配电网故障的自动定位与判断技术分析

配电网故障的自动定位与判断技术分析

谢志鹏

广东电网有限责任公司清远清新供电局 511800

摘要：配电网的故障定位与判断是指当配电系统发生故障后，控制中心根据装在配电网中的智能化采集、通信和控制单元收集到的数据，结合配电网的实际运行情况，利用网络信息和故障信息来自动判别故障发生的位置，并在网络结构的拓扑图上反映出故障点，配电网的故障定位与判断技术在实际的配电网运行中得到了广泛应用。

关键词：配电网; 故障; 自动定位; 判断算法;

引言：

配电网故障定位的传统方法是自动重合器、分段器 (负荷开关) 等按整定顺序自动重合，现代的方法是由SCADA监控系统主站遥控负荷开关和分段器，也就是基于FTU的故障定位方法。配电网中的分段开关和联络开关处都装有FTU，利用FTU上传参数，经过运算实现故障定位。故障定位的算法包括以人工智能为基础的定位算法和以图理论为基础的图算法，其中图算法以矩阵算法为主，矩阵算法具有计算量小、故障判断及定位结果可靠的优点，在工程实际中得到了大量的应用，本文主要探讨矩阵算法在配电网故障定位与判断中的应用。

1 配电网的常见故障

配电网最常出现的故障包括接地故障和短路故障，其中接地故障主要以单相接地为主。目前，我国在3～66kV中低压配电网中普遍采用中性点不接地或经消弧线圈接地 (即谐振接地) 运行方式。在电网发生单相接地故障时可带故障继续运行1～2h，但是长期带故障运行，容易促使绝缘薄弱处发生对地击穿，造成两相接地短路故障，并会带来跨步电压，给故障线路周围的行人带来安全隐患，线路故障应及时处理，其中跨步电压分布示意图如图1所示。

图1 跨步电压分布示意图

由图1可知，离故障线路越近，分布电压越高，越具有危险性。长期以来，由于不能尽快选择故障线路或定位故障线路段，导致出现故障排除率低等工作问题，故需要进行配电网故障的自动定位。

配电网故障自动定位的人工智能算法以遗传算法为代表，但配电网复杂，建立一个适合配电网故障定位的数学模型很困难，模型不准确会导致故障定位的效果很差。而矩阵算法以分段开关和隔离开关为节点，根据各节点是否流过故障电流就可以判断出故障区间[2]。根据网络拓扑结构形成网络描述矩阵，再结合故障信息形成故障判断矩阵，根据故障判断矩阵就可以判断出故障区间。这种算法简单，容易通过编程算法实现，并且计算量较小。矩阵算法的基本原理是对网络中的各个开关进行编号，根据网络的拓扑结构和各开关的连接关系形成网络描述矩阵，再结合故障信息形成故障判断矩阵，根据故障判断矩阵就可以判断出故障发生的位置。

2 故障自动定位与判断

配电网的故障自动处理技术包括故障的自动选线、区段定位、故障测距等。智能配电网自愈控制作为配电网“三遥”技术的关键环节，能够及时发现、隔离和“治愈”各种配电网线路发生的故障，具备在配电网故障情况下维持非故障区域连续运行、自主隔离故障区域并快速恢复非故障区域供电的能力。过去，如果配电线路的一条主干线跳闸后，一个故障点的排查常常需要2～3h，一旦停电，居民需要等待很长时间。采用配电网自愈控制技术后，就可以对户外开关设备进行实时监控。当配电网发生故障时，配电自动化主站可以在1min内判断故障区间并下发控制指令，实现故障段的隔离及非故障段的自动恢复送电。配电网自愈控制技术还具备自我感知、诊断、策略、恢复的能力，通过配电网设备、系统、环境等层面的状态监测技术，提前发现设备隐患，成功实现故障前预防、故障中控制和故障后优化[5]。以配电网闭环运行方式 (如图2所示) 为例，分析矩阵算法在配电网故障定位中的应用。

图2 配电网闭环运行方式

规定网络描述矩阵D的对角线元素取值为:

当节点3和4之间出现故障时，网络描述矩阵D和故障信息矩阵G为:

将网络描述矩阵D和故障信息矩阵G相乘，可以得到配电网的故障判断矩阵K:

故障判断矩阵K的第三行第四列的元素为1，表明配电网中节点3和4之间出现了故障。在实际的配电网故障定位与判断的操作中，第一步是建立故障定位模型，故障定位第二步是采集信号，故障定位第三步是通过计算，得出结果。

当配电线路中的故障电流大于电流设定值，即lf>Is，同时故障电流的持续时间大于允许的持续时间，即Tf>Ts，可判定为线路有可能发生了故障。在后续的配电网负荷转供中，应尽量做到不失负荷，实现台区内有序用电管理、负荷智能调节。此外，配电网中性点的接地方式是影响配电网供电可靠性和安全性的重要因素之一，需要根据各种影响因素并结合未来的发展，合理地选择中性点接地方式，为后续配电网的安全可靠运行提供保证。

4 结语

配电网的故障自动定位与判断技术对保证配电网的供电可靠性具有十分重要的意义，本文主要介绍了矩阵定位算法在配电网的故障自动定位与判断中的应用，通过案例分析验证了矩阵定位算法的实用性。配电网发生的故障较多，未来应加大对配电网的故障自动定位与判断技术的研究力度，同时给出合理的负荷转供方案，进一步提高配电网的供电可靠性。

参考文献

[1]黄建国.当前我国配网自动故障进行系统定位的思路分析[J].电子技术与软件工程，2014 (6) :185-186.

[2]刘瑜.10kV配网电力电缆故障检测与定位技术[J].电子制作，2017 (7) :82-83.

[3] 童丽莹.配电网故障自动定位技术研究[J].工程技术:全文版，2016 (12) :210.

[4]相朋达.配电网故障区段定位的研究[D].天津:天津理工大学，2017.

[5]彭道刚，宋磊，赵斌斌，等.智能配电网故障定位系统设计与研究[J].自动化仪表，2016，37 (8) :16-20.