智能配電網(wǎng)故障定位探討

張慶明

(廣東電網(wǎng)公司惠州博羅供電局，廣東 惠州 516100)

智能配電網(wǎng)故障定位探討

張慶明

(廣東電網(wǎng)公司惠州博羅供電局，廣東 惠州 516100)

配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)最薄弱的環(huán)節(jié)之一，及時準確地對其進行故障定位一直是電力工作者研究的重要課題。智能配電網(wǎng)處于研究與實際應用的初期，對適應其自身特點的故障定位技術也應該展開研究。現(xiàn)介紹了智能配電網(wǎng)的特點與意義，指出了中性點接地方式對故障定位的影響，總結了智能配電網(wǎng)故障定位的一般步驟和方法，為實踐中的故障排查提供了理論依據(jù)。

智能配電網(wǎng)；故障定位；行波法；神經(jīng)網(wǎng)絡法

0 引言

電能質量是電力系統(tǒng)的重要評判標準，也是國內外供電公司共同追求的目標。而配電網(wǎng)一直是電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，是用戶停電事故頻發(fā)的環(huán)節(jié)，而且由于配電網(wǎng)一般為中低壓，同時中性點采用小電流接地方式，導致故障信號微弱而難以識別，因此為故障定位造成困難。尤其是配電網(wǎng)線路發(fā)生單相接地故障時，故障信號很容易被淹沒而難以察覺，在系統(tǒng)運行1～2 h后造成停電事故，甚至使得絕緣擊穿、設備損壞。再者，隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，更是接入了分布式電源，故障電流特性隨之改變，因此必須根據(jù)故障電流信息來改善故障定位方法，保證故障定位策略有效實施。

配電線路發(fā)生故障后，電力系統(tǒng)傳統(tǒng)的巡線法將耗費大量的人力、物力，且毫無章法可循，將大大增長停電時間，擴大停電面積，造成難以估計的生產(chǎn)經(jīng)濟損失。傳統(tǒng)的離線診斷方法無法滿足電力用戶的供電要求，在線選線及在線定位方法已經(jīng)成為國內外故障診斷研究的主流方向。

1 智能配電網(wǎng)的特點與意義

智能配電網(wǎng)除了起到分配電能的作用，還包含大量的技術創(chuàng)新，包括高級量測體系，非電/磁的現(xiàn)代傳感測量技術、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸與量測技術、“即插即用”的并網(wǎng)方式、微電網(wǎng)技術、基于柔性交流輸電的電能質量改善技術。電網(wǎng)信息雙向流動的信息通信構架是智能電網(wǎng)的重點所在，實現(xiàn)供需互動，統(tǒng)一化智能處理，達到電網(wǎng)安全可靠、用戶參與、及時修復故障、新能源接入、配電管理可視化與信息化的目的。

隨著電力用戶的增加，我國電網(wǎng)的裝機容量也與日俱增，但是電力輸送量越大，系統(tǒng)就越難維持穩(wěn)定運行。而且，可持續(xù)發(fā)展政策也要求電力工業(yè)朝著經(jīng)濟、安全、環(huán)保的方向發(fā)展，新能源隨之得到大力發(fā)展，這就推動了智能配電網(wǎng)的發(fā)展。智能配電網(wǎng)能夠靈活地調整電力的供應與需求，提高系統(tǒng)的供電可靠性與電能質量。隨著信息技術與傳感技術的應用，先進管理方式的融入，智能配電網(wǎng)更加靈活、高效、優(yōu)質與可靠。

2 中性點接地方式對故障定位的影響

2.1 中性點不接地系統(tǒng)

中性點不接地系統(tǒng)是指系統(tǒng)的中性點經(jīng)容抗后接地，故零序阻抗為容性，故障點接地電流的大小、相位主要取決于系統(tǒng)對地分布電容。當出現(xiàn)瞬時性故障后，對地電容電流較小，電弧會自動熄滅，配電網(wǎng)可正常運行，但出現(xiàn)單相接地故障后，故障電流約為正常運行時的3倍，線路的長度會影響其對地電容，影響對故障定位的判定。

2.2 中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)

由于中性點不接地系統(tǒng)在單相接地故障時故障電流較大，容易產(chǎn)生過電壓現(xiàn)象，并且故障點的電弧無法自行熄滅，故在中性點中接入消弧線圈，可以使得故障電弧熄滅。但消弧線圈的接入如果其容量與電容電流大小不匹配，并不能對故障電流進行有效遏制，對故障定位也有一定影響，大容量的消弧線圈占地面積大，成本較高。

