障指示器将自动发出指令并通过通信系统将信号传递给主站。电力企业的工作人员在接收到信息后就可以对故障进行及时处理。在实际的应用过程中，故障指示器是按照电流的大小来做出具体反应的。故障指示器在运转之前电流会有一个设定值，随着故障指示器的运行，配电线路中的电流值会发生一些变化，而故障指示器将对这些变化进行实时监控，一旦发现线路中的电流值大于设定值并且运行时间超过规定时间，那么故障指示器就会认定智能配网中出现了故障性电流。如果智能配网中采用的是故障指示器来进行监测的话，那么故障指示器在使用前设定的电流值大小就非常重要，经过长期的实践证明，设定值最好大于线路的极限电流值，因为故障指示器是利用过电流来对智能配网故障进行监测和定位的。但是智能配网故障后的电流值会随着配网系统的运行发生动态变化，这时就需要工作人员及时进行调整，防止误动或拒动的情况出现。

2.3人工智能法

在处理配网故障定位问题时，人工智能法首先构造出目标函数，将故障查找转变为函数求解最优解过程。目前配网区段定位智能算法有遗传算法、粗糙集、蚁群算法等。人工智能法容错性较高，但无法消除算法收敛于局部最优的缺点，并且计算量很大，定位检测过程耗时较长。有文献将辐射状配网划分为若干区域，通过改进算法对各独立区段分别定位，最后结合全局寻优，减少了计算量并提高了求解速度。目前人工智能法存在模型构建困难，效率不高的缺陷，短时难以大范围应用。

2.4矩阵法

矩阵法通过配网结构计算出网络描述矩阵，利用故障时刻FTU上传的电流信息计算故障信息矩阵，结合网络描述矩阵及故障信息矩阵计算出故障判断矩阵，进一步的判断故障所属区段。文献[3]利用开关装置以及馈线区域之间的连接关系，构建了一种网络描述矩阵模型，根据矩阵法计算了故障区间判断矩阵，实现了故障区域的快速识别。该方法能够识别出配网末梢发生的故障，并且在多故障、多电源存在时的复杂系统里有较好的适用性。然而存在着矩阵容错性不高，严重依赖于FTU上传信息的完整性与精确性，一旦FTU信息出现畸变或不完整，则无法定位。

2.5中电阻法

配网系统发生单相接地故障后，中电阻法通过在中性点位置接入一特定电阻，改变了中性点的运行发生，产生了一显著的故障工频特征电流，此时，故障电流发生明显突变并容易被检测到，从而实现故障点的定位。该方法适用于配网小电流接地系统网络，但故障后改变了中性点运行方式，容易增加系统运行隐患，且对人员安全造成较大威胁。

结语

基于不对称电流源和故障指示器的配网故障快速定位系统是一种理想的故障定位系统，通过故障指示器，采用短路特征识别法进行相间短路故障定位。目前电力系统中经常采用基于故障指示器的不对称电流源法，结合配网运行实践中可以迅速的解决配网故障检测中单相接地故障查找难的问题，可以从本质上解决这一难题，其意义性比较深远，对电力系统缩短停电时间、减少停电面积、以及供电可靠性有极其重要的意义。目前配网各种不同定位方法特点不同，都有自己的优点与不足，适用范围也不同，实际工程中应综合考虑配网及故障特点然后选择合适的技术手段。

参考文献：

[1]李天友，金文龙，徐丙垠.配电技术[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2]葛耀中.新型继电保护与故障定位原理与技术[M].西安：西安交通大学出版社，1996.

[3]周强辅.基于故障指示器的配电线路故障自动定位系统研发[J].南方电网技术，2010（5）：96-98.