配电自动化系统故障智能检测技术浅析

配电自动化系统故障智能检测技术浅析

林栋

广安电气检测中心（广东）有限公司 广东东莞 523000

摘要：传统的双向测量距离技术通过分析线路中故障引发的首波到达两端量测点的时间差，估算配电自动化系统中故障点的位置，但在精确性上存在不足。因此，研究创新的配电自动化系统智能故障诊断技术，采用中性点非接地系统单相接地故障检测方法，利用零序电压与电流之间的夹角等参数，精准定位自动化配电系统故障点。无线传感器监测的消弧线圈参数调整会导致电感值、配电自动化系统的零序电压和零序电流的变化。假设消弧线圈参数变化且零序电压相同，故障点前方电流明显下降，而故障点后方电流保持不变。根据这一规律，可精确定位配电自动化系统故障点。经试验验证，该技术方案可提高配电自动化系统的使用寿命和安全水平，增强故障诊断的准确性。

关键词：配电自动化；故障；智能检测

引言

配电自动化系统的直接受益者是众多终端消费者，在保证供电质量、提高电力系统运行效率和创新客户服务等方面起到重要作用。配电自动化系统的故障排查和防护对于确保系统安全稳定运行至关重要。随着配电自动化系统日益高度复杂化，利用先进的无线感知技术构建输电无线通信网络正逐渐成为配电自动化系统研究的重要趋势。采用先进的智能化故障诊断技术，确保配电自动化系统的稳定运行，具有重要的实际价值。

一、配网自动化概述

在配电系统中应用自动化技术，主要有以下几方面作用：一是提高供电系统的稳定性，通过自动化技术对配电网络进行管理控制，不仅可以快速诊断和定位故障的具体位置和原因，还能有效隔离故障电路，使其他区域的供电迅速恢复正常，大幅缩短用户的停电时间，进一步增强供配电网络供电的稳定性，工作人员可以利用配电网络自动化技术实时收集各节点的负载数据，为后续的提升方案制定提供准确参考。

我国在推动配电自动化技术发展过程中遇到诸多困难，主要体现在缺乏系统的智能电网结构规划。目前智能电网设计合理性和科学性不足，导致电网有效建设规划难以实施，智能电网架构设计不完整、不综合。由于设计方案的不精确性，实际应用效果极差，对整个电力系统造成极大阻碍，引发电力系统运行负荷误差，不利于智能电网系统稳定运行。我国各地建设智能电力网络的步伐不一致，存在分布不均匀的问题，阻碍我国整体电力系统发展水平的提升，异步的智能电网发展导致光缆网络无法均匀覆盖，配电自动化技术也不够成熟完善。

二、配电自动化系统的故障智能检测技术

本文提出一种用于配电自动化系统故障检测的新型智能检测技术。在定位配电自动化系统故障时，首先采用中性点非接地的单相接地故障检测技术确定故障的大致位置，然后利用基于无线传感器网络的智能分析方法对之前的检测结果进行细化，以获得更精确的故障定位信息。

（一）中性点不接地单向接地故障检测法

当配电自动控制系统正常运行时，Va、Vb 和 Vc 三相电压保持稳定平衡，且各自对应的电流之和为零。假设某电力分配自动化系统处于无负载状态，忽略系统对地的漏电导率，对该自动化系统进行故障诊断；当配电自动化系统发生单相接地故障时，会出现以下明显现象：首先，三相电压始终保持平衡；其次，在各相互地之间的电压出现波动的情况下，紧随电压峰值之后的相位将接地；再次，特定的非接地导线首次检测到零序电流，其幅值与导线的对地电容电流相匹配，并且电容性无功功率始终沿从配电母线流向该导线的方向移动；最后，首次在接地导体上检测到的零序电流幅度与其他非接地导体上零序电流的总和相等，且从配电母线到接地导体的方向会出现电容式无功功率[1]。根据这些现象，通过分析零序电压与电流之间的相角等参数，可以判断配电自动化系统故障的具体位置是在供电源侧还是导线侧。然而，经过分析发现，中点不接地式单相接地故障侦测技术在配电自动化系统中定位故障点的准确性较低，难以区分故障是发生在电源侧还是线路侧。而后面介绍的基于无线感应器的智能故障侦测方案，经过精细优化处理后，可以准确识别出故障发生的具体位置。