2.3 中性點直接接地系統(tǒng)

中性點直接接地系統(tǒng)也稱為大電流接地系統(tǒng)，中性點電壓固定為地電壓，當出現(xiàn)單相接地故障時，相電壓不會升高，降低了線路絕緣要求。中性點直接接地系統(tǒng)一般應用于110 kV以上的系統(tǒng)，電壓等級較高，這種接地方式可以避免故障后電壓升高而造成絕緣損壞。單相接地故障電流一般較大，分析故障電流行波可以進行故障定位。

2.4 中性點經(jīng)高阻接地系統(tǒng)

中性點經(jīng)高阻接地即在中性點上串接電阻，故障時可通過檢測電阻上電壓的大小來進行跳閘或告警等。流經(jīng)故障點的電流為中性點電流和所有對地電容電流之和，利用此特點可以粗略確定故障區(qū)域。

3 智能配電網(wǎng)故障定位的一般步驟

(1) 故障定位的第一步是要對故障類型進行判斷，可以通過觀察零序和負序電流來判斷是單相接地故障還是相間短路、兩相接地故障。

(2) 單相接地故障是電力系統(tǒng)中最常見的故障，可以使用三相電流的小波能量熵的和確定故障相，其故障相的小波能量熵的和最大；相間接地故障的非故障相的小波能量熵的和最??；兩相接地故障中也是非故障相的小波能量熵的和最小。

(3) 當故障類型和故障相確定之后要先對故障區(qū)段進行定位，一般是通過對節(jié)點逐級關斷或開啟來確定本級或上一級是否存在短路故障。

(4) 故障的精確定位是在故障區(qū)段定位的基礎上進一步精確確定位置的過程。表1列舉了判斷配電線路在發(fā)生各種不同故障時的預定位與精確定位的一般方法。

表1 配電線路故障定位方法

4 智能配電網(wǎng)故障定位方法

4.1 行波法

行波法故障測距發(fā)展已經(jīng)比較成熟，對不同類型的網(wǎng)絡結構和故障類型又分為A～F型行波法。其中A型行波即利用波的反射原理，測量注入行波和接收到的反射波之間的時間大小，來估算故障位置；B型和D型行波是采用雙端檢測，當故障發(fā)生時，初始行波波頭向兩端傳播，通過記錄到達時刻來確定故障位置；C型行波是對故障回路注入特定的脈沖信號，記錄信號在故障回路來回反射的時間，通過對多次反射時刻的記錄來較精確地確定故障位置；E型和F型行波測量的是本端重合閘裝置的動作，包括合閘動作和分閘動作、產(chǎn)生行波以及接收反射波的時刻，準確度較高，成本較大。為了提高行波法故障定位的精度，一般采用行波法確定故障區(qū)段，交流定位法確定故障點的位置。圖1為行波法和交流綜合定位法流程圖。

圖1 行波法和交流綜合定位法流程圖

4.2 神經(jīng)網(wǎng)絡法

神經(jīng)網(wǎng)絡應用時間較短，屬于一種新型故障定位方法。通過分布式并行信息處理，對采集到的各項電氣量進行分析，確定故障位置。首先需要建立模型，并用實際系統(tǒng)的參數(shù)進行模擬計算，得到訓練樣本和測試樣本，讓神經(jīng)網(wǎng)絡進行學習、記憶，最終用于實際系統(tǒng)運行檢測。由于神經(jīng)網(wǎng)絡要先學習才能工作，需要大量的訓練和測試樣本，如果改變電網(wǎng)運行方式，則需重新訓練，工作量較大。對于運行方式變化不大，且配有饋線終端裝置(FTU)的配電網(wǎng)可以準確地判斷故障位置。

5 結語

電力系統(tǒng)中不時出現(xiàn)各類故障，智能配電網(wǎng)中包含多種科技含量高、性能好的二次檢測裝置，可以方便地獲得各類故障數(shù)據(jù)，進行故障定位。故障定位耗時少、定位精確能讓電力企業(yè)更及時地排除故障、恢復供電，將經(jīng)濟損失降到最低。

[1] 朱菲菲.智能配電網(wǎng)故障定位研究[D].揚州大學，2012

[2] 楊炎龍.配電網(wǎng)故障定位研究[D].華南理工大學，2013

[3] 張俊嶺，尹東升，徐旺杰.配電網(wǎng)故障定位方法及其發(fā)展趨勢[J].山西電力，2014(1)

2014-09-04

張慶明(1977—)，男，廣東惠州人，工程師，研究方向：電力工程。