配电网故障实用方法分析

[摘 要] 电力系统的故障定位在电力抢修过程中扮演着十分重要的因素。本文具体针对一些常见和实用的故障定位方法做了详细的分析，着重分析了算法的基本原理，对于指导工作起到很大的作用。

[关键词] 配电网故障定位 阻抗法

中图分类号：TM711 文献标识码：A

在电力系统运行中，输配电线路担负着电能输送分配的重任，很容易发生故障，而用人工查找故障点又非常困难。故障定位技术可以根据线路故障时的故障特征迅速准确地进行故障定位，不仅有利于线路及时修复，保证可靠供电，大大减轻人工巡线的艰辛劳动，而且对电力系统的安全稳定和经济运行都有十分重要的作用。由于高压输电线路和中低压配电网本身线路网络结构的不同，所以，适应于各自的故障定位方法也有所区别。本文分别就高压输电线路和中低压配电网的各种故障定位方法研究现状作出总结概括。

配电网中的故障一般分为两类： 瞬时性故障和永久性故障。对于瞬时性故障，通过变电站出口断路器的一次重合闸可予以消除。对于永久性故障，重合闸失败，必须进行配电网故障处理，而故障处理的第一步就是故障的定位。

目前，配电网的故障定位方法主要有基于故障投诉电话的配电网故障定位、基于阻抗法故障定位，以及行波法及S 注入法故障定位等。 本文主要通过对这些故障定位算法的研究，分析目前定位算法中存在的主要问题，并对未来配电网故障定位技术的研究进行展望。

1.基于故障投诉电话的配电网故障定位

基于故障投诉电话进行配电网故障定位的基本原理是根据用户电话号码或用户代码搜索到与终端配电变压器连接的资料，大致确定故障的位置。

1.1上游追溯法

上游追溯法是故障投诉电话中应用最广泛的基本原理，它依据配电网都为辐射网的结构特点和网络设备间的拓扑连接关系，接到投诉电话后层层向上追溯，认为最后的投诉电话所属的区段为故障区段。该方法的主要缺点是对投诉电话中的不确定性因素无法正确处理。

1.2模糊集理论法

基于模糊集理论的方法[1]，利用了用户电话号码与配变之间的连接关系，以及配变与开关等设备之间的拓扑关系。接到投诉电话以后，由配变向上游追溯，找到其上游所有可能开断的设备（如熔丝、开关等），并将它们组成一个模糊子集，给这个集合中所有元素（设备）赋予一个隶属度，表示其故障的可能性，隶属度最大的区段被认为是故障区段。模糊理论有利于处理投诉电话中的不确定信息，但在隶属度函数及模糊算子的选择上还有待研究。

1.3GIS定位法

将配电网投诉电话看作模式分类问题，并与地理信息系统（Geographic InformationSystem，GIS）结合，神经网络的输入为投诉电话在GIS内的坐标位置，输出为失电设备。该方法不需要知道网络的拓扑连接就可完成，快速有效。其主要缺点是，由于网络的复杂性导致难以保证训练样本的完整性。目前在我国城市中，家庭电话拥有率逐步升高。 另外，供电局的营业管理系统中保存有用户的有关信息，如电话号码、用户代码与终端配变连接的资料，可以方便地得到故障信息。但实际上电话的更改及是否拨打投诉电话都会形成不确定性。所以该方法虽然简单，但定位结果不精确，目前运用的也较少。该方法一般用于没有安装FTU的非测控区域。

2.阻抗法

阻抗法基本原理如下（图1）：

在离母线M处L公里的F点发生接地故障，故障点的接地电阻为Rf，在母线M处测得的电流和电压之间的关系为：

M端测量阻抗为：

其中基于阻抗法实现的测距方法有代数法和微分方程法。代数法是利用故障时工频电压电流量，通过分析计算求出故障点的距离，因为在系统运行方式确定和线路参数已知条件下，定位装置测得的电压电流是故障距离的函数。微分方程法根据三相输电线路的微分方程，利用线路两端电流电压量进行故障定位。

阻抗法按算法分可分为利用单端数据和双端数据两类。单端数据的测距算法是根据单端（本端）测得的电压和电流及必要的系统参数，计算出故障距离。现有的单端测距算法，主要还存在以下问题：①故障过渡电阻或对端系统阻抗变化对测距精度的影响；②输电线路及双端系统阻抗的不对称性对测距的影响；③测距方程的伪根问题。造成测距误差的根本原因是存在故障过渡电阻。要减小其影响，就要引入对端系统的阻抗，那必然要受到对端系统阻抗变化的影响，这是单端测距法长期没有解决的难题。

随着电力系统自动化水平的提高和通信技术的发展，相继提出了双端或多端故障测距方法。双端测距方法不存在原理误差，而且测距在实现时间方面的要求也比保护宽松得多，因此，采用精确的分布参数模型的两端测距算法不仅为准确测距奠定了基础，且对高阻类型故障测距也是必需的。但两端测距算法在数据同步和伪根判别等方面有待进一步改进。采用准确线路模型及不要求数据同步的两端（或多端）测距算法在原理上具有更大优越性，值得进一步深入研究。

3.配电网故障定位技术发展趋向

随着分布式电源的加入[2]，配电网的结构将发生变化，网络拓扑将变得复杂，那么传统的定位方法有可能不再适用。分布式电源的接入会影响到系统保护的定值及定位判据[3]，需要建立相应的保护方案及定位策略，国内外已开始了相关的研究。结合目前配电网故障定位技术各方法的优缺点及对未来配电网故障定位技术的新要求，针对不同的情形需要应用不同的故障定位技术。例如，对于没有安装FTU的非测控区域采用故障投诉电话来进行故障定位；当采集到的FTU故障信息准确而且配网较简单时，则可以采用矩阵定位算法；当采集的FTU故障信息易发生畸变时，则应当采用容错性高的基于人工智能的定位算法.

[1]王海斌，邱家驹.基于模糊集理论的配电网故障定位的研究[J].浙江电力，2009（4）：56-58.

[2].孤岛状态下含分布式电源的配电系统可靠性分析[J].电网技术，2008（23）：9-12.

[3]张勇.分布式发电对电网继电保护的影响综述[J].电力系统及其自动化学报，2010（2）：13-16.