（二）基于无线传感器的故障智能检测方法

无线感应设备可以实现数据采集、数据转发和数据处理等功能，其中传感器节点本身具备监测和收集风险信息的能力，各个节点通过单次或多次跳转的方式进行数据交换。传感器的结构设计方便安装，能够在恶劣条件下正常运行，这种特点可以在智能配电系统的停电故障检测中发挥最佳作用，从而充分发挥基于无线感应技术的配电网自动化故障检测方法的潜力。根据无线感应传感器中消弧线圈数据的波动引起的电感抗、配电自动化网络中零序电压和零序电流的变化情况，识别配电自动化系统中的故障位置。

三、实验分析

（一）配电系统的生命周期和安全性

本文研究的目的是验证文中所述技术在智能化故障检测中的应用，对配电自动化系统的使用寿命和安全性产生的影响。为此，在 MATLAB 模拟平台上，对一个 200×200 网络区域内随机分布的 400 个故障节点进行实验分析。实验分析结果显示，在不同的检测周期条件下，比较双端测距技术、RDDF 技术、LEACH 技术和本文提出的方法对配电自动化系统寿命的可视化影响，以及各种技术在故障点接收伪造数据包的情况

[2]。本文提出智能故障检测技术应用于配电自动化系统的检测，无论是在节点失效数量还是在系统总寿命方面，都优于其他三个方案，主要是由于该技术根据消弧线圈的参数动态调整，实现网络负荷的平衡分配，从而延长了系统的运行时间。

通过观察四种技术在电力配送自动系统故障检测中接收虚假数据包的频率，研究发现随着时间的推移，本文提出的方法所接收到的虚假数据包比例始终控制在 0.1%以内，表明在应对故障节点时，接收虚假信息的影响较小，能够确保对故障检测具有较高的安全性。相比之下，其他三种检测技术在早期就已经频繁地接收到错误信息，而且随着时间的推移而加剧，错误信息对故障检测造成了较大的影响。

（二）故障检测结果的正确率

为了验证本文所提出方法在实际配电自动化系统中对故障智能检测的精确度，本文选择双末端测距技术作为对比基准进行仿真实验，并以一个特定区域的配电网络自动化系统作为案例进行深入研究。选择10 种不同的故障模式，为了提高故障定位测试结果的代表性，针对每种类型的故障模式随机选择 100 个故障点执行智能故障检测。本文提出的技术在配电网络自动化中检测故障时表现出有效性，该技术能够准确地检测故障的发生位置，其准确率超过 97%，智能故障检测技术的准确性达到了实际配电自动化系统对故障定位的标准[3]。

四、智能配电网中自动配电技术的发展

对智能配电网技术实施统一的管理规范，加强不同区域之间的互动；制定合理的配电自动化发展规划，拓展电力信息化技术的应用范畴，将有力地推动电力系统的发展，进而更高效地实施配电自动化的自动化方案；遵循统一的管理规范，全国各地的电力部门所做出的决策将保持一致，进而借助智能电网的集中操作系统，确保及时发布准确的调度指令，通过集成数据处理对电力系统进行有效地监管。

结论：

传统的双向测距技术通过捕捉线路内部缺陷引发的首个行波，并根据该波到达电网两端的时间差来定位，从而确定配电自动化系统的故障点。但是，这种方法在准确发现故障方面表现一般，且出错的概率相对较大。因此，本文主张采用由无线感应装置构建智能检测技术，以提高故障检测的准确性，提高配电自动化系统的稳定性。

参考文献：

[1]程道卫,戴诗容.配电自动化系统故障智能检测技术探讨[J].自动化与仪器仪表,2018,(12):155-158.

[2]任庭昊,代运滔,马静.面向智能电网应用的配电自动化系统研究[J].信息与电脑(理论版),2019,(12):100-101+104.

[3]肖松庆.主动配电网故障诊断与定位技术研究[D].合肥工业大学,2021.